278Bloque 4 P r o h i b i d a s u v e n t a 18_SHORCIE1GM.indd 278 06/01/11 13:32 279 Conexiones con otras asignaturas Asignatura Conexión Subtema Historia Subtema 1.2. páginas 242 – 251 Reconocen las aportaciones científcas que contribuyeron al surgimiento de la química como ciencia. Refexionan sobre la importancia de la actitud de las personas ante el programa de verifcación vehicular en México. Expresan una actitud crítica al distinguir las implicaciones éticas del uso del conocimiento químico. Respetan la opinión, habilidades y destrezas de sus compañeros. Practican honestidad al evaluar los demás proyectos. Formación Cívica y Ética Subtema 2.2. páginas 268 – 279 Subtema 2.1. páginas 258 – 267 Proyecto páginas 280 – 285 Subtema 1.1. páginas 230 – 241 Manifesta una actitud crítica al distinguir las implicaciones éticas del uso del conocimiento químico. Realizan operaciones matemáticas para conocer el número de oxidación de un compuesto. Matemáticas Subtema 1.2. páginas 242 – 251 Subtema 2.2. páginas 268 – 279 Representan la información en un cuadro sinóptico. Expresan sus ideas por medio de dibujos u otros elementos gráfcos en un anuncio para que sea atractivo para el lector. Artes Subtema 2.2. páginas 268 – 279 Subtema 1.3. páginas 252 – 257 Elaboran un folleto informativo en donde refejan sus habilidades creativas. Redactan y presentan un artículo de divulgación con los resultados de los experimentos que realizarán en la secuencia. Sintetizan información sobre los ácidos y las bases para realizar su cuadro comparativo. Elaboran un folleto informativo en el que analizan información a partir de un experimento diseñado por ellos. Describen información sobre las reacciones químicas mediante un cuadro sinóptico. Español Exponen los resultados de manera oral y escrita. Subtema 1.1. páginas 230 – 241 Subtema 1.2. páginas 242 – 251 Subtema 1.3. páginas 252 – 257 Subtema 2.1. páginas 258 – 267 Subtema 2.2. páginas 268 – 279 Proyecto páginas 280 – 285 Comunican el procesos de oxido-reducción de un producto en el hogar o en la industria mediante la elaboración de un anuncio comercial. P r o h i b i d a s u v e n t a 18_SHORCIE1GM.indd 279 06/01/11 13:33 280 Bloque 4 Semana Tema Subtema Entrada Bloque 4 La formación de nuevos materiales 26 1 Ácidos y bases 1.1. Los ácidos y las bases importantes en nuestra vida cotidiana 27 1.2. Modelo de ácidos y las bases. Modelo de Arrhenius 28 1.3. Tú decides: ¿Cómo controlar los efectos del consumo frecuente de los “alimentos ácidos”? 29 2 Oxidación y reducción 2.1. La oxidación, un tipo de cambio químico 30 y 31 2.2. Las reacciones redox 32 y 33 3 Proyecto. Ahora tú explora, experimenta y actúa ¿Puedo dejar de utilizar los derivados del petróleo y sustituirlos por otros compuestos? ¿Cómo evitar la corrosión? Taller de Ciencias Infografía Cuarta evaluación bimestral Dosifcación del cuarto bimestre P r o h i b i d a s u v e n t a 18_SHORCIE1GM.indd 280 06/01/11 13:33 281 Producto Conexiones Recursos digitales Páginas 228 – 229 Experiencias alrededor de los ácidos y las bases. Neutralización. Artículo de divulgación Español, Formación Cívica y Ética Los ácidos y las bases Reacciones de neutralización 230 – 241 Modelo de Arrhenius. Cuadro comparativo Español, Matemáticas, Historia 242 – 251 Folleto Español, Artes 252 – 257 Experiencias alrededor de la oxidación. Cuadro sinóptico Formación Cívica y Ética, Español 258 – 267 Experiencias alrededor de las reacciones de óxido-reducción. Número de oxidación y tabla periódica. Anuncio Español, Formación Cívica y Ética, Artes, Matemáticas Reacciones de oxidación y reducción 268 – 279 Español, Formación Cívica y Ética 280 – 285 Represento un fenómeno natural 286 – 289 Cuando los radicales atacan 290 – 291 Ponte a prueba 292 – 293 P r o h i b i d a s u v e n t a 18_SHORCIE1GM.indd 281 06/01/11 13:33 282 Desarrollo de la secuencia Etapa Sesión Actividades Páginas del libro Inicio 1 A partir de la lectura del texto de inicio expresan cómo planear y elaborar un artículo de divulgación. Comentan las Preguntas para andar con su equipo. 230 Planeación Deciden en equipo las funciones que desempeñará cada miembro y organizan la información que llevará el artículo de divulgación. 230 – 231 Desarrollo 1 Investigan sobre productos ácidos y básicos que usan de manera cotidiana en su hogar y reconocen su importancia. Recopilan información para redactar su artículo de divulgación. 231 – 232 1 Elaboran fichas de trabajo sobre los ácidos y las bases en la industria. Identifican las características macroscópicas de las sustancias ácidas y básicas. Conocen las propiedades de los indicadores de acidez o basicidad e identifican los cambios de coloración de la sustancia según la concentración de H + u OH – que tenga. 232 – 234 1 Realizan un experimento para identificar los colores que adquiere la cianidina con diferentes sustancias. Analizan el jabón más adecuado para personas con piel sensible de acuerdo con el resultado de la cianidina. 235 – 237 1 Conocen las reacciones de neutralización e identifcan que uno de los productos es una sal. Realizan un experimento para analizar la reacción de neutralización y observar el pH de la sustancia fnal. Leen el texto sobre el veneno de las abejas y las avispas y contestan en su cuaderno. Reconocen la importancia de las sales para la industria química. 238 – 240 Socialización y cierre 1 Elaboran en equipos el artículo de divulgación. Presentan su producto ante el grupo. Conservan un ejemplar en su Archivo de evidencias. 241 Evaluación. 241 Observaciones Subtema: 1.1. Ácidos y bases importantes en nuestra vida cotidiana Bloque: 4 Ámbitos: El conocimiento científico La tecnología El cambio y las interacciones Tema: Ácidos y bases Duración: 1 semana Número de sesiones: 6 Período del ______ al _______ de_____. Aprendizajes esperados Caracteriza algunas de las propiedades macroscópicas de los ácidos y las bases. Valora la importancia de los ácidos y las bases en la vida cotidiana y en la industria química. Identifica la posibilidad de sintetizar nuevas sustancias (formación de sales) a partir de reacciones ácido-base. Valora la contribución de la química en la construcción de un mundo diseñado. Manifiesta una actitud crítica al distinguir las implicaciones éticas del uso del conocimiento químico. Planeación didáctica P r o h i b i d a s u v e n t a 18_SHORCIE1GM.indd 282 06/01/11 13:33 283 Desarrollo de la secuencia Etapa Sesión Actividades Páginas del libro Inicio 1 Analizan el texto inicial y responden las Preguntas para andar para evaluar sus conocimientos previos. 242 Planeación Organizan equipos de trabajo para la elaboración de un cuadro comparativo en el que contrastarán las propiedades de los ácidos y las bases. Describen en su cuaderno los materiales que conducen la electricidad. 242 Desarrollo 1 Reconocen la importancia de la pila de Volta. Investigan y conocen la teoría de la disociación electrolítica. 243 – 244 1 Realizan una actividad sobre la conductividad eléctrica de los ácidos y las bases. Investigan los primeros criterios para elaborar el cuadro comparativo. Evalúan su avance respondiendo en equipo el apartado ¿Cómo vamos? 244 – 245 1 Con base en el modelo de Arrhenius conocen la teoría de la disociación electrolítica. Identifican diferencias entre ácidos y bases. Contestan las preguntas del apartado ¿Cómo vamos? y comparten sus ideas con el grupo. 246 – 247 1 Conocen la teoría de Brönsted-Lowry. Identifican los alimentos ácidos y básicos Analizan la lectura sobre la lluvia ácida. 248 – 251 Socialización y cierre 1 Elaboran, presentan y evalúan su cuadro comparativo. 251 Evaluación. 251 Observaciones Subtema: 1.2. Modelo de ácidos y bases. Modelo de Arrhenius. Bloque: 4 Ámbitos: El conocimiento científico. Tema: Ácidos y bases. Duración: 1 semana Número de sesiones: 6 Período del ______ al _______ de_____. Aprendizajes esperados Identifica algunas de las características, alcances y limitaciones del modelo de Arrhenius. Explica el comportamiento de los ácidos y las bases apoyándose en el modelo propuesto por Arrhenius. P r o h i b i d a s u v e n t a 18_SHORCIE1GM.indd 283 06/01/11 13:33 284 Desarrollo de la secuencia Etapa Sesión Actividades Páginas del libro Inicio 1 Con base en el texto, la imagen detonadora y las Preguntas para andar ponen en marcha sus conocimientos previos. 252 Planeación Organizan equipos de trabajo para la elaboración de un folleto informativo en el que contrastaran la acidez estomacal. Identifican las sustancias ácidas que contienen algunos alimentos procesados. 253 Desarrollo 1 Responden en equipo las preguntas del apartado ¿Cómo vamos? y analizan su avance. Realizan una actividad sobre el efecto de los antiácidos en el estómago. Investigan los primeros criterios para elaborar el folleto informativo. Reconocen la importancia de las reacciones de neutralización. 254 – 255 1 Realizan una dieta equilibrada, suficiente e higiénica. Identifican diferencias entre ácidos y bases para elaborar el folleto informativo. Elaboran un menú para una semana, con el fin de valorar la alimentación equilibrada. Analizan sus conocimientos adquiridos en el subtema mediante el apartado ¿Cómo vamos? 256 – 257 Socialización y cierre 1 Elaboran, presentan y evalúan su folleto informativo. 257 Evaluación. 257 Observaciones Subtema: 1.3. Tú decides: ¿cómo controlar los efectos del consumo frecuente de los “alimentos ácidos”? Bloque: 4 Ámbitos: El conocimiento científico. El ambiente y la salud. Tema: Ácidos y bases. Duración: 2/3 semana Número de sesiones: 4 Período del ______ al _______ de_____. Aprendizajes esperados Identifica la acidez de algunos alimentos de consumo humano. Valora la importancia de una dieta correcta y reconoce los riesgos del consumo frecuente de alimentos ácidos. Identifica sustancias para neutralizar la acidez estomacal considerando sus propiedades. P r o h i b i d a s u v e n t a 18_SHORCIE1GM.indd 284 06/01/11 13:33 285 Desarrollo de la secuencia Etapa Sesión Actividades Páginas del libro Inicio 1 Analizan el texto y la imagen y responden las Preguntas para andar con las que se exploran sus conocimiento previos. 258 Planeación Advierten las características del producto que elaborarán en esta ocasión: un cuadro sinóptico. 258 Desarrollo 1 Identifican los tipos de reacciones en las que interviene el oxígeno. Averiguan las causas de oxidación en las frutas e identifican cómo retardarla. 259 1 Analizan la acción de la polifenoloxidasa en la fruta. Reconocen las reacciones de oxidación en los metales. Realizan un experimento para identificar algunos factores que favorecen la oxidación de los metales. 260 – 261 1 Comprenden el concepto de corrosión como consecuencia de la oxidación de metales. Identifican la diferencia entre un óxido metálico y un no metálico. Conocen cómo nombrar los óxidos metálicos y no metálicos. 261 – 262 1 Advierten que los óxidos metálicos, al combinarse con el agua, forman bases de Arrhenius o hidróxidos. Reconocen que la combustión es un tipo de oxidación. Diferencian entre una combustión y la oxidación de los metales. 262 – 263 1 Valoran que la combustión incompleta genera sustancias contaminantes. Analizan el impacto de los óxidos para la formación de la lluvia ácida. Investigan el protocolo de Kyoto y reconocen su importancia. 264 – 265 1 Examinan el ozono y sus reacciones. Opinan acerca de la importancia de la actitud de las personas en relación con el programa de verificación vehicular en México. 266 Socialización y cierre 1 Elaboran su cuadro sinóptico y lo presentan ante el grupo. 267 Evaluación. 267 Observaciones Subtema: 2.1. La oxidación: un tipo de cambio químico Bloque: 4 Ámbitos: El conocimiento científico. El cambio y las interacciones. Los materiales. Tema: Oxidación y reducción. Duración: 1 1/3 semana Número de sesiones: 8 Período del ______ al _______ de_____. Aprendizajes esperados Identifica la oxidación como un tipo de cambio químico; identifica también sus principales características. Identifica algunos ejemplos de oxidación que se llevan a cabo en su entorno. P r o h i b i d a s u v e n t a 18_SHORCIE1GM.indd 285 06/01/11 13:33 286 Desarrollo de la secuencia Etapa Sesión Actividades Páginas del libro Inicio 1 Con base en sus conocimientos previos reflexionan sobre la oxidación de los metales y contestan las Preguntas para andar. 268 Planeación Identifican el producto que elaborarán: un anuncio comercial como reflexión de la publicidad. 268 Desarrollo 1 Comprenden las reacciones de óxido–reducción e identifican la acción de los blanqueadores en la ropa. Inician la elaboración de su producto. 269 1 Comprenden el concepto de número de oxidación y lo identifican en la tabla periódica. Analizan las reglas que se establecieron para asignar los números de oxidación. 269 – 270 1 Advierten que la suma de los números de oxidación en un compuesto siempre deben dar cero. 270 – 271 1 Identifican los elementos que se oxidan y los que se reducen en una reacción química. 271 – 272 1 Explican mediante un diagrama las semejanzas y diferencias de las reacciones de fotosíntesis y la respiración. 272 – 273 1 Deducen porque la ropa se deteriora más con el uso frecuente de blanqueadores con hipoclorito de sodio que con los de agua oxigenada. 274 – 275 1 Reconocen que el oscurecimiento de la carne es debido a reacciones redox. 275 1 Reflexionan sobre las reacciones redox en la industria metalúrgica y siderurgica. 275 1 Indagan la fabricación del acero y analizan la oxidación de los elementos en las reacciones de este proceso. Reflexionan sobre el funcionamiento de las pilas y las baterías. 276 – 277 1 Analizan la energía eléctrica en el agua como una reacción redox llamada Electrólisis. Elaboran su producto. 278 – 279 Socialización y cierre 1 Escriben los criterios para evaluar su anuncio comercial y lo presentan al grupo. Examinan su Archivo de evidencias y advierten su avance. 279 Evaluación. 279 Observaciones Subtema: 2.2. Las reacciones redox Bloque: 4 Ámbitos: El conocimiento científico. La tecnología. Tema: Oxidación y reducción. Duración: 2 semanas Número de sesiones: 12 Período del ______ al _______ de_____. Aprendizajes esperados Analiza algunas reacciones de óxido-reducción en la vida diaria y en la industria. Identifica las características oxidantes de la atmósfera y reductoras de la fotosíntesis. Establece una primera relación entre el número de oxidación de algunos elementos y su posición en la tabla periódica. P r o h i b i d a s u v e n t a 18_SHORCIE1GM.indd 286 06/01/11 13:33 287 Desarrollo de la secuencia Etapa Sesión (es) Actividades Páginas del libro Inicio 1 Analizan el texto detonador y reflexionan sobre las preguntas que se plantean. Organizan equipos de trabajo para el proyecto y la función que desempeñará cada miembro. 280 Planeación 4 Deciden en equipo el tema que van a desarrollar. Identifican la información y las actividades que tengan relación con el tema que eligieron. Plantean los objetivos y la hipótesis de su proyecto. Buscan y seleccionan información pertinente en diversas fuentes. Ordenan las actividades propuestas con base en una secuencia lógica. Elaboran un diagrama de flujo de las actividades que realizarán. 281 – 282 Desarrollo 4 Plantean la pregunta que guiará el proyecto. Definen las fuentes de información que van a consultar. Recopilan información y la organizan en fichas de trabajo. Desarrollan las actividades propuestas. Analizan la información y los resultados de su investigación. Elaboran un informe para dar a conocer sus resultados. 283 – 284 Comunicación 2 Comentan a su profesor sus resultados. Elaboran su exposición y ensayan la explicación. Presentan su proyecto ante el grupo utilizando carteles o una presentación electrónica. 285 Evaluación 1 Redactan preguntas para evaluar su desempeño individual y en equipo. 285 Observaciones Proyecto ¿Puedo dejar de utilizar los derivados del petróleo y sustituirlos por otros compuestos? ¿Cómo evitar la corrosión? Bloque: 4 Ámbitos: El conocimiento científico. La vida. La tecnología. Tema: Proyecto: Ahora tú explora, experimenta y actúa. Duración: 2 semanas Número de sesiones: 12 Período del ______ al _______ de_____. Aprendizajes esperados Identifica las características físicas de algunas sustancias derivadas del petróleo y de algunas de las reacciones involucradas en su preparación. Identifica la importancia estratégica de la petroquímica en la elaboración de sustancias indispensables para la industria y la vida diaria. Identifica la importancia de buscar recursos alternativos para la satisfacción de necesidades en el marco del desarrollo sustentable. Valora las implicaciones ambientales del uso de los derivados del petróleo. P r o h i b i d a s u v e n t a 18_SHORCIE1GM.indd 287 06/01/11 13:33 288 Aprendizajes esperados 1. Ácidos y Bases 1.1 Los ácidos y las bases importantes en nuestra vida cotidiana • Caracteriza algunas de las propiedades macroscópicas de los ácidos y las bases. • Valora la importancia de los ácidos y las bases en la vida cotidiana y en la industria química. • Identifca la posibilidad de sintetizar nuevas sustancias (formación de sales) a partir de reacciones ácido-base. • Valora la contribución de la química en la construcción de un mundo diseñado. • Manifesta una actitud crítica al distinguir las implicaciones éticas del uso del conocimiento químico. 1.2 Modelo de ácidos y las bases. Modelo de Arrhenius • Identifca algunas de las características, alcances y limitaciones del modelo de Arrhenius. • Explica el comportamiento de los ácidos y las bases apoyándose en el modelo propuesto por Arrhenius. Recomendaciones procedimentales 1. Inicie el tema haciendo estas pre- guntas: ¿ Alguna vez han probado la leche agria?, ¿han tenido malestar estomacal?, ¿han tomado una ta- bleta de vitamina C?, comente que éstos son ejemplos de ácidos y bases, y que sus reacciones entre ellos tienen consecuencias, como la lluvia ácida en los coches y es- tatuas. De esta manera activará sus preconceptos y estimulará su curiosidad sobre el tema. 2. Discutan en grupo la causa del co- lor café que aparece en las frutas y verduras después de pelarlas. Pregunte a los estudiantes: ¿Por qué no pasa esto con los cítricos de la fotografía?, ¿qué reacción ocurre cuando una manzana es mordida? De esta manera los introducirá a las reacciones de óxido-reducción. En este cuarto bloque los estudiantes revisan la síntesis de nuevos materia- les, a partir de dos tipos de reacción: ácido-base y óxido-reducción. Además valoran la importancia de los recursos alternativos, así como las implicacio- nes ambientales del uso de los deriva- dos del petróleo. 1.3 Tú decides: ¿Cómo controlar los efectos del consumo frecuente de los “alimentos ácidos”? • Identifca la acidez de algunos alimentos de consumo humano. • Valora la importancia de una dieta correcta y reconoce los riesgos del consumo frecuente de alimentos ácidos. • Identifca sustancias para neutralizar la acidez estomacal considerando sus propiedades. 2. Oxidación y Reducción 2.1 La oxidación, un tipo de cambio químico • Identifca la oxidación como un tipo de cambio químico; identifca también sus principales características. • Identifca algunos ejemplos de oxidación que se llevan a cabo en su entorno. Reproducción del libro del alumno Intención pedagógica La formación de nuevos materiales 228 P r o h i b i d a s u v e n t a 18_SHORCIE1GM.indd 288 06/01/11 13:33 289 Recomendaciones procedimentales 2.2 Las reacciones redox • Analiza algunas reacciones de óxido-reducción en la vida diaria y en la industria. • Identifca las características oxidantes de la atmósfera y reductoras de la fotosíntesis. • Establece una primera relación entre el número de oxidación de algunos elementos y su posición en la tabla periódica. 3. Proyecto: Ahora tú explora, experimenta y actúa ¿Puedo dejar de utilizar los derivados del petróleo y sustituirlos por otros compuestos? • Identifca las características físicas de algunas sustancias derivadas del petróleo y de algunas de las reacciones involucradas en su preparación. • Identifca la importancia estratégica de la petroquímica en la elaboración de sustancias indispensables para la industria y la vida diaria. Los alumnos consideran que: 1. Un ácido es algo que se come un material o que te puede quemar. 2. La neutralización es la descompos- tura de un ácido o algo que cambia del ácido. 3. La sustancia cambia de color, masa y estado, por lo tanto, ha ocurrido un cambio químico. 4. Un cambio químico es en el que los compuestos se rompen para formar nuevos compuestos. 3. Comente con ellos que los cohe- tes contienen un combustible sólido compuesto por aluminio y perclo- rato de amonio. Se genera una reacción rápida de oxido-reduc- ción, y se libera energía y gases calientes con una enorme fuerza para acelerar el cohete de 2 millo- nes de kg a 700 m/s en 132seg. 4. Si tiene tiempo, comente con los es- tudiantes que el analizador de alien- to, alcoholímetro, está compuesto por una bolsa infable conectada a un tubo con solución de dicromato de potasio y ácido sulfúrico de color anaranjado. Si el aliento de la per- sona contiene vapores de alcohol, esta solución anaranjada cambia a azul-verde. • Identifca la importancia de buscar recursos alternativos para la satisfacción de necesidades en el marco del desarrollo sustentable. • Valora las implicaciones ambientales del uso de los derivados del petróleo. ¿Cómo evitar la corrosión? • Identifca algunos problemas derivados de la corrosión en distintos contextos y su relación con el entorno natural. • Identifca la importancia de la electricidad en algunos procesos químicos como la electrólisis y la galvanoplastia. • Identifca las moléculas participantes en los procesos químicos señalados y cómo pueden “diseñarse”. • Aprecia las contribuciones de la química al bienestar social, así como algunos de sus riesgos y limitaciones. Ideas previas Bloque 4 Cuando comemos cítricos como un limón o una naran- ja que no estén maduros, podemos sentir en la boca un sabor agrio que se atribuye a sustancias conocidas como ácidos. Y, si después de comer mucho tomamos bicarbonato de sodio para sentirnos mejor, entonces se trata de una base. En este cuarto bloque estudiarás qué son y cuáles son las características de las sustancias ácidas y las sus- tancias básicas; también analizarás lo que identifca a un óxido y a un reductor, así como los productos que se obtienen al mezclar estas sustancias. También en estas páginas reconocerás cómo la cien- cia y la tecnología en conjunto han contribuido a crear benefcios y riesgos para la sociedad y el ambiente, al crear nuevos materiales a partir del estudio de diversas reacciones químicas. También valorarás la importan- cia de buscar recursos opcionales para un desarrollo sostenible a partir de abordar un proyecto escolar. Propósitos del bloque Que los alumnos: 1. Identifquen las principales características del cambio químico, específcamente en las reaccio- nes de ácido-base y óxido-reducción, así como al- gunos ejemplos en su entorno. 2. Registren e interpreten la información adquirida de diferentes fuentes y la apliquen en algunos ti- pos de reacciones que ocurren en su entorno. 3. Apliquen e integren habilidades, actitudes y valores durante el desarrollo de proyectos, enfatizando la contribución del conocimiento químico para la sa- tisfacción de necesidades en el marco del desarrollo sustentable. 229 Existen algunos cambios químicos que nos permiten formar nuevos materiales, algunos que son benéfcos para las personas y otros, como la oxidación de los metales, causan ciertos perjuicios a los bienes de las persona; por ello es importante conocerlas para prevenirlas. P r o h i b i d a s u v e n t a 19_SHORCIE1GM.indd 289 06/01/11 13:33 290 Recomendaciones procedimentales Intención pedagógica 1. Invite a los alumnos a comentar situaciones que hayan vivido o escuchado sobre problemas de dermatitis oca- sionados por el uso de jabones, detergentes u otro tipo de productos de uso cotidiano. 2. Cuestiónelos sobre por qué se dice que los jabones neutros son menos agresivos para la piel, en comparación con las características de los jabones alcalinos. Evite dar alguna opinión sobre sus respuestas. 3. Pídales discutir en equipos el apartado Preguntas para andar e invítelos a comentar sus respuestas con el grupo. Anote las ideas principales en una hoja de rotafolios y dé- jelas a la vista de los estudiantes durante el estudio de este subtema. 4. Promueva que lean en equipo el apartado Nuestro trabajo y comenten con el grupo las características de un artículo de divulgación. Cuestiónelos sobre lo que según ellos deben conocer y hacer para llevar a cabo esta actividad. Es inherente a la naturaleza humana que aceptemos lo que nos dicen prime- ro y lo abandonemos o lo cambiemos con difcultad. A continuación se mues- tran conceptos de los estudiantes con respecto a los ácidos y las bases: Sólo se puede saber que una sus- tancia es ácida si se ve que se “come” algo. La diferencia entre un ácido fuerte y uno débil es que el ácido fuerte se “come” el material más rápido que uno débil. En esta secuencia se pretende que los alumnos identifquen algunos cam- bios químicos relacionados con ácidos y bases que ocurren en su entorno, así como los reactivos y productos que par- ticipan en ella. A lo largo de la secuencia elaborarán en equipos un artículo de divulgación sobre las propiedades e importancia de los ácidos, las bases y las sales. Ideas previas 230 1 B l o q u e 4 Tema Ácidos y bases Planeación Inicio 4.2. Los experimentos te ayudan a comprender las características de las sustancias. 4.1. Algunos jabones y productos cosméticos pueden causar irritación en la piel. Ahora te proponemos elaborar en equipo un artículo de divulgación con los resulta- dos de experimentos que realizarán en estas páginas e información que recopiles. En los experimentos identifcarán las propiedades ácidas, básicas o neutras de algunos productos de uso cotidiano: jabones, líquidos para limpieza del hogar, alimentos, bebidas y medicamentos (4.2). Es muy importante que a manera de introducción incluyan en el artículo los be- nefcios y los riesgos de estos productos y las recomendaciones generales para su uso o consumo. También deberán comentar la importancia de las reacciones ácido-base en la vida cotidiana. ¿Cuáles son las diferencias entre un jabón ácido, un básico y un neutro? ¿Qué otros productos de uso cotidiano presentan características ácidas o básicas? ¿Qué son los ácidos y las bases y cómo se identifcan sus propiedades? ¿Qué sucede cuando combinas un ácido con una base? ¿Qué aplicaciones tienen las reacciones ácido-base? ¿Cuáles pueden ser las implicaciones del uso del conocimiento químico? ¿Cuáles son las contribuciones de la Química a la elaboración de nuevos materiales? ¿Cómo pueden darse a conocer los resultados de un experimento al público no especializado? 1.1. Ácidos y bases importantes en nuestra vida cotidiana En la escuela, las amigas de Lorena notaron que tenía la manos enrojecidas, con granitos y sentía mucha comezón. La directora de la secundaria le recomendó visitar a un especialista de la piel. Su mamá la llevó al dermatólogo, médico especialista en enfermedades de la piel, y él les comentó que padecía una fuerte dermatitis provocada por el jabón que usaba. La mamá de Lorena recordó que el jabón que compró tenía un aroma muy agradable y buena presentación, pero ignoraba que podía provocar problemas en la piel (4.1). El dermatólogo les recomendó comprar un jabón neutro porque sus componentes son menos agresivos para la piel , ya que la mayoría de los jabones comerciales son alcalinos. ¿Qué propiedades tienen los jabones neutros?, ¿por qué son diferentes de los otros jabones? ¿Cuales son mejores? C3-Sec-39-230 Persona con irritacion en la piel a quien revisa un médico P r o h i b i d a s u v e n t a 19_SHORCIE1GM.indd 290 06/01/11 13:33 291 Recomendaciones procedimentales 5. Antes de que realicen la actividad del apartado Tareas, cuestione a los alumnos sobre algunos productos ácidos y básicos que conozcan. Invítelos a mencionar en qué se basan para clasifcarlos; escriba sus respuestas en el pi- zarrón y pídales hacer anotaciones en sus cuadernos. Si la lista de ácidos es mayor que la de bases, pregúnteles a qué se debe eso. 6. Prevenga a los alumnos sobre los riesgos de probar o mani- pular productos que contengan ácidos o bases. Indíqueles no deben examinar el olor, sabor ni la consistencia del áci- do clorhídrico y la sosa cáustica, ni tampoco el sabor del detergente y del jabón, aunque es probable que por acciden- te hayan probado el sabor amargo del jabón al bañarse o el de la aspirina cuando queda un tiempo retenida en la garganta. Al respecto, proporcióneles los datos necesarios de acuerdo con lo que se incluye en la tabla anterior. 7. Como parte de la actividad, pídales revisar las etiquetas de los productos y anotar o investigar sus ingredientes. 8. Promueva que comparen en equipos su cuadro y su in- vestigación, así como la identifcación de las semejanzas y las diferencias. En general, los estudiantes tienen dif- cultad para identifcar productos básicos de uso cotidiano, y sus ideas sobre las bases están menos desarrolladas que sobre los ácidos, por ejemplo: Una base es algo que “repara” a un ácido. Las bases no tienen propiedades corrosivas. Las bases inhiben a los ácidos. Ideas previas 231 Experiencias alrededor de los ácidos y las bases Cuando escuchas la palabra ácido, ¿qué te viene a la mente? Seguro pensarás que se trata de sustancias peligrosas o de alimentos que te provocan una sensación extraña en la boca, como cuando chupas un limón. Por otro lado, es probable que el término base no lo asocies a ninguna sustancia química. Sin embargo, estas sustancias, también llamadas álcalis, se emplean en la elaboración de muchos productos de limpieza, como los utilizados para limpiar los hornos y estufas, y en algunos medicamentos, como los que se toman para aliviar la acidez estomacal. Para que adviertas que los ácidos y las bases son sustancias que usamos de manera cotidiana, realiza un recorrido en tu casa y completa el cuadro. Producto ¿Para qué se usa? Olor y sabor Consistencia Riesgo para la salud (alto, moderado o bajo) Jabón neutro Jugo de limón Vinagre 1 Detergente 1 Ácido clorhídrico 1 Aspirina Yogur Bicarbonato de sodio Pastillas antiácidas Sosa cáustica 1 Agua potable Agua mineral Compara tu cuadro con el de los miembros de tu equipo y complétalo si es necesario. No es reco- mendable determi- nar las propiedades de ácidos y bases mediante la percep- ción. Nunca pruebes ningún producto de limpieza N d bl Para elaborar el artículo de divulgación revisa lo que aprendiste en Español, en grados anteriores, para recordar sus características. Planeación Desarrollo 1 No huelas o pruebes estas sustancias P r o h i b i d a s u v e n t a 19_SHORCIE1GM.indd 291 06/01/11 13:33 292 Recomendaciones procedimentales 9. Pida a los alumnos compartir con el grupo las razones que tienen para clasifcar algunos productos como ácidos; pro- mueva que identifquen algunas propiedades de éstos en común. Oriéntelos para entender que algunos productos son más corrosivos que otros, es decir, dañan y desgastan algunos materiales, por ejemplo, la sosa cáustica es más corrosiva que el bicarbonato de sodio, y el ácido clorhídrico es más corrosivo que el jugo de limón y el vinagre. 10. Invítelos a leer el apartado Datos a la mano y a compartir sus respuestas. Coménteles que las células de las papilas gustativas se pierden prematuramente por hábitos como fumar, tomar bebidas muy calientes y comer en exceso alimentos picantes o muy ácidos. Acláreles que el sabor característico de los ácidos es agrio y no “ácido”, como se suelen nombrarlo algunas personas. 11. Promueva y revise que busquen la información sugerida para incluirla en su artículo de divulgación. 12. Pídales leer el texto Lo que percibimos de los ácidos y las bases e identifcar las propiedades de las sustancias en las que se basó Boyle para clasifcarlas como ácidos o bases. De acuerdo con ello, solicíteles clasifcar como tales las sustancias de la actividad del apartado Tareas. Desarrollo 232 Comenta con tu equipo las experiencias que hayas tenido al utilizar o consumir algunos de los productos del cuadro, por ejemplo su olor, sabor o consistencia. ¿Cuáles de las sustancias del cuadro de la acti- vidad anterior clasificarías como ácidos? ¿Por qué algunos ácidos se encuentran en mu- chos alimentos que consumimos y otros son peligrosos? Propongan una explicación. Compartan sus resultados con el grupo y comenten cómo clasificarían las sustancias que no son ácidas. Los romanos llamaban vinum acre al vino que por acción de una bacteria cambiaba a un sabor agrio. En la actualidad conocemos a este vino como vi- nagre, contiene entre 3 y 5% de ácido acético. Curiosamente el vocablo latino acidus también signifca agrio. Comiencen a recopilar información para redactar su artículo de divulgación. Busquen en varias fuentes algunos textos sobre el uso de los ácidos y las bases en la industria. Elaboren fichas de trabajo de las fuentes consultadas, lo cual les facilitará la tarea de redactar el artículo. Busca en libros, enciclopedias o en Internet infor- mación para responder lo que se pide. Anota las res- puestas en tu cuaderno. Si el ácido clorhídrico es el principal componen- te del jugo gástrico, ¿cómo se explica que el teji- do del estómago resista las propiedades ácidas? ¿Qué propiedades macroscópicas tienen tres productos ácidos y tres básicos que utilices dia- riamente? ¿Cuál es la importancia de los ácidos y las ba- ses en la vida cotidiana? Utilicen estas respuestas como ejemplos para la parte introductoria de su artículo de divulgación. Lo que percibimos de los ácidos y las bases Cuando el científco irlandés Robert Boyle (1627-1691) estudió las propiedades de algunas disoluciones, observó que varias tenían sabor agrio, producían efervescencia (burbujeo que indica la formación de un gas) al contacto con metales y cambiaban el color de algunas infusiones como las de té negro de rojizo a amarillo. Si bien estas características se conocían con anterioridad, fue Boyle quien clasifcó estas sustancias en la categoría de ácidos. Boyle también se dio cuenta de que las disoluciones de otras sustancias que se caracterizaban por su sabor amargo, tenían una consistencia untuosa o resbalosa y provocaban un cambio de coloración del té negro de rojizo a café. Boyle clasifcó las sustancias con estas características en la categoría de bases o álcalis. Las propiedades ácidas y básicas pueden ser más intensas en unas sustancias que en otras. Por ejemplo, beber un vaso de jugo de naranja es una experiencia agrada- ble al gusto, pero si por equivocación bebiéramos un trago de vinagre, la reacción de nuestro organismo sería de rechazo inmediato debido a su sabor muy agrio (4.3). Las propiedades del ácido cítrico, que contiene la naranja y algunas otras frutas, son menos fuertes que las del ácido acético, principal componente del vinagre. 4.3. Tanto los ácidos como las bases pueden ser muy corrosivos. Este símbolo indica que una sustancia es corrosiva. Los humanos te- nemos, en prome- dio, unas 10 000 papilas gustativas en la lengua. Es- tas células espe- cializadas en de- tectar el sabor se regeneran cada 15 días, pero a medida que enve- jecemos esta regeneración disminuye. Por eso los niños y niñas perciben más los sabores que los an- cianos, quienes apenas tienen unas 5 000 papilas. ¿En qué parte de la lengua se detecta el sabor de los ácidos? ¿En cuál el de las bases? Ácido Ácido Salado Dulce Amargo P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas (R. M.) 1. Ácidos: jugo de limón, vinagre, ácido clorhídrico, yogur y agua mineral. Porque algunos ácidos son más corrosi- vos que otros. 2. Las paredes internas del estómago están recubiertas con un moco que las protege de la acción del ácido clorhídrico. Ácidos: sabor agrio, y producen efer- vescencia en contacto con algunos metales. Bases: sabor amargo y consistencia resbalosa. Los ácidos y las bases se utilizan para fabricar fertilizantes, pigmentos, sales, fbras sintéticas, vidrio, medicamentos, etc. 1) 2) 19_SHORCIE1GM.indd 292 06/01/11 13:33 293 Recomendaciones procedimentales 13. Realice una experiencia de cátedra para mostrar a los alumnos la reacción entre los ácidos (como el clorhídrico y el sulfúrico) con algunos metales (como hierro, zinc y aluminio; el cobre sólo reacciona con ácido nítrico) y pe- dazos de mármol (carbonato de calcio, CaCO 3 ). Encienda una pajilla y acérquela a uno de los tubos que contenga metal y ácido de tal forma que se produzca la explosión característica del hidrógeno al reaccionar con el oxígeno para formar agua. Ahora utilice otra pajilla encendida y acérquela al tubo que contiene el mármol, para que iden- tifquen que se apaga, lo que indica la presencia de dióxido de carbono. Guíelos para escribir las ecuaciones químicas de las reacciones que se llevan a cabo, así como los nombres de los productos. 14. Repita el experimento anterior utilizando disoluciones bá- sicas y favorezca que identifquen que, en general, las bases no reaccionan con los metales ni con el carbonato de calcio. 15. Verifque que en las recomendaciones de utilización de áci- dos y bases corrosivos incluyan ponerlos fuera del alcance de los menores, siempre estar etiquetados y usar guantes y lentes de protección; debe indicarles que estos últimos los consiguen en las tlapalerías. 16. Trabaje con los alumnos las actividades del recurso digital LOS ÁCIDOS Y LAS BASES, incluido en el CD Recursos digitales para el profesor. Las bases reaccionan con las grasas y disuelven tejidos orgánicos; uno de ellos es la piel, por lo que los dedos resbalan fácilmente como si tuvieran aceite. Sugerencia de contenido Desarrollo 233 Algo similar ocurre con las sustancias básicas. Por ejemplo, el bicarbonato de sodio es una base que se utiliza para cocinar o como medicamento para mitigar los efectos de la acidez estomacal. Pero si se tiene contacto con una pequeña cantidad de sosa o hidróxido de sodio (NaOH), base que se usa en diversos productos de limpieza, como destapacaños, se producirían quemaduras en la piel que podrían ser graves. Existe la creencia de que sólo los ácidos son corrosivos, es decir, que dañan y des- gastan los materiales, y peligrosos, pero el hidróxido de sodio (NaOH) o el hidróxido de potasio (KOH) son ejemplos de bases que también pueden serlo (4.4). Además de quemaduras en el tracto digestivo, ingerir ácidos o bases corrosivos provoca daño en las papilas gustativas. En el cuadro 4.1 se muestran algunas de las propiedades macroscópicas, es decir, que se perciben a simple vista, más importantes de los ácidos y las bases. Cuadro 4.1 Ácidos Bases Sabor agrio. Sabor amargo. No presentan consistencia resbalosa. Tienen consistencia resbalosa. Reaccionan con algunos metales produciendo efervescencia. No reaccionan con los metales. Escribe un texto breve en el que indiques algunas recomendaciones para el uso o consumo de ácidos y bases en el hogar. Úsalo para tu artículo. 4.4. El hidróxido de sodio es una base muy corrosiva que se utiliza principalmente para fabricar productos de limpieza. 4.5. Diario consumimos y usamos sustancias ácidas y básicas. Para que adviertas la importancia de estas sustancias, anota en el cuadro los nom- bres de tres productos que uses de manera cotidiana e investiga los ácidos o las bases que contiene. Productos Nombres de los ácidos o de la bases Tanto los ácidos como las bases se encuentran de forma natural en fru- tas, verduras y otros alimentos nu- tritivos que incluimos en nuestras dietas. Los ácidos y las bases son sustancias que también utilizamos en la elabo- ración de algunos medicamentos, in- dispensables para ayudar a mejorar la salud y en artículos para mantener nuestra higiene personal, como jabo- nes y champús, y, como ya sabes, para la limpieza del hogar, como los detergentes, los líquidos para limpiar los pisos (4.5). 4.5. Diar usamos s y básicas P r o h i b i d a s u v e n t a Refresco Limpiador Polvo para hornear Ácido carbónico y fosfórico Hidróxido de amonio Bicarbonato de sodio 19_SHORCIE1GM.indd 293 06/01/11 13:33 294 Recomendaciones procedimentales 17. Pregunte a los alumnos si conocen alguna otra forma me- nos peligrosa de identifcar un ácido o una base, además de probar su sabor o percibir su consistencia. 18. Lleve al salón de clases algunas disoluciones de ácidos y bases. Añádales un indicador, de preferencia incoloro como la fenolftaleína; pídale a los alumnos proponer una explicación sobre lo que ocurre. 19. Analice con ellos la información y dígales que los indicado- res son las sustancias que cambian de color en presencia de ácidos y bases. Un error frecuente es considerar que son las disoluciones ácidas o básicas las que cambian su color. 20. Si le es posible, muéstreles papel tornasol y tiras para determinar pH, pero aún no introduzca este concepto; sólo coménteles que los papeles están impregnados con dife- rentes indicadores. 21. Dígales que la cianidina permite identifcar distinta inten- sidad de acidez o basicidad de las sustancias. Coménteles que una sustancia neutra es la que no presenta propieda- des ácidas ni básicas. Desarrollo 234 ¿Ácido o base? Las propiedades de las bases no son tan fáciles de detectar como las de los ácidos. Sin embargo, no es recomendable determinar las propiedades de ácidos o bases mediante la percepción del olor, del sabor o de la consistencia puesto que algunas de estas sustancias son muy corrosivas y pueden dañarte. Por fortuna, las personas dedicadas a la química descubrieron que algunas sustancias, naturales o sintéticas, cambian de color en presencia de un ácido o de una base, lo que permite identifcarlas de forma segura. Estas sustancias reciben el nombre de indicadores ácido-base. Por ejemplo, el papel tornasol es un indicador que se elabora impregnando un papel con el jugo de ciertos líquenes que cambian de color según se encuentren en contac- to con un ácido o una base (4.6). Existen otros indicadores que muestran tonalidades diferentes según la intensidad de la acidez o basicidad de una sustancia o el medio. Éste es el caso de la cianidina (4.7), un pigmento que se halla en la col morada, las uvas, las manzanas, las ciruelas, el maíz morado y los pétalos de fores de color intenso como la rosa, la jamaica, la bugambilia y la violeta. Para aprender algo más sobre las bases investiga en libros, revistas, enciclo- pedias o en Internet información para contestar en el cuaderno. ¿En qué consiste el proceso de nixtamalización? ¿Cuál es su importancia? ¿Por qué los troncos de los árboles se pintan con cal? Usa esta información como parte de tu artículo de divulgación. ¿Cómo sabes que un alimento es ácido? ¿Cómo te imaginas que pueden utilizarse los ácidos y las bases para crear nuevos materiales? ¿Por qué se recomiendan jabones neutros para la limpieza de la piel? ¿Qué información e imágenes has considerado para hacer tu artículo de divulgación? ¿Qué te falta para completarlo? Escala colorimétrica Más ácido Neutro Más básico 4.6. El papel tornasol toma una coloración azul en presencia de las bases y roja en la de los ácidos. 4.7. Escala de colores que toma la cianidina en medios neutros, básicos y ácidos. P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas 3. (R. M.) El proceso de nixtamalización consiste en cocer el maíz en agua con cal para separar la cascarilla del maíz. Después se enjuaga para eliminar el exceso de cal y se muele. Durante la nixtamalización ocurren muchos cambios físicos y químicos que dan maleabilidad a la masa y las tortillas, enriquecidas con el calcio proveniente de la cal. La cal viva u óxido de calcio (CaO) reacciona con el agua y forma hidróxido de calcio, conocido como cal apagada. Este compuesto es irritante para algu- nos seres vivos como los caracoles. 3) 19_SHORCIE1GM.indd 294 06/01/11 13:33 295 Recomendaciones procedimentales 22. Recomiende a los alumnos guardar el extracto de col mo- rada en un frasco opaco y conservarlo en el refrigerador. Pídales analizar el experimento antes de realizarlo; aclare sus dudas. 23. Prepare disoluciones de ácido clorhídrico o sulfúrico y de hidróxido de sodio. Añada 3 mL de jugo de col morada en cada tubo y pida a los alumnos considerar lo que ocurre en los resultados de su experimento. 24. Pídales que por equipos anoten en sus cuadernos algu- nas medidas de seguridad en el manejo de sustancias corrosivas. Así podrán identifcar la manera adecuada de desechar las sustancias del experimento y usarán dichas medidas en el taller Medidas de seguridad en el trabajo experimental (página 320). Es muy importante que prepare con anticipación las disoluciones requeridas. Para evitar accidentes, trabaje con la disolución de limpiahornos y muéstreles los resultados. 25. Verifque que etiqueten adecuadamente los tubos para que sepan qué producto o sustancia contiene cada uno de ellos. Enfatice la importancia de utilizar una pipeta para cada disolución. Los indicadores ácido-base presentan coloraciones defnidas de acuerdo con la basicidad o acidez de las disolucio- nes. Una desventaja del uso de indicadores es que las disoluciones deben ser incoloras para evitar que su color encubra los cam- bios de coloración del indicador. Por otro lado, en ocasiones el ojo huma- no no puede distinguir cambios sutiles de color. Algunos indicadores de uso frecuente son: Nombre Color Medio ácido Medio básico Anaranjado de metilo Rojo Anaranjado- amarillo Rojo de metilo Rojo Amarillo Tornasol Rojo Azul Fenolftaleína Incoloro Rosa oscuro Carmín índigo Azul celeste Amarillo Sugerencia de contenido Desarrollo 235 4.8. Los ácidos y las bases presentan tonalidades que concuerdan con la escala de colores de la cianidina. La cianidina del extracto de violetas es un indicador natu- ral que sirve para identifcar la acidez o basicidad de las sustancias (4.8a). Por ejemplo, la cianidina toma una coloración rosácea muy intensa con el ácido sulfúrico y más tenue con el ácido acético; con el hidróxido de sodio adquiere una coloración verdosa, más intensa que en el hidróxido de amonio y con las sustancias neutras no hay cambio de color (4.8b). Por esta razón, las posibilidades de detección de ácidos y bases que ofrece la cianidina la convierten en un indicador muy apreciado para el análisis cualitativo de estos dos tipos de sustancias. Existen otras sustancias sintéticas que también cambian de coloración en presencia de ácidos y bases, pero su variedad de tonalidades es limitada, como ocurre con la fenolftaleína (que es incolora con los ácidos y roja con las bases) o el rojo de metilo (toma una tonalidad roja con los ácidos y amarilla con las bases). Es momento de realizar uno de los experimentos cuyos resultados presentarán en tu artículo de divulgación junto con un texto introductorio. Para ello, junto con tu equipo consigan este material y luego realicen lo que se propone. col morada licuadora agua colador 1 frasco grande con tapa 12 tubos de ensayo o frascos pequeños 1 gradilla plumón indeleble 12 pipetas de plástico disolución de limpiahornos disolución de jabón de tocador neutro disolución de jabón de pasta para lavar ropa disolución de jabón perfumado jugo de limón vinagre bicarbonato de sodio disolución de pastilla de vitamina C leche 1 papel filtro para cafetera tijeras Antes de realizar el experimento, determinen cuáles serán las medidas de seguri- dad que tendrán en cuenta para no lastimarse. Realicen los pasos que se sugieren. En casa de uno de los integrantes del equipo, licuen la col con un poco de agua durante un minuto. Cuelen el jugo de col en el frasco grande y lleven el líquido a la escuela. En el laboratorio, numeren los tubos de ensayo con el plumón indeleble de 1 a 12 y colóquenlos en la gradilla. Si usan frascos acomódenlos en la mesa. Tomen una pipeta y agreguen a cada tubo 3 mL del jugo de col. Tomen otra pipeta y agreguen con cuidado 3 mL de la disolución de lim- piahornos al primer tubo de ensayo o frasco. Agiten el tubo y deposítenlo en la gradilla. Repitan el paso anterior para el resto de las sustancias en los otros tubos. Usen pipetas diferentes en cada caso para no contaminar las muestras. Dejen el tubo 12 sólo con el jugo de col para que lo tomen como referencia. P r o h i b i d a s u v e n t a 19_SHORCIE1GM.indd 295 06/01/11 13:33 296 Recomendaciones procedimentales 26. Solicite a los alumnos elaborar dibujos con colores o tomar fotografías de las tonalidades del indicador en presencia de cada una de las sustancias analizadas. 27. Oriéntelos para evitar que dejen mucho tiempo las tiras de papel fltro en contacto con el jugo de col morada para que no se rompan. El jugo de col morada se mantiene en buenas condiciones en el refrigerador aproximadamente una semana. Es importante mantener en la oscuridad el extracto y las tiras. 28. Promueva la refexión sobre si las características ácidas o básicas de las sustancias analizadas infuyen en su utili- dad; pídales argumentar sus respuestas. 29. Pídales que ingresen a la dirección recomendada en el apartado Espacio tecnológico, y que consideren las pro- piedades de los productos mostrados en el interactivo para su artículo de divulgación. En este recurso se hace un recorrido virtual por la cocina, el baño y el cuarto de lava- do de una casa con la fnalidad de identifcar la acidez o basicidad de diversos productos de uso cotidiano mediante el uso de tres indicadores diferentes. Desarrollo 236 Observen y registren en el cuaderno la coloración de las disoluciones. Corten tiras de 1 cm de ancho por 2 cm de largo del papel filtro e imprégnenlos con el jugo de col y déjenlas secar. Éste será su papel indicador. Conserven sus tiras para actividades posteriores en bolsas negras y guarden el resto del jugo de col en un frasco bien tapado en el refrigerador para que no se eche a perder. Identifiquen el cambio de color en cada tubo de ensayo y compárenlo con la es- cala de la cianidina que aparece en la figura 4.7 de la página 234. Clasifiquen en el cuaderno las sustancias como ácidos o bases y después ordé- nenlas de acuerdo con la intensidad de su acidez o basicidad. Determinen en cuáles sustancias se manifiestan de forma más intensa las pro- piedades ácidas y básicas (4.9). Abre tu navegador de internet en esta dirección: www.telesecundaria.dgme.sep.gob.mx/buscador/bsc.php# Selecciona la asignatura “química” y el recurso “interacti- vo” en las tres ventanas pequeñas del buscador y oprime “buscar”. Después localiza el recurso interactivo titulado “Indicadores ácido base”. Entra al recurso y encuentra qué coloración toma el jabón con el indicador rojo de me- tilo y qué tipo de jabón es el que se muestra. ¿Con cuál indicador podrías saberlo? Contesten en el cuaderno. ¿Qué coloración debería tener la cianidina en contacto con una sustancia neu- tra? ¿Alguna de las que usaron en el experimento es una sustancia neutra? ¿Existe alguna relación entre la intensidad de la acidez o de la basicidad de las sustancias con su peligrosidad? Escriban un par de ejemplos. ¿Cuál jabón tiene características que lo acercan a la calidad de neutro? Comparen sus resultados con los de los demás equipos y obtengan conclusiones de grupo. Elaboren un informe de su actividad experimental. Es importante que muestren los colores que adquirió la cianidina con las diferentes sustancias. Guarden este informe para incluirlo como parte de su artículo de divulgación. En equipo analicen la pregunta y contéstenla en el cuaderno. ¿Cuáles son las propiedades que presentan los jabones y cuál de los que usa- ron con el indicador de cianidina recomendarían a una persona de piel sensi- ble? Justifiquen su respuesta. Elaboren en sus cuadernos un texto en el que indiquen cuáles sustancias de las analizadas en el experimento son ácidas y cuáles básicas. También señalen para qué se usa cada una y los cuidados que deben tenerse para su uso o manejo. Usen este texto como parte de su artículo de divulgación. 4.9. El análisis de resultados es una habilidad científca. P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas 4. (R. M.) La cianidina presenta color morado en un medio neutro. El agua es un com- puesto neutro. Entre mayor es la intensidad de la aci- dez o la basicidad de los compuestos, mayor es su peligrosidad. Por ejemplo, en presencia de los ácidos clorhídrico y sulfúrico la cianidina toma un color rojo que indica mayor intensidad de acidez. En el caso de la disolución de limpiahornos y del hidróxido de sodio, la coloración de la cianidina es amarilla, y corresponde a la mayor intensidad de basicidad. El jabón para lavar ropa es alcalino, el de tocador es neutro y el perfumado es ligeramente ácido; esto se percibe con el color que toma la cianidina con cada uno de ellos. 4) 19_SHORCIE1GM.indd 296 06/01/11 13:33 297 Recomendaciones procedimentales 30. Invite a los alumnos a realizar la investigación sugerida en el apartado Tareas; pídales tomar fotografías o elaborar dibujos del color de las tiras del indicador, así como in- vestigar los ácidos o bases contenidos en los productos. Pídales incluir esta información en su artículo de divulga- ción; promueva que compartan en el grupo los resultados de su trabajo. 31. Invítelos a revisar la información sobre el uso de ácidos y bases en la industria. Solicíteles que comenten en el grupo la importancia de los productos mencionados en la vida cotidiana. 32. Pídales investigar el uso de otros ácidos y bases en la industria, así como otras aplicaciones distintas de las men- cionadas en el texto para incluirlas en su artículo. 33. Cuestiónelos sobre por qué se dice que el conocimiento de las propiedades de los ácidos y las bases promueve la mejora de nuestra calidad de vida. 34. Revise sus avances en la elaboración del artículo de di- vulgación; si es necesario, hágales sugerencias para mejorarlo. Desarrollo 237 4.10. El hidróxido de sodio es útil en la fabricación de productos de limpieza. 4.11. La producción de ácido sulfúrico de un país indica el nivel de su desarrollo industrial. Con las tiras de papel indicador que guardaste de la ac- tividad experimental investiga en tu casa qué productos son ácidos, básicos o neutros. Elabora un cuadro con la información que recabes y úsalo en tu artículo. ¿Cuál es la importancia de contar con una escala de colores o colorimétrica como la de la cianidina para determinar cuáles sustancias son ácidas y cuáles básicas? ¿Por qué debemos usar con precaución los conocimientos sobre los ácidos y las bases? ¿Qué tan avanzado vas en tu artículo de divulgación?, ¿podrías terminarlo con lo estudiado hasta ahora?, ¿qué te falta? ¿Consideras de utilidad incluir lo que has descubierto sobre los indicadores ácido-base? ¿Por qué? ¿Cuál ha sido el desempeño de tu equipo durante las actividades?, ¿estás satisfecho con el trabajo que han realizado? ¿Por qué? Los ácidos y las bases en la industria química Hemos comentado que las sustancias ácidas y básicas son importantes en diversos ámbitos de nuestra vida cotidiana. En la industria química, el conocimiento de los ácidos y de las bases permite fabricar productos y medicamentos que contribuyen al bienestar de las personas. Muchos ácidos y bases son la materia prima para elaborar productos, por ejemplo: Ácido clorhídrico o muriático. Se usa en la producción de fertilizantes, tintes y colo- rantes de telas y pinturas, refinación de minerales y curtido de pieles. Hidróxido de sodio o sosa cáustica. Se utiliza en la fabricación de papel, tejidos, y detergentes (4.10). El ácido sulfúrico. Es el compuesto de mayor producción en el mundo (4.11). Se emplea para la síntesis de otros ácidos y sulfatos y en la industria petroquímica. Ácido acrílico. Es el material base para fabricar plásticos, barnices, resinas elásti- cas y adhesivos transparentes. Hidróxido de calcio. Se emplea para el tratamiento de aguas residuales y el mejo- ramiento de tierras ácidas. Es un ingrediente para hacer mortero y yeso, necesa- rios en el ramo de la construcción. En equipo, comenten, cuál es la contribución de los conocimientos químicos para la fabricación de las sustancias ácidas y básicas que usan en sus casas y su impor- tancia para promover una mejor calidad de vida de nuestra sociedad. Revisen en Internet las sustancias que componen algunos productos usados en la industria y averigüen si contienen ácidos o bases. Anoten sus resultados en el cuaderno y empléenlos para complementar su artículo de divulgación. P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas 5. (R. M.) El conocimiento químico nos permite identifcar la intensidad de un ácido o una base de una sustancia, por tanto, permite tomar precauciones para manipular las sustancias corrosivas, y disfrutar de alimentos que contienen ácidos de menor intensidad. El uso de indicadores es un método más seguro que probar el sabor y la con- sistencia de las sustancias, y es más rápido que realizar experimentos con metales o carbonatos para identifcar los ácidos. 5) 19_SHORCIE1GM.indd 297 06/01/11 13:33 298 Recomendaciones procedimentales 35. Antes de revisar el texto prepare frente a los alumnos una disolución de cloruro de sodio y coloque agua en otro vaso. Pídale a alguno de ellos utilizar sus tiras de indicador de col morada para identifcar si son ácidos o bases. Después solicíteles mencionar las propiedades que ahora conocen del ácido clorhídrico y del hidróxido de sodio. Haga anota- ciones en el pizarrón. 36. Pídales leer en voz alta el texto y analizar la ecuación de neutralización del ácido clorhídrico con hidróxido de so- dio. Cuestiónelos sobre el tipo de elementos que son el sodio y el cloro, un metal y un no metal respectivamente, así como sobre el tipo de enlace que se forma cuando se unen (enlace iónico). 37. Analice con ellos los modelos moleculares de la reac- ción de neutralización del hidróxido de sodio con el áci- do clorhídrico, que puede encontrar en el recurso digital REACCIONES DE NEUTRALIZACIÓN, incluido en el CD. Oriéntelos para identifcar cómo están unidos el oxígeno y el hidrógeno en el hidróxido. Y pregúnteles por qué siem- pre se forma agua. Coménteles que uno de los hidrógenos proviene del ácido mientras que el otro del hidróxido. 38. Escriba en el pizarrón las fórmulas de otros ácidos y bases para que los alumnos completen las ecuaciones de las reac- ciones de neutralización y las balanceen. Explíqueles cómo nombrar las sales. En lugar de considerar la neutraliza- ción como una reacción entre un ácido y una base, los estudiantes suelen con- siderar que: La neutralización es una forma de eliminar las propiedades de los ácidos. Una base puede detener la acción de un ácido. Durante la neutralización, el ácido puede estropearse. Ideas previas Desarrollo 238 La neutralización El ácido clorhídrico (HCl) y el hidróxido de sodio (NaOH) son compuestos que tienen propiedades con un alto grado de acidez y de basicidad, respectivamente, por lo que deben manipularse con mucha precaución. Sin embargo, cuando el ácido clorhídrico y el hidróxido de sodio se ponen en contacto se produce una reacción en la que se forman sustancias que no presentan las ca- racterísticas ácidas ni básicas de los compuestos originales. Esta es la ecuación que representa la reacción: HCl + NaOH NaCl + H2O + calor Ácido clorhídrico hidróxido de sodio cloruro de sodio agua Los productos que se obtienen de la reacción son cloruro de sodio (NaCl), la sal común que utilizamos para aderezar algunos alimentos, y agua. Ninguno de estos compuestos tiene propiedades ácidas ni básicas, son neutros. La reacción entre un ácido y una base se conoce como neutralización y los productos que se obtienen son siempre una sal y agua; por ejemplo, cuando el hidróxido de calcio (Ca(OH)2) reacciona con el ácido clorhídrico (HCl), se forma cloruro de calcio (CaCl2), que es una sal, y agua (4.12). 4.12. El hidróxido de calcio es una base que reacciona con el ácido clorhídrico y para formar una sal y agua. + + H H H Cl Cl Cl Cl H O O H H O H H O Ca Ca Ca(OH) 2 2HCl CaCl 2 2H O 2 Las sales son compuestos iónicos formados por un catión metálico y un anión, que puede ser un no metal o la combinación de algunos de estos elementos. En el caso del cloruro de sodio, el catión metálico es el ion de sodio (Na + ) y el anión del no metal es el ion cloruro (Cl – ). Reúnete con tu equipo y consigan este material para que realicen un experi- mento. 100 g de bicarbonato de sodio 100 mL de vinagre 1 vaso desechable transparente 1 cuchara sopera 3 tiras de papel indicador Realicen lo que se propone. Determinen las medidas de seguridad que tendrán en cuenta por las sustancias que emplearán. Coloquen el bicarbonato de sodio en el vaso desechable, agreguen unas gotas de agua e introduzcan una tira de papel indicador, ¿qué color se obtuvo?, ¿es una sus- tancia ácida o básica? Anoten el resultado de sus observaciones en el cuaderno. Verifiquen si el vinagre es ácido o básico con otra tira. Escriban lo que observen en el cuaderno. P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas 6. (R. M.) La disolución de bicarbonato de sodio es ligeramente básica. El vinagre es ácido. 6) 19_SHORCIE1GM.indd 298 06/01/11 13:33 299 Recomendaciones procedimentales 39. Pida a los alumnos tocar la bolsa en la que se realiza la reacción para que identifquen el desprendimiento de ca- lor, con lo que pueden identifcar que las reacciones de neutralización son exotérmicas. 40. Es muy probable que el residuo de la reacción entre el bicarbonato de sodio y el vinagre aún presente propieda- des ácidas o básicas. Utilice esta situación para enfatizar la importancia de la concentración de las sustancias para que se complete la reacción de neutralización. Prepare disoluciones de ambas sustancias, añada fenolftaleína y lleve a cabo la neutralización. Considere como punto fnal el viraje del indicador. 41. Invítelos a consultar la página 323 de su libro y dar una explicación sobre el procedimiento que deben seguir para desechar las sustancias del experimento. 42. Guíelos para que identifquen la importancia de las reac- ciones de neutralización en nuestro organismo, y para el cuidado del ambiente. Desarrollo 239 4.13. Es responsabilidad de las industrias y las personas evitar verter al ambiente sustancias que alteren el equilibrio ecológico. Con la cuchara, agreguen el vinagre poco a poco al vaso donde está el bicarbonato de sodio y observen qué pasa. Cuando termine la reacción observen lo que quedó en el fondo del vaso. Verifi- quen si es ácido o básico Cuando terminen, viertan los líquidos al drenaje, no son tóxicos, y el vaso a la basura inorgánica. Anoten en su cuaderno el resultado de sus observaciones. Las reacciones de neutralización son muy importantes tanto para mantener la salud, como en la industria química. Así tenemos que en nuestro organismo diariamente entran y se producen grandes cantidades de ácidos que dañarían nuestra salud, e incluso nos podrían ocasionar la muerte si su concentración aumenta. Por ejemplo, existen en la sangre sustancias como el ácido carbónico (H2CO3) y el bicarbonato de sodio (NaHCO3), que es una base. Si se incrementa la concentración de ácidos en la sangre, éstos son neutralizados por el bicarbonato de sodio, y si aumenta la concentración de bases, el ácido carbó- nico se encarga de neutralizarla. De esta forma se regula la sangre, no es muy ácida o básica. En algunas industrias se usan reacciones de neutralización para evitar verter sus- tancias ácidas o básicas que dañen el agua y el suelo. De esta manera sólo se vier- ten agua al medio y las sales se pueden recuperar para otros procesos industriales (4.13). Lee el texto y luego responde en tu cuaderno. Cuando una abeja pica a una persona introduce al organismo una sustancia ácida que produce una coloración roja en el papel tornasol, en cambio con el veneno de la avispa el color del papel es azul (4.14). La picadura de una avispa o de una abeja es una experiencia dolorosa para quienes la han sufrido. Contrariamente a lo que mucha gente cree, el veneno de estos insectos es químicamente opuesto, pues uno es ácido y el otro una base. 4.14. Cuando la abeja pica inyecta una sustancia ácida. La de la avispa es básica. En casos de picaduras leves en zonas diferentes a la cara, si tuvieras a la mano una disolución de bicarbonato de sodio y una de vinagre, ¿cuál recomendarías para mitigar los efectos de una picadura de abeja y de una avispa? Escribe en tu cuaderno una explicación que justifique tu elección. Si es el caso, puedes usar este ejemplo en tu artículo de divulgación. P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas 7. (R. M.) El color rojo del papel tornasol indica que el veneno de la abeja es ácido, por lo que se utilizaría una disolución de bicarbonato de sodio. El veneno de la avispa es una base, pues el papel tornasol vira a color azul. En este caso usaría vinagre. 7) 19_SHORCIE1GM.indd 299 06/01/11 13:34 300 Recomendaciones procedimentales 43. Coménteles que las sales están formadas por elementos metálicos y no metálicos, y que el cloruro de sodio es un ejemplo más de este tipo de compuestos. 44. Pídales investigar o coménteles sobre otras sales que tam- bién se utilizan en la comida, como el benzoato de sodio (que impide el crecimiento de microorganismos), el gluta- mato de sodio (de uso frecuente en la comida china, que aunque es insípido, incrementa la salivación y produce una mayor sensibilidad al sabor de los alimentos) y el nitrito de sodio (usado como conservador y para proporcionar un color rosado a la carne). Sobre este último existe una dis- cusión pues se le ha asociado con el cáncer de estómago, pero las investigaciones no han sido concluyentes. 45. Relacione el uso de los herbicidas durante la guerra con la asignatura de Formación cívica y ética. Guíelos para que se percaten de que el conocimiento químico es neutro; lo bueno o lo malo es el uso que le dan las personas. 46. Invítelos a discutir en grupo la información del apartado Tú, ¿qué opinas?, y promueva la refexión sobre la responsabi- lidad del uso del conocimiento químico, así como sobre la importancia de tener una cultura química básica que nos permita tomar decisiones informadas. Las sales se forman cuando los iones metálicos sustituyen a los ácidos. En su fórmula aparece primero el símbolo del elemento metálico y después el o los no metálicos. Si provienen de un hidrácido (formados por hidrógeno y un no metal) se nom- bran iniciando con la raíz del nombre del anión, seguida de la terminación uro, por ejemplo, cloruro de potasio (KCl), sulfuro de cobre (Cu 2 S) y fuoruro de calcio (CaF 2 ). Si derivan de un oxiácido (compuestos formados por hidrógeno, un no metal y oxígeno) los sufjos ato y oso del nom- bre del ácido se sustituyen por ico e ito, respectivamente, por ejemplo, sul- fto de sodio CuSO 3 (que proviene del ácido sulfuroso, H 2 SO 3 ), nitrato de sodio NaNO 3 (del ácido nítrico, HNO 3 ) y car- bonato de magnesio MgCO 3 (del ácido carbónico H 2 CO 3 ) Sugerencia de contenido Desarrollo 240 ¿Para qué sirven las sales? Son muchas y variadas las aplicaciones que las sales tienen en la industria. Por ejem- plo, de la reacción del amoniaco (NH3) con el ácido sulfúrico (H2SO4) se obtiene el sulfato de amonio, (NH4)2SO4, una sustancia que se emplea en la fabricación de fertilizantes utilizados en la agricultura. Otros ejemplos los tenemos con el fuoruro de sodio y el carbonato de potasio. El fluoruro de sodio (NaF) es una sal que se obtiene cuando el hidróxido de sodio (NaOH) reacciona con el ácido fluorhídrico (HF), y que se añade a las pastas dentales para prevenir la caries. El carbonato de potasio (K 2CO3) se obtiene de la reacción de hidróxido de potasio (KOH) con dióxido de carbono (CO2), y es una sustancia que se emplea en la fabricación de vidrios. Como te habrás percatado, los ácidos, las bases y las sales son sustancias presentes en nuestra vida diaria, en las actividades productivas, como la agricultura donde al- gunos ácidos (como el indolacético) se utilizan como herbicidas para eliminar plantas que crecen en los cultivos (4.15). Pero en ocasiones los conocimientos químicos no siempre se emplean en benefcio de la humanidad y del ambiente. Por ejemplo, algunos herbicidas potentes (como el ácido 3,4 - diclorofenoxiacético) que acaban con todo tipo de plantas, fueron utiliza- dos como armas químicas durante la segunda mitad del siglo XX, con la fnalidad de eliminar el follaje donde se ocultaban las tropas, sin considerar el daño que causarían a las poblaciones y al medio. El objetivo principal de la ciencia es desarrollar conocimiento veraz y confable, en muchos países hombres y mujeres se dedican a la investigación científca (4.16). Cómo se aprovecha ese conocimiento no depende de la ciencia, sino de las personas que lo usan en la búsqueda de la satisfacción de sus necesidades. 4.16. Los científcos ponen sus conocimientos a disposición de las personas. 4.17. Los anuncios publicitarios resaltan características benéfcas de sus productos, pero no advierten sobre los riesgos. 4.15. Los ácidos son útiles en la agricultura, pues facilitan la producción de vegetales para la alimentación. C3-Sec-58-240 Foto de un campesino rociando plantas con herbicidas Comenten sobre algunas implicaciones del uso del conocimiento químico. Usen estos puntos como ejemplos. Obtengan conclusiones. Muchos anuncios publicitarios de ja- bones, lociones o cremas no advierten al público de los efectos que éstos pueden producir en personas alérgicas o muy sen- sibles de la piel (4.17). Los detergentes pueden alterar la acidez o basicidad del suelo de cultivo y no se ad- vierte sobre este riesgo. Incorporen sus conclusiones en el artículo de divulgación. P r o h i b i d a s u v e n t a 19_SHORCIE1GM.indd 300 06/01/11 13:34 301 Recomendaciones procedimentales 47. Dé tiempo a los alumnos para que terminen de elaborar su artículo. Acuerde con ellos los aspectos que serán con- siderados para la evaluación, como la calidad y cantidad de información, la organización, el uso de diagramas e ilustraciones, las fuentes de información consultadas y la redacción. Recuérdeles que si lo creen necesario, pueden consultar sus libros de Español y a los maestros de esta asignatura. 48. Sortee el orden de las exposiciones, y al fnalizar las mis- mas, pídales revisar sus respuestas iniciales del apartado Preguntas para andar y hacer las modifcaciones necesa- rias de acuerdo con lo que ahora conocen sobre ácidos y bases. 49. Invítelos a contestar individualmente las preguntas del apartado ¿Cómo nos fue? y comentarlas con el grupo. 50. Pídales evaluarse de manera individual de acuerdo con lo que se incluye en la tabla de indicadores. Revise des- pués con cada uno de ellos los avances con respecto a los aprendizajes esperados. Si es necesario, apóyelos para mejorar su desempeño. Las condiciones muy ácidas (pH menor a 5.5) en los suelos repercuten en la disponibilidad de los nutrientes de las plantas, como fósforo, calcio y magne- sio. Por otro lado, la acidez modifca la solubilidad del aluminio y del manga- neso, que son tóxicos para las plantas. Para neutralizar la acidez del suelo se utiliza cal (óxido de calcio) rocas calizas o abonos orgánicos para que la planta pueda disponer de los nutrientes del suelo. Sugerencia de contenido Cierre 241 El artículo de divulgación Reúnan todo el material que escribieron y recopilaron durante el trabajo que reali- zaron en estas páginas. Organicen el material según la secuencia que deseen darle. Determinen el número de páginas que tendrá y las imágenes que utilizarán. Redacten su artículo y revísenlo de acuerdo con lo que han aprendido en Español. No olviden revisar la ortografía, la sintaxis y los signos de puntuación, esto ayudará a mejorar la calidad de su trabajo (4.18). Decidan qué miembro del equipo lo presentará ante el grupo. Recuerden preguntar a su profesor el tiempo que tendrán para la presentación y consideren un espacio para resolver dudas de sus compañeros. Cuando sea su turno de opinar o preguntar, háganlo con respeto y usen argumen- tos bien estructurados. Discutan estas preguntas con la dirección de su profesor. Anota las conclusiones en el cuaderno. ¿Cuál es la importancia de los ácidos y las bases en tu vida diaria? ¿Por qué es importante saber si una sustancia es ácida o básica? ¿Qué cambios le harías a tu artículo? Explica tus respuestas. ¿Cómo fue el desempeño de los miembros de tu equipo durante las actividades que realizaron para elaborar y presentar su artículo? ¿Qué aprendiste durante la elaboración de tu artículo? Imagina que en tu localidad hay un campo de cultivo con suelos ácidos y debes neutralizarlos un poco para sembrar, pero el producto que contiene las bases contamina el agua del manto freático, ¿qué harías? Lee con atención los indicadores y marca con una la casilla que refeja tu avance. Indicadores Siempre lo logro A veces lo logro Estoy en proceso de lograrlo Explico algunas propiedades macroscópicas de los ácidos y las bases. Valoro la importancia de los ácidos y las bases en la vida cotidiana y en la industria química. Identifco las características generales de los productos que se forman durante una reacción ácido-base. Aprecio la contribución de la química para la obtención de productos útiles en nuestra vida cotidiana. Reconozco la importancia del uso ético del conocimiento químico. Refexiona sobre lo que tendrías que hacer para mejorar tu desempeño y, si lo con- sideras necesario, consulta a tu profesor. 4.18. Revisar el trabajo antes de entregarlo permite encontrar errores y mejorarlo. Conserva un ejemplar en tu Archivo de evidencias P r o h i b i d a s u v e n t a 19_SHORCIE1GM.indd 301 06/01/11 13:34 302 Intención pedagógica Recomendaciones procedimentales 1. Pregunte a sus educandos sobre la electricidad, con la fnalidad de evaluar sus ideas previas. Comente con ellos el texto inicial y pregúnteles sobre los riesgos de electro- cución. También puede discutir con ellos sobre las me- didas de prevención y el porqué piensan que sucede la electrocución. 2. Invítelos a que discutan en equipos el apartado Preguntas para andar y después anote en una hoja de rotafolios las respuestas de cada equipo. Déjelas a la vista durante el tiempo que trabajarán la secuencia; periódicamente puede revisarlas para que analicen cómo van cambiando sus ideas. 3. Pregúnteles cuál piensan que es la información que deben tomar en cuenta para elaborar su cuadro comparativo, que se propone en el apartado Nuestro trabajo, y anote en el pizarrón las información que deberán incluir en su producto. 4. Organice una discusión sobre lo que investigaron y las conclusiones a las que llegaron sobre los materiales que conducen la electricidad. Anote en el pizarrón las ideas más relevantes sobre la materiales y los concep- tos que aprendieron. En esta secuencia se busca que me- diante un cuadro comparativo sobre los ácidos y bases, los alumnos iden- tifquen algunas de las características, alcances y limitaciones del modelo de Arrhenius. Asimismo, al fnal de la se- cuencia los educandos serán capaces de explicar el comportamiento de los ácidos y las bases apoyándose en el modelo propuesto por Arrhenius. 242 242 242 Planeación Inicio Explica en tu cuaderno cómo son los materiales que conducen la electricidad y si piensas que los ácidos y las bases la pueden conducir. Compara tus explicaciones con las de los integrantes de tu equipo, Durante el desarrollo de este tema elaborarás con tu equipo de trabajo un cuadro comparativo en el que contrastarás las propiedades de los ácidos y las bases de acuerdo con el modelo propuesto por el científco sueco Svante August Arrhenius (1859-1927). Su cuadro lo completarán con ejemplos de ambos tipos de compuestos y los pro- ductos de uso cotidiano donde podemos encontrar estos tipos de sustancias. ¿Pueden los ácidos y las bases conducir la electricidad cuando se disuelven en agua? ¿Por qué? ¿Qué tienen en común los ácidos?, ¿en qué son diferentes? ¿Cuáles son las semejanzas y diferencias entre las bases? ¿Cómo es la actividad de los ácidos y las bases? ¿Qué pasa si se disuelve un ácido o una base en agua? ¿Cuáles son las limitaciones del primer modelo postulado para explicar las características de los ácidos y las bases? ¿Por qué en algunos compuestos se manifesta con mayor intensidad la acidez o la basicidad que en otros? 1.2. Modelo de ácidos y bases. Modelo de Arrhenius Como consecuencia de las fuertes lluvias registradas el día de ayer, se presentaron graves inundaciones en la zona poniente de la Ciudad de México. En algunas calles se cayeron cables eléctricos (4.19). Las autoridades hicieron recomendaciones a los pobladores para prevenir una electrocución: Ubicarse en una zona que no tenga contacto con el agua. No encender, utilizar o apagar ningún aparato electrodoméstico o alguna herra- mienta si el agua está dentro de su casa o si usted está mojado. No caminar en el agua estancada si hay cables de energía caídos. Si al restablecerse el servicio eléctrico observa chispas en algunos aparatos y cables, o percibe olor a quemado, pero no detecta un incendio, desconecte el interruptor principal (baje el switch). C3-Sec-62-242 Foto de un poste de luz o de cables caídos. Photos to go 21100499 4.19. La electrocución es la segunda causa de defunciones durante las inundaciones. Joel leyó la noticia y se preguntó: ¿por qué existe el riesgo de electrocución? P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas (R. M.) 1. Cualquier material que transporta elec- trones con facilidad es capaz de conducir electricidad. Por ejemplo, los metales que tienen electrones poco ligados a sus átomos, cuando reciben electricidad, éstos se desprenden en forma de calor. También, cuando los ácidos y las bases se disuelven en agua se disocian para formar iones, los cuales se encargan de conducir la electricidad. 1) 19_SHORCIE1GM.indd 302 06/01/11 13:34 303 Recomendaciones procedimentales 5. Una vez que hayan leído el texto, analice con los estudian- tes la importancia que tuvo la invención de la pila eléctrica para el descubrimiento de los ácidos, las bases y las sales disueltas en agua. Inicie con un ejercicio en el que los alumnos describan el funcionamiento de la pila eléctrica. Anote en el pizarrón las ideas más relevantes para que lleguen a un acuerdo. 6. Pregúnteles cual es la función de un electrolito y anote en el pizarrón las ideas correctas, de esta forma tendrán más clara la defnición. 7. Después de leer el texto propóngales que en grupo rea- licen en el pizarrón una línea del tiempo con los datos relevantes de cada descubrimiento hasta llegar a la teoría de Arrhenius. Guíelos en la elección de aquellos sucesos importantes que faciliten el proceso de investigación. Un electrolito es cualquier compuesto que conduce la electricidad cuando se funde o se disuelve en agua. Un ejemplo del uso de los electrolitos son las baterías de los automóviles, cuyos electrodos están hechos de plomo-ácido que permiten el paso de corriente. Sugerencias de contenido 243 243 243 Desarrollo Ácidos y bases, ¿conductores eléctricos? En la década de 1780 los científcos tenían la idea de que la electricidad animal existía debido a los experimentos desarrollados por el médico y físico italiano Luigi Galvani (1737- 1798). Galvani observó el movimiento del músculo de las patas de una rana cuando inducía una corriente eléctrica en la médula espinal con un arco hecho de cobre y zinc. Esto lo explicó diciendo que en el cuerpo del animal había un fuido que conducía la elec- tricidad. Por esta razón la llamó “electricidad animal”. El físico italiano, Alessandro Volta (1745 -1827), gran amigo de Galvani, apoyaba sus experimentos, pero no estaba de acuerdo con la explicación, aunque suponía que había algo en el cuerpo de la rana que conducía la electricidad. Entonces Volta propuso otro experimento. En 1800, construyó un dispositivo hecho con una serie de círculos de cobre y zinc y, entre éstos colocó discos de cuero remo- jado en agua con sal. En este dispositivo generaba corriente eléctrica a partir de la unión de dos metales diferentes (4.20) se conoce como pila de Volta. Cuero remojado Zinc Cobre 4.20. La pila de Volta fue de gran utilidad para otros científcos de su época, interesados en los fenómenos eléctricos. Las primeras pilas voltaicas tenían de 30 a 60 placas de dos tipos de metales, sepa- rados entre sí por discos más pequeños de cartón o de cuero mojados en agua que contenía lejía o sal. Con estos experimentos como base, y otros más, en los inicios del siglo XIX se sabía que algunas sustancias, al disolverlas en agua, conducían la electricidad. En el siglo XIX, se pensaba que todas las reacciones químicas estaban en función de la atracción de cargas eléctricas. Por ejemplo, si se introducían dos electrodos en una sustancia disuelta en agua, el polo negativo atraía los componentes positivos de una molécula y la descomponían. El físico británico Michael Faraday (1791-1867) pensaba que introducir los polos no era sufciente y que se debía aplicar una descarga eléctrica a la disolución. Esta des- carga producía la liberación de un componente de la molécula, al que llamó ion, y que los iones eran los que conducían la corriente eléctrica. Faraday llamó electrolitos a este tipo de sustancias, y no electrolitos a las que aún disolviéndose en agua no conducían la electricidad. Sin embargo, no explicó cómo sucedía el proceso. La respuesta a este cuestionamiento la propuso el químico sueco Arrhenius. Este científco se interesó en el estudio de la conductividad eléctrica de las disoluciones acuosas. Entre otras sustancias, Arrhenius utilizó disoluciones de ácidos y bases. P r o h i b i d a s u v e n t a 19_SHORCIE1GM.indd 303 06/01/11 13:34 304 Recomendaciones procedimentales 8. Revise que las hipótesis estén bien planteadas de acuer- do con el texto. 9. Verifque con sus alumnos las respuestas de las ac- tividades y redefna los conceptos de ácidos y bases. Recuérdeles que un ácido es una sustancia que cede iones H + y una base es la que acepta, de esta manera no surge confusión en la teoría de los ácidos y las bases. 10. Pídales que repasen el circuito eléctrico que utilizaron en la página 132 de este libro. Para mayor información puede consultar: Garritz R., A., y cols. Tù y la química, Pearson Educación, México, 2001, pp. 645-651. Sugerencia de contenido Desarrollo 244 Arrhenius propuso que cuando se disolvían algunas sustancias en agua, éstas se diso- ciaban en iones. Por ejemplo, al disolver cloruro de potasio en agua, se formaban los iones cloro (Cl – ) y potasio (K + ) y que, debido a esto, las disoluciones conducían elec- tricidad. Lo anterior contradecía lo que Faraday proponía, puesto que Arrhenius aseguraba que la disociación con agua no requería aplicar una corriente eléctrica. disociación. Acción y efecto de separar algo que estaba unido. Svante August Arrhenius Desde niño me di cuenta de que era bueno con los números. Más tarde estudié matemáticas, físi- ca y química en la Universidad de Uppsala. En 1883 expuse las bases de lo que después sería la teoría de la disociación electrolítica. Mis ideas no fueron bien aceptadas por mis colegas. Sin embargo, decidí enviarlas a diversos científcos y algunos me brindaron su apoyo. En 1903 me otorgaron el Premio Nobel de quími- ca por mis aportaciones a la ciencia. La teoría de Arrhenius fue rechazada de inmediato puesto que en ese momento imperaban las ideas de Faraday, pero mediante experimentos, mediciones y cálculos matemáticos logró la aprobación de ésta. En la actividad realizarás un experimento similar al que hizo este notable científco. Responde en tu cuaderno. ¿Cómo se construyó la teoría de la disociación electrolítica? ¿Qué hizo Arrhenius para conformar su teoría? ¿Cómo valoras el conocimiento químico en fun- ción de lo que acabas de leer? Para probar la conductividad eléctrica de algunos ácidos y bases te invitamos a realizar este experi- mento. Revisa la lista de los productos que vas a utilizar y propón una hipótesis sobre cuáles consideras que conducirán la corriente eléctrica y por qué. Anota lo anterior en tu cuaderno. Consigue, con tus compañeros de equipo, estos materiales. 100 mL de disolución de ácido clorhídrico (HCl), medir con la pipeta 7 mL de ácido clor- hídrico concentrado y adicionarlo lentamente a 80 mL de agua. Dejar enfriar y completar el volumen con agua, hasta 100 mL. 100 mL de disolución de hidróxido de sodio (NaOH), disolver 3 g de hidróxido de sodio en 100 mL de agua. 100 mL de agua destilada o de agua potable 100 mL de vinagre blanco (disolución de ácido acético al 5%, CH 3COOH) 1 balanza 100 mL de limpiador para pisos, como los que contienen amonia (amoniaco, NH3) 100 mL de disolución de cloruro de sodio (NaCl) o sal común 100 mL de disolución de azúcar (sacarosa C 12H22O11) 100 mL de disolución de bicarbonato de sodio (NaHCO 3) Disolución de indicador de col morada 9 vasos de vidrio o de plástico transparente de 150 mL 1 pipeta 1 circuito eléctrico que utilizaste en la página 132 de este libro El ácido clorhídrico concentrado y el hidróxido de sodio son muy corrosivos, por lo que la preparación de las disoluciones y la prueba de su conductividad eléctrica deben ser realizadas por tu profesor. E h P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas 2. (R. M.) La teoría de la disociación inició con M. Faraday, el cual propuso que una solución, al tener una carga eléctrica, libera iones, a los que llamó electrolitos, los cuales conducen la electricidad. Tiempo después, S. Arrhenius se pre- guntó si esta disociación se debía a la carga eléctrica o a la naturaleza de la sustancia, así que trabajo con sustancias ácidas y básicas, demos- trando la ionización de los mismos en agua debido a su naturaleza y no a la carga eléctrica recibida. Arrhenius para conformar su teoría, propuso que ciertas sustancias al ponerse en contacto con el agua, forman iones positivos y negativos que pueden conducir la corriente eléc- trica. Trabajó con ácidos y bases y los defnió como electrolitos de diferente fuerza, considerándolos débiles, si se disocian parcialmente y fuertes si se disocian totalmente. 2) Respuestas 2. (continuación) Es importante tener buenas bases del conocimiento químico para fundamentar una nueva teoría, ya que nada se puede considerar erróneo hasta demostrar lo contrario. 19_SHORCIE1GM.indd 304 06/01/11 13:34 305 Recomendaciones procedimentales 11. Organice con el grupo una discusión sobre los resultados obtenidos en la actividad y anótelos en el pizarrón. Haga énfasis en las evidencias en las que Arrhenius se apoyó para construir su teoría y repítales que un ácido es una sustancia que cede iones H + y una base es la que acepta. 12. Realicen una discusión de las conclusiones, cuide que logren concluir que los ácidos y las bases son elec- trolitos, los cuales conducen la electricidad cuando se disocian en agua. Esta refexión les servirá para resolver las actividades posteriores. 13. Revise con sus alumnos las respuestas del apartado ¿Cómo vamos? y compárenlas con las preguntas que respondie- ron al inicio de la secuencia. Verifque que comprendan la disociación parcial o total de los ácidos y las bases. Desarrollo 245 Analicen cuáles son las medidas de seguridad que seguirán y, luego, realicen lo que se propone. Introduzcan el extremo libre de cada alambre de cobre, sin juntarlos, en el vaso que contiene el agua destilada (si no tienen pueden utilizar agua potable). Obser- ven lo que sucede con el foco y retiren los alambres (4.21). Añadan un gotero de indicador de extracto de col morada a la disolución y deter- minen si se trata de un ácido o de una base. Realicen la prueba de conductividad eléctrica de las demás disoluciones y, en cada caso, añadan el indicador del extracto de col morada. Procuren que la dis- tancia entre los alambres sea la misma en todos los casos. Soliciten a su profesor que haga la prueba de conductividad eléctrica de las diso- luciones de ácido clorhídrico y de hidróxido de sodio, y que añada el indicador del extracto de col morada. Registren sus observaciones. Anoten sus resultados en el cuaderno. Les sugerimos usar un cuadro como el propuesto. Indiquen con XXX la mayor intensidad, XX para la intermedia y X para la menor. Disolución ¿Se enciende el foco? Intensidad de la luz ¿Ácido o base? Agua destilada Ácido clorhídrico Hidróxido de sodio Limpiador con amoniaco ¿Qué nuevas propiedades de los ácidos y las bases has conocido? ¿Qué fue lo más difícil del experimento o del análisis de resultados?, ¿a qué lo atribuyes?, ¿qué puedes hacer para mejorar tu desempeño? ¿Qué información consideras que te sea de utilidad para incluirla en tu cuadro? ¿Por qué es importante poner a prueba las ideas que se tienen sobre un fenómeno? Abre tu navegador de Internet en esta dirección: telesecundaria.dgme.sep.gob.mx/buscador/bsc.php Selecciona la asignatura “química” y el tipo de recurso “inte- ractivo” en las tres ventanas pequeñas del buscador y opri- me “buscar”. Después localiza el recurso interactivo titulado “Electrolitos fuertes y débiles”. Lee la introducción y pulsa en la actividad “Electrolitos”. Antes de realizar esta activi- dad, predice cuáles de las sustancias serán: a) Electrolitos fuertes. b) Electrolitos débiles. c) No electrolitos. Realiza la actividad y comprueba tu hipótesis. Para analizar los resultados, comen- ten y contesten estos puntos. ¿Por qué se enciende o no el foco? ¿Cómo explican el hecho de que con algunas disoluciones sea ma- yor la intensidad luminosa? ¿Cuáles sustancias son electrolitos y cuáles no electrolitos? ¿En cuál grupo se ubican los ácidos y las bases? Obtengan conclusiones sobre la con- ductividad eléctrica de los ácidos y las bases. Éstos son los primeros criterios que vas a comparar para elaborar tu cuadro. 4.21. Sujeta los alambres por la parte cubierta con plástico. P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas 3. (R. M.) Disolución ¿Se enciende el foco? Intensidad de la luz ¿Ácido o base? Vinagre Si Baja Ácido Cloruro de sodio Si Alta Neutro Sacarosa No Nula Neutro Bicarbonato de sodio Si Intermedia Base 4. El foco se enciende porque los ácidos y las bases en agua se pueden disociar parcial o totalmente en iones o electro- litos, los cuales transportan electrones hacia el ánodo y los protones se dirigen hacia el cátodo encendiendo el foco. La intensidad luminosa es mayor debido a que la disolución se disocia totalmen- te y viceversa. Los electrolitos son aquellos que con- ducen la electricidad, como el ácido clorhídrico, el hidróxido de sodio, el amoniaco, el vinagre, el cloruro de sodio y el bicarbonato de sodio. Los no elec- trolitos son aquellos que no conducen la electricidad, como el agua destilada y la sacarosa. Los ácidos y las bases se ubican en el grupo de los electrolitos. 3) 4) No Nula Neutro Si Alta Ácido Si Alta Base Si Baja Base 20_SHORCIE1GM.indd 305 06/01/11 13:34 306 Recomendaciones procedimentales 14. Oriente a los escolares para que valoren que las habili- dades científcas de observación, análisis, interpretación, clasifcación y comparación fueron necesarias para que Arrhenius lograra proponer su teoría. Entre las actitudes que pudo tener Arrhenius se encuentran la curiosidad, la creatividad, el escepticismo y la perseverancia. 15. Proponga ejercicios sobre las reacciones ácidas y permita que los realicen solos, antes de discutir los resultados. Explíqueles que los ácidos y las bases al disociarse en agua quedan en forma de iones y no sufren una reacción de intercambio o desplazamiento. 16. Revise su explicación sobre la razón de la conductividad eléctrica de las disoluciones acuosas que propusieron en el experimento y realice las modifcaciones necesarias de acuerdo con el modelo de ácidos y bases de Arrhenius. Desarrollo 246 El modelo de Arrhenius Los resultados de los experimentos realizados por Arrhenius lo llevaron a concluir que los ácidos y las bases eran electrolitos, como proponía Faraday; esto lo pudiste comprobar en la actividad anterior, pero además planteó una explicación de por qué las disoluciones acuosas de estas sustancias conducían la corriente eléctrica. Arrhenius propuso la teoría de la disociación electrolítica que considera que la conduc- tividad eléctrica se debe a que las sustancias al disolverse en agua se disocian en iones. También propuso un modelo para explicar por qué los ácidos y las bases son electrolitos. Arrhenius caracterizó a un ácido como un compuesto que al disolverse en agua li- bera iones H + y aniones. La disociación de los ácidos puede representarse con una ecuación química. Por ejemplo, la de la molécula del ácido clorhídrico, en la que se obtiene un ion H + y el ion cloruro Cl – : H2O (l) HCl H + + Cl – Existen ácidos que en su molécula contienen más de un hidrógeno, por lo que al disolverse en agua liberan más de un ion H + ; por ejemplo, cada molécula de ácido sulfúrico (H2SO4) libera dos iones H + y su disociación ocurre en dos etapas: Etapa 1 Etapa 2 H2O (l) H2O (l) H2SO4 H + + HSO – 4 HSO – 4 H + + SO 2– 4 Ácido sulfúrico ion hidrógeno ion sulfato ácido ion sulfato ácido ion hidrógeno ion sulfato La ecuación que representa la disociación completa es: H2O (l) H2SO4 2H + + SO – 4 Ácido sulfúrico ion hidrógeno ion sulfato En el modelo de Arrhenius una base es un compuesto que al disolverse en agua libe- ra iones oxhidrilo OH – y cationes (4.22). Por ejemplo, la ecuación que representa la disociación del hidróxido de sodio NaOH es la siguiente: H2O (l) NaOH Na + + OH – Hidróxido de sodio ion de sodio ion oxhidrilo Algunas bases liberan más de un ion oxhidrilo, como el hidróxido de calcio: H2O (l) Ca(OH)2 Ca 2+ + 2OH – Hidróxido de calcio ion de calcio ion oxhidrilo 4.22. ¿Cuántos iones oxhidrilo se liberan por cada ion de calcio? Revisa tu explicación sobre la razón de la conductividad eléctrica de las disolucio- nes acuosas que propusiste en el experimento y realiza las modifcaciones necesa- rias de acuerdo con el modelo de ácidos y bases de Arrhenius. OH – Ca 2+ Ca 2+ OH – OH – OH – Anión Catión P r o h i b i d a s u v e n t a 20_SHORCIE1GM.indd 306 06/01/11 13:34 307 Recomendaciones procedimentales 17. Oriente a los educandos para que valoren el análisis de la pila eléctrica de Alessandro Volta y explíqueles que le tomó muchos años deducir el proceso de conducción eléctrica. Es importante que recalque que a partir de este descubrimiento se descubrió que los ácidos, las bases y las sales disueltas en agua, son capaces de conducir la corriente eléctrica. 18. Guíelos, con ayuda de las propuestas de la actividad, para que identifquen la similitud de las fórmulas de los ácidos y de las bases. 19. Realicen una discusión que los lleve a concluir que los ácidos y las bases son electrolitos, los cuales conducen la electricidad cuando se disocian en agua. Esta refexión les servirá para resolver las actividades posteriores. 20. Revise las respuestas del apartado ¿Cómo vamos? y com- párenlas con las preguntas que respondieron al inicio de la secuencia. Verifque que los alumnos comprendan las diferencias entre ácidos y bases. Desarrollo 247 Escribe la ecuación de la disociación de los ácidos y bases cuando se disuel- ven en agua. Nombre Fórmula Ecuación Ácido bromhídrico HBr Ácido fosfórico H3PO4 Hidróxido de potasio KOH Hidróxido de magnesio Mg(OH)2 Hidróxido de aluminio Al(OH)3 Responde en tu cuaderno. ¿Qué tienen en común las fórmulas de los ácidos y de las bases del cuadro anterior? De acuerdo con su nombre, ¿cómo podrías identificar si un compuesto es un ácido o una base de Arrhenius? Compara tus ecuaciones y respuestas con tus compañeros. ¿Por qué los ácidos y las bases conducen la corriente eléctrica? ¿Cómo identificas la diferencia entre un ácido y una base de acuerdo con el modelo propuesto por Arrhenius? ¿Cómo consideras tu desempeño en las actividades que has realizado con tu equipo hasta ahora? ¿Qué te hace falta para terminar tu cuadro? Explica en el cuaderno qué función desempeñan los discos de cuero mojados en agua con lejía o con sal en la pila de Volta. Observa nuevamente la figura. 4.20. Comparte el resultado de tu trabajo con el grupo y, con asesoría de tu profesor, elabora en el pizarrón un diagrama que explique por qué la formación de aniones y cationes, cuando se disuelven ácidos y bases en agua, permite la conductividad eléctrica. ¿Dónde quedó el OH – ? Los estudios sobre los ácidos y las bases continuaron después de que Arrhenius propuso su modelo. Sin embargo, los resultados de las investigaciones mostraron que algunos compuestos, como el amoniaco (NH3), no contenían el grupo OH – , pero su disolución acuosa se comportaba como una base. P r o h i b i d a s u v e n t a KOH → K + + OH – Respuestas 5. (R. M.) Antes se creía que en el cuerpo animal existía un fuido que conducía la elec- tricidad, por eso Volta utilizó discos de cuero remojado en agua con sal para poder conducir la electricidad. 6. En que todos tienen H + y OH – que ceder. Porque un ácido es cualquier sustancia capaz de ionizarse cediendo un protón, H + , y una base es aquella que se ioniza cediendo un hidroxilo, OH – . 5) 6) H 2 O HCl Ácido Cátodo ( + ) H + + Cl – Luz OH – + Na + NaOH Base Ánodo ( – ) HBr → H + + Br – H3PO4 → 3H + PO4 – Mg(OH)2 → Mg 2+ + 2OH – Al(OH)3 → Al 3+ + 3OH – 20_SHORCIE1GM.indd 307 06/01/11 13:34 308 Recomendaciones procedimentales 21. Después de leer el texto indíqueles que en grupo deduz- can los signifcados de las palabras que no comprendan y las expliquen con ejemplos. 22. Una vez que hayan leído el texto analice con los estudian- tes toda la información y proponga ejemplos para que los realicen solos, después discuta los resultados en grupo. 23. Invítelos a que realicen en equipo un listado de las dife- rencias entre las teorías de Brönsted-Lowry y Arrhenius, defniendo sus aportaciones a la ciencia y las limita- ciones de cada teoría. Permita que investiguen en su- ficientes fuentes y establezcan acuerdos dentro del equipo para elaborar el cuadro comparativo. Discutan el tema para obtener una conclusión fundamentada con la que puedan aportar al grupo ideas para alcanzar un consenso. Sugerencia de contenido Para mayor información puede consultar: Phillips, John S., y cols. Química. Con- ceptos y aplicaciones, McGraw-Hill, México, 2000, pp. 526-527. Desarrollo 248 En 1923, el químico danés Johannes N. Brönsted (1879-1947) y el químico inglés Thomas Lowry (1847-1936) aportaron nuevas explicaciones. Ambos, de manera in- dependiente, propusieron que el agua participa de manera activa en presencia de los ácidos y las bases. Por ejemplo, la reacción entre el amoniaco y el agua se representa mediante la ecuación: El amoniaco recibe un protón (H + ), por lo que actúa como base, y el agua es el com- puesto que cede el ion, por lo que se comporta como ácido. Por otro lado, la forma- ción del ion oxhidrilo (OH – ) explica las propiedades básicas de la disolución. Veamos lo que sucede cuando el gas cloruro de hidrógeno (HCl) reacciona con el agua: El cloruro de hidrógeno es un ácido pues cede un ion H + , mientras que el agua acepta este ion, por lo que actúa como base. El ion hidronio (H3O + ) equivale al ion H + pro- puesto por Arrhenius y se forma cuando la molécula de agua acepta un ion H + . En el modelo de Brönsted-Lowry, un ácido es una sustancia que cede iones H + , o protones, y una base es la que los acepta. De acuerdo con las dos primeras ecuaciones que revisamos, el agua se puede com- portar como ácido o como base. Sin embargo, el agua pura es neutra porque tiene la misma cantidad de iones H + y OH – libres. Lo anterior se explica por la capacidad que tienen algunas moléculas de agua de autodisociarse y formar iones OH – y H3O + , lo que se representa como sigue: HCl + H2O H3O + + Cl – Cloruro de hidrógeno agua ion hidronio ion cloruro Cuando un ácido entra en contacto con el agua, aumenta la concentración de iones H + y disminuye la de iones OH – . En el caso de una base, aumenta la concentración de iones OH – y disminuye la de iones H + . H2O + H2O H3O + + OH – Agua agua ion hidronio ion oxhidrilo Amoniaco agua ion amonio ion oxhidrilo NH3 + H2O NH + + OH – 4 P r o h i b i d a s u v e n t a 20_SHORCIE1GM.indd 308 06/01/11 13:34 309 Recomendaciones procedimentales 24. Discuta con ellos la diferencia entre la fuerza de los ácidos y las bases. Invítelos a que investiguen sobre ácidos y ba- ses en la vida cotidiana y sus efectos en el organismo. 25. Recuérdeles la información que deberán incluir en su cuadro comparativo. Escríbala en el pizarrón para que la tengan a la mano. 26. Pregúnteles si conocen el signifcado de pH y si conocen algún instrumento que lo pueda medir. Ahora explíque- les la importancia de conocer el pH de los alimentos y comenten, ¿cuántos de ellos tienen malestar por ingerir alimentos ácidos? Desarrollo 249 HCl H3O + + Cl – CH3COOH CH3COOH + CH3COO – + H3O + En algunos casos la mayoría de las moléculas de un ácido se disocian casi comple- tamente en contacto con el agua y producen una gran cantidad de iones H + . Estos compuestos se conocen como ácidos fuertes. El ácido clorhídrico es un ácido fuerte y su disociación se representa en la fgura 4.23. En otros casos, la mayoría de las moléculas del ácido permanecen como tales y sólo algunas se disocian por lo que se forman pocos iones H + . Se trata de los ácidos débi- les, como es el caso del ácido acético (4.24). De igual forma existen bases fuertes y débiles. El hidróxido de sodio es una base fuer- te, ya que la mayoría de sus moléculas se separan en iones de sodio (Na + ) y en iones oxhidrilo (OH – ) (4.25). El amoniaco es una base débil, pues al entrar en contacto con el agua se forman pocos iones OH – . Observa el esquema de la variación en la concentración de iones H + y OH – cuando los ácidos o las bases se disuelven en agua; luego responde en tu cuaderno. ¿En qué parte del esquema se representa una disolución neutra? Argumenten su respuesta. ¿En dónde ubicarían un ácido fuerte?, ¿dónde, un ácido débil? Expliquen su res- puesta. ¿En qué zona ubicarían una base fuerte y una base débil? ¿Por qué? Comenta con tu equipo, y luego con el grupo, por qué fue necesario el modelo de Brönsted-Lowry. Usa los modelos de ácidos y bases que has conocido hasta ahora como puntos de comparación para tu cuadro. 4.23. Disociación del HCl. 4.24. Sólo se disocia una pequeña cantidad de las moléculas de ácido acético. 4.25. Algunas bases fuertes, como el hidróxido de magnesio, se comportan como débiles, ya que son poco solubles en agua y liberan una pequeña cantidad de iones H + . La escala de pH Como vimos antes, el papel indicador sólo muestra si una sustancia es ácida o básica, pero no es sufciente si se desea precisión. Para hacer mediciones precisas de la intensidad de acidez o basicidad de alguna sustancia, los químicos utilizan ciertos valores expresados como pH. Este valor indica qué tan ácido es el jugo de naranja, o qué tan básico es el hidróxido de sodio. En 1909, el químico danés Søren Peter Lauritz Sørensen (1868-1939) propuso una manera de representar la intensidad de la acidez o de la basicidad de las sustancias con una escala que va de los números 0 al 14. OH – H + H + H + H + H + H + OH – OH – OH – OH – OH – P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas 7. (R. M.) Una solución se considera neutra cuan- do la concentración de H + y OH – es la misma y por lo tanto se encuentra justo en la mitad del esquema. Un ácido fuerte se ubica a la izquierda del esquema donde no hay presencia del color verde, y un ácido débil se ubica a la derecha donde se acaba el color amarillo, esto es debido a que los ácidos fuertes se encuentran donde la concentración de H + es alta y no hay presencia de OH – . Los ácidos débiles se encuentran en donde hay poca concen- tración de H + . Una base fuerte se ubica a la derecha del esquema donde no hay presencia del color amarillo y una base débil se ubica a la izquierda del esquema donde termina el color verde, esto es debido a que las bases fuertes se encuentran donde hay alta concentración de OH – y no hay presencia de H + . Las bases dé- biles se encuentran en donde hay poca concentración de OH – . 7) 20_SHORCIE1GM.indd 309 06/01/11 13:34 310 Recomendaciones procedimentales 27. Evalúe las ideas previas que los alumnos tienen con res- pecto a la corrosión de los productos básicos. Pídales que investiguen, en diversas fuentes, la aplicación y riesgos del mal uso de la leche de magnesia, sosa cáustica, hi- poclorito de sodio, amoniaco y peróxido. Verifque que re- conocen el efecto corrosivo de estos materiales. De esta manera se favorecerá el desarrollo del concepto de base, ya que la mayoría de los alumnos relacionan más las sus- tancias ácidas con la vida cotidiana, y por lo tanto tienen más claro el concepto. 28. Permita que lean el texto y pídales que de manera indivi- dual respondan las preguntas. Si surgen dudas proponga que en grupo se discutan y resuelvan. Desarrollo 250 La escala propuesta por Sørensen recibe el nom- bre de escala de pH (4.26), cuyos valores se rela- cionan con la concentración de iones H + expresada en moles/L. El valor de pH = 7 corresponde a las disoluciones neutras y al agua pura. Conforme el valor aumenta hacia el 14 la disolución es más básica mientras que al acercarse al cero, la disolución es más ácida. Los valores de pH cambian de una unidad a otra por un factor de diez. Es decir, si tenemos un valor de 4 signifca que la disolución es diez veces más ácida que una de pH 5. Esto quiere decir que la concen- tración de protones (H + ) es diez veces mayor en un pH = 4 que en un pH = 5. H + OH – pH 10 0 10 14 0 10 –1 10 13 1 10 –2 10 12 2 10 –3 10 11 3 10 –4 10 10 4 10 –5 10 9 5 10 –6 10 8 6 10 –7 10 7 7 10 –8 10 6 8 10 –9 10 5 9 10 –10 10 4 10 10 –11 10 3 11 10 12 10 2 12 10 13 10 1 13 10 14 10 0 14 10 0 10 –14 0 mol L mol L Jugo gástrico Jugo de limón Bebidas gaseosas Champú Agua Crema Leche de magnesia Limpiador de hornos Más ácido Neutro Más básico Algunas bebidas gaseosas tienen pH de 2 y el del café negro es 5. ¿Cuántas veces son más ácidas estas bebidas que el café? Averigua, junto con tu profesor, si en tu escuela tienen el video El protón en química, de la serie El mundo de la química, vol. VIII. Si cuentan con éste, véanlo y coméntenlo en el grupo. Existen algunos métodos que permiten obtener un valor aproximado de pH, como el papel indicador graduado con una escala. Éste se coloca en el líquido y al cabo de unos segundos se tornará de cierto color que, al compararlo con la escala, nos indica- rá el valor del pH. Si se necesita el valor preciso del pH, entonces se deberá recurrir a un aparato llamado potenciómetro. Conocer el valor del pH es importante, puesto que de ello depende la calidad de mu- chos productos y sus aplicaciones. Por ejemplo, algunos microorganismos patógenos no pueden sobrevivir en condiciones de pH ácido, por lo que se utilizan ácidos como el benzoico, el cítrico y el sórbico como conservadores de algunos alimentos. Si bien el modelo de ácidos y bases propuesto por Arrhenius tiene algunas limitacio- nes, fue el punto de partida para la comprensión de la estructura y propiedades de este tipo de sustancias. 4.27. La disminución del pH de la lluvia provoca lesiones en las hojas de las plantas. En condiciones normales el agua de lluvia tiene un pH entre 5.6 y 6, pero debido a la presencia de algunos contaminantes en el aire, éste valor disminuye. Cuando ocurre lo anterior se puede dañar a los seres vivos, en especial a los acuáticos; también resultan afectadas cierto tipo de construcciones. ¿El agua de lluvia es un ácido o una base? (4.27) ¿Cómo interpretas la disminución del valor de pH de la lluvia? Lee con atención el texto y contesta en el cuaderno. 4.26. La escala de pH permite trabajar con números enteros positivos en lugar de números muy pequeños presentados en forma exponencial. P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas 8. (R. M.) El agua de lluvia es un ácido. La disminución del valor de pH de la lluvia se debe a que en el ambiente existen compuestos tóxicos que al reaccionar con el agua de lluvia forman ácidos, disminuyendo el pH. 8) 20_SHORCIE1GM.indd 310 06/01/11 13:34 311 Recomendaciones procedimentales 29. Enfatice el poder de las bases con respecto al de los áci- dos. Coménteles que las bases diluidas son más corrosivas que los ácidos diluidos, como es el caso de los limpiadores domésticos los cuales contienen amoniaco. 30. Recuerde a sus alumnos la información que acordaron para el cuadro comparativo, la cual deberán tomar en cuenta a la hora de elaborarlo. Anote en el pizarrón esta información para que la tengan a la mano. Dé tiempo de llegar a acuerdos en el equipo. Organice con ellos la ex- posición y evaluación de todos los trabajos. 31. Antes de responder el apartado ¿Cómo nos fue? vuelva a las respuestas del apartado Preguntas para andar y co- méntelas con el grupo. Pídales que adviertan las diferen- cias entre esas respuestas y lo que ahora conocen. Luego, comente con ellos el apartado ¿Cómo nos fue? y permita que se califquen y corrijan. Indíqueles que se evalúen con los indicadores fnales. Cierre 251 4.28. Intercambiar opiniones con otros compañeros y compañeras permite aclarar ideas y conceptos. Contesta en el cuaderno, con base en la actividad anterior. ¿Cuáles de estas fórmulas corresponden a sustancias que causan la disminución del pH del agua de lluvia? Argumenta tus respuestas. a) H2CO3 y Mg(OH)2 b) H2CO3 y H2SO4 c) Mg(OH)2 y H2SO4 d) Mg(OH)2 y Al(OH)3 Compara tus respuestas con las de tus compañeros y compañeras de equipo. El cuadro comparativo Reúnete con tu equipo y revisen los resultados de las actividades que realizaron y elijan los que les pueden ayudar a conformar su cuadro comparativo. En una hoja de rotafolio o en una cartulina elaboren un cuadro que compare las propiedades de los ácidos y las bases, según lo propuesto por Arrhenius. Incluyan los nombres y fórmulas de algunos ejemplos de ambos tipos de compuestos, así como en cuáles productos de uso cotidiano los podemos encontrar. Recuerden mencionar también las limitaciones del modelo de Arrhenius. Elaboren un diagrama de cómo se disocian los ácidos y bases cuando se disuel- ven en agua y cómo conducen la electricidad. Expliquen su cuadro y diagrama al resto del grupo y complétenlos con sus apor- taciones y comentarios (4.28). Discute con tu equipo estas preguntas, con la dirección de su profesor. Escri- be las conclusiones en el cuaderno. ¿Cuál es la importancia del modelo de Arrhenius para describir las propiedades de los ácidos y las bases? ¿Por qué fue necesario un modelo diferente al de Arrhenius? ¿Cuál es la importancia de la revisión de los modelos científcos? ¿Cómo fue la participación de cada integrante del equipo en la elaboración y exposición de su cuadro? Lee con atención los indicadores y marca con una la casilla que refeja tu avance. Indicadores Siempre lo logro A veces lo logro Estoy en proceso de lograrlo Explico por qué los ácidos y las bases son electrolitos. Identifco las características de los ácidos y bases de Arrhenius. Menciono los alcances y limitaciones del modelo de ácidos y bases de Arrhenius. Comparo las características de los ácidos y las bases. Refexiona, si hicieras de nuevo tu cuadro, ¿cómo lo mejorarías? P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas 9. (R. M.) Estas sustancias causan disminución del pH debido a que son ácidos, los cuales se identifcan por los protones en la fórmula. 10. Cuadro comparativo. Ácidos Bases Contienen H + Algunos contienen OH – Ceden H + Aceptan H + pH = 0–6 pH = 8–14 Sabor agrio Sabor amargo No presenta consistencia resbalosa Tiene consistencia resbalosa Reacciona con algunos metales produciendo efervescencia No reacciona con los metales HBr, H3PO4, HCl KOH, Mg(OH)2, NaOH Arrhenius decía que todos los compuestos básicos contenían OH – los cuales se disociaban en agua originando sustancias básicas, sin embargo ahora sabemos que las sustancias básicas pueden tener o no OH – y son básicas porque aceptan H + . 9) 10) 20_SHORCIE1GM.indd 311 06/01/11 13:34 312 Intención pedagógica Recomendaciones procedimentales 1. Evalúe las ideas previas que tienen sus educandos sobre los alimentos ácidos. Comente el texto inicial y pregúnte- les si han sentido acidez estomacal. También puede dis- cutir con ellos sobre las sustancias más adecuadas para disminuir o evitar las molestias por la acidez estomacal. 2. Pídales que investiguen en su casa el apartado Preguntas para andar y que anoten en su cuaderno las respuestas, después discuta con el grupo lo investigado. 3. Solicite que por equipos investiguen el contenido de un folleto y permita que lo analicen. Pregúnteles y discu- ta con ellos cuál es la información que deben tomar en cuenta para elaborar el folleto que se propone en el apar- tado Nuestro trabajo y anote en el pizarrón las ideas en común, de esta forma tendrán más claro las partes que deberán incluir en su producto. En esta secuencia se busca que me- diante la elaboración de un folleto in- formativo, los alumnos identifquen la acidez de algunos alimentos de con- sumo humano. De esta forma valora la importancia de una dieta correcta y reconoce los riesgos del consumo fre- cuente de alimentos ácidos, además identifca sustancias para neutralizar la acidez estomacal considerando sus propiedades. 252 252 252 Planeación Inicio Durante la semana en la que te sugerimos que desarrolles este tema en clases, elaborarás con tu equipo un folleto informativo donde explicarán cuáles sustancias se utilizan para contrarrestar la acidez estomacal. De acuerdo con un experimento que diseñarán, elegirán el producto más adecuado según su efectividad. De igual modo, considerarán su costo como otro factor para recomendarlo. ¿Por qué este tipo de alimentos ocasionan acidez estomacal? ¿Qué riesgos origina el consumo frecuente de “alimentos ácidos”? ¿Cuál es la importancia de llevar una dieta correcta? ¿Qué sustancias se utilizan para contrarrestar la acidez? ¿Cuáles son las propiedades de esas sustancias? 1.3. Tú decides: ¿cómo controlar los efectos del consumo frecuente de los “alimentos ácidos”? Durante el recreo, Julián disfrutó de unas deliciosas jícamas con mucho limón y chile piquín. Al entrar en la clase siguiente, sintió un dolor en la “boca” del estómago, por lo que acudió a la enfermería. La encargada del servicio médico le preguntó qué síntomas tenía y, tras realizarle una revisión, le comentó que seguramente presentaba un cuadro de acidez estomacal. Ella le proporcionó un medicamento para controlar las molestias y le recomendó a Julián que visitara a su médico para que le practicara una revisión completa. De ahora en adelante tendría que moderarse en la ingesta de este tipo de “alimentos ácidos”, pues podrían provocarle problemas más serios de salud si los consumía con frecuencia (4.29). 4.29. El abuso de alimentos con bajo aporte nutrimental, muy picantes y ácidos puede ocasionar acidez estomacal, gastritis, obesidad y diabetes. En el folleto incluirán información sobre si ésta es la manera más efectiva de controlar los efectos del consumo frecuente de los “alimentos ácidos”. Eva- luarán si existe otra manera de contrarrestar estos efectos con otros productos como infusiones o tés. Para ello, será necesario que identifquen los ali- mentos que ocasionan acidez estomacal y analicen por qué se presenta este fenómeno en nuestro or- ganismo. Asimismo, conocerán el tipo de reaccio- nes que se llevan a cabo en el estómago al ingerir antiácidos. Pónganse de acuerdo en el formato de su folleto, el número de páginas que tendrá, las imágenes y los textos que lo harán más atractivo a quienes estará dirigido. En condiciones normales, en el estómago se libe- ran alrededor de 2.5 L de jugo gástrico al día. Además de agua y ácido clorhídrico, en este líqui- do existen enzimas, como la pepsina, que inicia la digestión de las proteínas, es decir, las fracciona en moléculas más sencillas. También se localiza la lipasa, que actúa débilmen- te sobre las grasas, cuya digestión se realiza en el intestino delgado. P r o h i b i d a s u v e n t a 20_SHORCIE1GM.indd 312 06/01/11 13:34 313 Recomendaciones procedimentales 4. Antes de realizar la actividad pida a sus alumnos que in- vestiguen sobre los alimentos básicos o de pH arriba de 7, como el bicarbonato para hornear, levadura en polvo y soya. Es necesario que este enfoque sea equilibrado, si no, se van a encontrar con más ácidos que álcalis. 5. Organice una discusión y las conclusiones a las que llega- ron acerca de los alimentos que pueden provocar acidez estomacal. Anote en el pizarrón las ideas más relevantes sobre los ingredientes causantes de la acidez y los con- ceptos que aprendieron. 253 253 253 si tienen acceso a una computadora, la podrán utilizar. Consulten a su profesor y pónganse de acuerdo para evaluar dónde podrán distribuir los folletos, así como el tiempo que le dedicarán a esta labor. Estómago con gastritis. Algunos tipos de gas- tritis se producen por alteraciones en la mu- cosa gástrica ocasio- nadas por la bacteria Helicobacter pylori. Las investigaciones seña- lan que una enzima de esta bacteria transforma la urea en amoniaco, lo cual le permite sobrevi- vir en el entorno ácido del estómago. Las sustancias ácidas de los alimentos Es muy probable que, al consumir con frecuencia o en grandes cantidades algunos cítricos, golosinas, refres- cos, café o frituras, hayas experimentado una sensación de ardor en la parte alta del estómago o en la zona del tórax y, a veces, hasta en la garganta. Estas molestias se asocian con la acidez estomacal y se originan por la salida del jugo gástrico hacia el esófago. En el estómago de nuestro organismo se produce el jugo gástrico con un pH bajo, alrededor de 2.5. Su com- ponente principal es el ácido clorhídrico que, como lo revisaste en la secuencia anterior de este bloque, es un ácido fuerte. Sin embargo, el interior del estómago está recubierto de una membrana mucosa que lo protege de La gastritis no se cura con antiácidos y es indis- pensable acudir al médico para su tratamiento. la corrosión que podría causar este compuesto. Si se consumen con frecuencia o en grandes cantidades alimentos que contienen ácidos, podemos sufrir de agruras y acidez estomacal. Identifca las sustancias ácidas que contienen algunos alimentos procesados que consumimos, reúnete con tu equipo y realicen lo que se propone en seguida. Acudan a una tienda o supermercado y revisen las etiquetas de cinco alimentos procesados de bajo contenido nutricional que acostumbren consumir. Anoten los ingredientes de cada producto en su cuaderno. Identifiquen las sustancias ácidas en cada producto y elaboren un cuadro. Revisen en equipo lo que se plantea y después discútanlo con el resto del grupo. ¿Cuáles son las sustancias ácidas más frecuentes en los alimentos que analizaron? ¿Con qué frecuencia consumen este tipo de productos? ¿En qué cantidad? ¿Por qué los consumen? ¿Qué es lo que más les agrada de ellos? ¿Cuál es la función de estos ingredientes ácidos en distintos tipos de alimentos? ¿Algunos de ustedes han sufrido agruras o dolor en la boca del estómago después de consumirlas? De ser así, ¿qué sustancias son las más adecuadas para dismi- nuir o evitar las molestias? ¿Qué hipótesis podrías postular sobre el efecto que producen los ácidos de estos productos en el jugo gástrico? Consideren el pH. ¿Acidez estomacal o gastritis? Cuando el jugo gástrico es más ácido que lo normal (pH < 2.5), se daña la mucosa que recubre el estómago y los ácidos afectan la pared estomacal. En general, la mem- brana se regenera en un tiempo relativamente corto y los daños no son graves. Esto sucede en la mayoría de los casos de acidez estomacal. Sin embargo, si el aumento en la acidez del jugo gástrico es frecuente, puede ocasionar gastritis, es decir, infama- ción de la mucosa estomacal que puede degenerar en una úlcera gástrica. Planeación Desarrollo P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas (R. M.) 1. Los alimentos procesados de mayor consumo. Alimento Consumo Qué es lo que más les agrada Ingredientes ácidos Función Salsa Maggie frecuente sabor Ácido acético adíptico, benzoico, cítrico, fumárico, lactato o láctico, málico, sórbico, succinico y tartárico Reducen el pH, conservadores, saborizantes, modifca viscocidad, evita oscurecimiento, etc. Coca Cola diario sabor Áciso fosfórico Saborizante y conservador Manzana y plátano poco sabor Ácido málico Saborizante Aguacate, uva o toronja poco sabor Ácido tartárico Saborizante 2. Las sustancias ácidas que más se presentan en los alimentos son el ácido acético adípico, benzoico, cítrico, fumárico, lactato o ácido láctico, málico, sórbico, succinico y tartárico. Este tipo de productos se consumen, en su mayoría, todos los días. Lo que más agrada de éstos son su sabor astringente en la boca. Las funciones principales de los in- gredientes ácidos: reductores del pH , conservadores, saborizantes, modifcan viscosidad, evitan oscurecimiento, etc. Respuestas 2. (continuación) Las sustancias más adecuadas para disminuir o evitar las mo- lestias son los antiácidos: hidróxido de aluminio, hidróxido de magnesio, etcétera. La hipótesis que se propone es: Consumir alimentos que contienen ingredientes ácidos disminuye, el pH del estómago, lo que provoca malestares como la gastritis. 1) 2) 20_SHORCIE1GM.indd 313 06/01/11 13:34 314 Recomendaciones procedimentales 6. Indíqueles que respondan de manera individual las pre- guntas del apartado ¿Cómo vamos?, para que después comuniquen sus conclusiones al grupo. Verifque que los alumnos comprendan cómo afectan el estómago las sus- tancias ácidas. 7. Recuérdeles la información que deben tomar en cuenta para incluirla en el folleto. Discuta con el grupo las ideas que tienen de los alimentos ácidos y anótelas en el piza- rrón, para que la tengan a la mano. 8. Solicite que realicen una investigación sobre las sustan- cias que se utilizan para neutralizar la acidez estomacal. Indíqueles que dentro del equipo tomen acuerdos y des- pués discutan en grupo sobre el tema. Pregúnteles cuales son los antiácidos de mayor frecuencia en su hogar. Desarrollo 254 pH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Los malos hábitos alimentarios son sólo una de las causas de la gastritis. Otros facto- res son el estrés, el consumo de alcohol, fumar y la presencia de algunas bacterias. Asimismo, si se consumen en exceso alimentos ricos en grasas, se puede generar acidez estomacal y gastritis, pues se produce irritación excesiva de la mucosa gástrica (4.30). Las molestias causadas por la acidez estomacal ocasional se pueden mitigar con el uso de antiácidos, pero si los malestares son frecuentes, es necesario otro tipo de tratamiento médico. ¿Qué sucede con el pH del jugo gástrico al añadir sustancias ácidas? ¿Por qué cierto tipo de comida con bajo aporte nutricional puede ocasionar acidez estomacal? ¿Cuáles otros factores causan acidez estomacal? ¿Qué se debe hacer para tratar la acidez estomacal y la gastritis? Decidan en equipo la información que van a incluir en el folleto y las característi- cas que llevará, como el tipo de imágenes y el formato. Los antiácidos Con tu equipo, diseñen un experimento para evaluar el efecto de los antiácidos en el estómago. Para ello, consigan este material y luego realicen lo que se propone. 5 antiácidos de distintas marcas comerciales en presentaciones di- ferentes (tabletas, suspensiones, polvo efervescente, gel, etcétera) 6 bolsas de plástico de cierre hermé- tico para congelar de 18 × 20 cm 1 jeringa desechable sin aguja 1 cuchara sopera 1 plumón indeleble 60 mL de vinagre blanco 60 mL de agua 200 mL de extracto de col morada Registren en su cuaderno los ingredientes de cada antiácido. Anoten en una de las bolsas el nombre “testigo” (les servirá como referencia). Viertan en cada bolsa 10 mL de vinagre y 10 mL de agua. Añadan 2 cucharadas de extracto de col morada en una bolsa, anoten el color que toma el indicador y determinen el pH aproximado de la mezcla de acuerdo con la escala que se muestra en la figura 4.31. Identifiquen en los envases la cantidad de tabletas, polvo o cucharadas de an- tiácido que se recomienda en las indicaciones del producto y, con base en esto, diseñen un experimento para determinar cuál de ellos es el más efectivo. Escriban en su cuaderno lo que harán y los pasos para realizar su experimento. Consulten a su profesor si es necesario. 4.30. El abuso de los alimentos con alto contenido de grasas también promueve la obesidad y problemas cardiovasculares en el corto y mediano plazo. 4.31. Escala de pH de las disoluciones, de acuerdo con la coloración de la cianidina. P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas 3. (R. M.) Agregar en las bolsas con vina- gre y agua la cantidad de antiácido recomendada. Dejar actuar por espacio de 15 min. Medir el pH de las muestras. Anota cuál antiácido disminuyó más el pH. 3) 20_SHORCIE1GM.indd 314 06/01/11 13:34 315 Recomendaciones procedimentales 9. Antes de realizar el experimento, permita que investiguen sobre el pH del vinagre y del agua. 10. Analicen los resultados en grupo y dialoguen sobre las respuestas. Cuide que logren deducir y concluir que el vinagre simula la acidez del estómago y al reaccionar con un antiácido, aumenta el pH, evitando así, la acidez esto- macal debida a la ingesta de alimentos ácidos. 11. Explíqueles la reacción de neutralización que ocurrió en- tre el vinagre y el antiácido. Aclare que las propiedades de los ácidos no se eliminan, si no, el álcali detiene la acción del ácido. 12. Revise con los estudiantes cuáles son los productos de la reacción de neutralización y sus efectos en el organismo. Ahora, explíqueles que los antiácidos, a base de carbona- tos, al reaccionar con el ácido estomacal, producen CO 2 , el cual tiene que ser eliminado del organismo en forma de eructo. Desarrollo 255 4.32. Aunque los antiácidos se pueden adquirir sin receta médica, se debe evitar la automedicación. 4.33. Para llevar a cabo las funciones vitales del organismo, necesitamos llevar una dieta correcta. Al fnalizar su experimento, analicen sus resultados y consideren estas preguntas. ¿Qué representa la mezcla de vinagre y agua de las bolsas? ¿Cuál es su pH de acuerdo con la escala de cianidina? ¿Cuáles ingredientes de cada antiácido son bases? ¿Qué sustancias antiácidas produjeron gas en contacto con el vinagre? ¿Cómo explican el cambio de coloración después de añadir el antiácido? ¿Qué tipo de reacción ocurre entre el vinagre y las sustancias básicas de cada an- tiácido? Escríbanlas en sus cuadernos. Si tienen dudas, consulten a su profesor. Compartan sus resultados y respuestas con el grupo. Luego, con la guía de su pro- fesor discutan y contesten. ¿Por qué no se recomendó utilizar ácido clorhídri- co para este experimento? ¿Cuál de los antiácidos consideran que es el mejor según sus resultados? ¿Por qué? ¿Existe alguna relación con su costo? ¿Qué recomendaciones harían para disminuir los efectos ocasionados por la ingesta excesiva o fre- cuente de alimentos que contienen ácidos? Comenta con los miembros de tu equipo qué informa- ción aporta esta actividad para la elaboración de su fo- lleto informativo. Aunque existe una gran variedad de medicamentos an- tiácidos en el mercado (4.32), la mayoría de ellos contie- nen bases débiles como hidróxido de aluminio (Al(OH)3), hidróxido de magnesio (Mg(OH)2), carbonato de calcio (CaCO3), carbonato de magne- sio (MgCO3), bicarbonato de sodio (NaHCO3) o bicarbonato de potasio (KHCO3). Las ecuaciones siguientes representan las reacciones de neutralización de algunos de estos compuestos con el ácido clorhídrico. Mg(OH)2 (ac) + 2HCl (ac) MgCl2 (ac) + 2H2O (l) Hidróxido de magnesio acido clorhídrico cloruro de magnesio agua NaHCO3 (ac) + HCl (ac) NaCl (ac) + CO2 (g) + H2O (l) Bicarbonato de sodio acido clorhídrico cloruro de sodio dióxido de carbono agua En el caso de los carbonatos y bicarbonatos, además de una sal y agua, se produce el gas dióxido de carbono. Como consecuencia de estas reacciones de neutralización, se incrementa el pH del jugo gástrico, pero cabe aclarar que la disolución que se obtiene no tiene un pH neutro, sólo es menos ácido. Teniendo en cuenta lo anterior, refexiona acerca de por qué suele presentarse un eructo después de ingerir algunos antiácidos. Anota tu conclusión y compártela con tu equipo. Hemos identifcado el efecto que ocasiona la ingesta excesiva o frecuente de ali- mentos que contienen ácidos en nuestro organismo. La mejor manera de prevenir la acidez estomacal es mediante una dieta correcta que nos permita seguir disfrutando de todo tipo de alimentos (4.33). P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas (R. M.) 4. Representa el estómago, pH vinagre 3 – 4. Pueden ser hidróxido de aluminio, hidróxido de magnesio, carbonato alu- mínico, carbonato cálcico, bicarbonato sódico, hidrotalcita y subsalicilato de bismuto. Carbonato alumínico, carbonato cálcico y bicarbonato sódico. El antiácido disminuye el pH y por lo tanto el color cambia tendiendo a verde. HCl (ácido gástrico) + antiácido (base débil) → H 2 O + CO 2 + sales. 3HCl + Al(OH) 3 → AlCl 3 + 3H 2 O NaHCO 3 + HCl → NaCl + CO 2 + H 2 O. 5. Porque el ácido clorhídrico es muy corrosivo y hubiera deshecho la bolsa de plástico. El que disminuye el pH dando un valor cercano a 5. Porque es aquel que regula el pH y no lo aumenta drásticamente ya que también tendría consecuencias. Antes de ingerir algún alimento con alto contenido de ácidos, consumir alimentos básicos o neutros, para no causar daños en el estómago. 4) 5) 20_SHORCIE1GM.indd 315 06/01/11 13:34 316 Recomendaciones procedimentales 13. Dialogue con el grupo sobre una buena alimenta- ción, cuánto se debe ingerir y quiénes requieren más nutrimentos. 14. Organice con el grupo una discusión sobre el texto en el apartado Tú, ¿qué opinas? y permita que opinen sobre la comida chatarra. Además, pregúnteles cuáles son los efectos que causa en el organismo. Desarrollo 256 Analiza el texto y luego escribe tu opinión en el cuaderno. Los alimentos procesados de bajo contenido nutricional son conocidos también como “comida chatarra”. Sin embargo, la industria de alimen- tos y comerciantes argumentan que no existe la “comida chatarra” sino una “alimentación chatarra”. En junio de 2010, la Cámara Nacional de la Industria de Conservas Alimenticias (CANAINCA) se pronunció en contra de prohibir la ven- ta de alimentos ‘’chatarra’’ en las escuelas para combatir la obesidad infantil, luego de que la medida afecta a sectores como el de jugos y néctares. Los representantes de esta Cámara comentan que la ley sólo debe pro- hibir la venta de los alimentos o productos que atenten contra la salud o la vida de los consumidores. No obstante, aclaran que la industria de alimentos está dispuesta a colaborar con las autoridades en el comba- te a la obesidad mediante la reducción de sales, grasa o carbohidra- tos en sus productos, pero insisten en que éste es un problema que requiere una solución integral (4.35). Sea cual fuere la decisión, los gobiernos establecerán comités que den seguimiento a la operación de tiendas, cooperativas y otras modalidades en cada plantel educa- tivo del país, así como de la preparación, el manejo, el consumo y la venta de alimentos. Comparte tu opinión y puntos de vista con el grupo y con la guía de tu profesor: incorporen sus con- clusiones en su folleto informativo. El uso de antiácidos nos ayuda a mitigar los síntomas de la acidez estomacal, pero debemos evitar su consumo frecuente, ya que pueden ocasionar daños a nuestro organismo, al igual que cualquier otro medicamento. A fn de que valores la manera en que nos alimentamos, consulta en distintas fuentes de información y refexiona cómo es tu dieta actual y cuál sería una dieta que proporcione nutrimentos de manera equilibrada, sufciente e higiénica. Si te es posible, platica al respecto con algún médico general, nutriólogo o bariatra. Explica en el cuaderno si las dietas deben ser iguales para todas las per- sonas y cuál es la razón de esto. Elabora un menú para una semana, de manera que diariamente tengas una dieta correcta. Apóyate en el Plato del Bien Comer (4.34). Por último, anota en el cuaderno cómo le explicarías la funcionalidad del Plato del Bien Comer a una persona que lo desconozca. También, pre- gúntale a algún familiar o amigo si conocen su funcionalidad y realízales una breve explicación. Anota en tu cuaderno toda la información recabada que te parezca más interesante y utilízala para complementar tu folleto informativo. p o c o s V e rduras y Fru t a s muchas C e r e a l e s S u f c i e n t e s Legum inosa s y A lim e n t o s d e O r ig e n A n i m a l 4.34. El Plato del Bien Comer representa la manera adecuada de balancear los grupos de alimentos. 4.35. En la actualidad, las industrias han tomado medidas para desarrollar productos alimenticios con menor contenido calórico. P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas (R. M.) 6. Dieta actual Dieta equilibrada Desayuno Sándwich Cereal con leche, jugo y fruta Almuerzo Torta, papas fritas y refresco Sándwich, manzana y jugo Comida Sopa, guisado con arroz, helado y refresco Sopa, Guisado con verduras, fruta y agua de sabor Antojo Galletas de chocolate Jicamas o zanahorias con limón y chile Cena Quesadillas o pizza Fruta o rollitos de jamón 7. Categoría Edad (años) Peso (Kg) Altura (cm) Ingesta de Kcal por día Lactantes 0 – 6 meses 6 60 650 6 meses – 1 año 9 71 850 1 – 3 13 90 1300 4 – 6 20 112 1800 7 - 10 28 132 2000 Varones 11 -14 45 157 2500 15 – 18 66 176 3000 19 – 24 72 177 2900 25 – 50 79 176 2900 + 51 77 173 2300 Mujeres 11 – 14 46 157 2200 15 – 18 55 163 2200 19 – 24 58 164 2200 25 – 50 63 163 2200 + 51 65 160 1900 Embarazo 1 Trimestre 2200 + 0 2 Trimestre 2200 + 300 3 Trimestre 2200 + 300 6) 7) 20_SHORCIE1GM.indd 316 06/01/11 13:34 317 Recomendaciones procedimentales 15. Responda con el grupo las preguntas del apartado ¿Cómo vamos?, para comprobar que adquirieron y compren- dieron la información necesaria para poder realizar su folleto. Pídales que anoten las respuestas en su cua- derno. Identifque las ideas que aún no quedan claras y explíquelas. 16. Indíqueles que establezcan acuerdos dentro del equipo y de elaborar el folleto. Organice con ellos la exposición y evaluación de todos los folletos. 17. Pídales que contesten en su cuaderno, de manera indi- vidual y honesta, el apartado ¿Cómo nos fue? Guíelos a la refexión sobre lo aprendido. Procure tomar en cuenta la autovaloración de los alumnos en la evaluación fnal. Cierre 257 ¿Qué tienen en común las sustancias que actúan como antiácidos? ¿Qué tipo de reacción ocurre en nuestro estómago cuando los consumimos? ¿Cuál es la importancia de una dieta correcta para evitar que se produzca la acidez estomacal? ¿Qué has aprendido sobre la relación de la química y el tratamiento de enfermedades? Elaboremos el folleto informativo Con tu equipo, realicen lo que se sugiere para elaborar su folleto. Revisen lo que les falta para terminar su folleto. Tal vez para este momento ya hayan elegido el formato, las ilustraciones y cómo redactarán los textos para que resulten atractivos. Sería pertinente que anexen un cuadro comparativo de los dis- tintos antiácidos, de tal modo que las personas puedan decidir con fundamentos el tipo de antiácido que les conviene utilizar. Incluyan ejemplos de las recomendaciones de una dieta correc- ta para no dejar de consumir los alimentos ácidos, pero al mis- mo tiempo, evitar la acidez estomacal. Si lo van a dar a conocer a la comunidad escolar y entre sus amigos, familiares y amigos, ¿qué harán para su difusión? Guarda tu folleto informativo en tu Archivo de evidencias. Contesten en el grupo con la dirección de su profesor. ¿Cuáles son los principales riesgos que tenemos al consu- mir alimentos ácidos? ¿Cuál es la mejor manera de prevenir la acidez estomacal? ¿Cuál es el principio de la reacción de neutralización de los antiácidos en nuestro estómago? ¿Consideras que tu alimentación es correcta? ¿En qué basas tu aseveración? ¿Cómo fue tu participación en la elaboración del folleto? ¿Qué equipo presentó el mejor folleto? ¿A qué lo atribuyes? Lee con atención los indicadores y marca con una la casilla que refeja tu avance. Indicadores Siempre lo logro A veces lo logro Estoy en proceso de lograrlo Identifco la acidez de algunos alimentos de consumo humano. Valoro la importancia de una dieta correcta y reconozco los riesgos del consumo frecuente de alimentos ácidos. Identifco sustancias para contrarrestar la acidez estomacal. Refexiona: si hicieras de nuevo tu folleto, ¿qué otra información añadirías? La buena alimentación también puede fomentarse mediante pro- gramas gubernamentales, facili- tando el acceso que tengan los ciudadanos a alimentos de alto aporte nutricional. ¿Consideras que en nuestro país hace falta algún programa de “comedores escolares”? ¿Infuiría de alguna manera en la salud y el aprovechamiento de los estudiantes? ¿Cuáles serían los objetivos y fun- ciones del programa? ¿Quiénes serían los aspirantes para ser benefciarios? P r o h i b i d a s u v e n t a 20_SHORCIE1GM.indd 317 06/01/11 13:34 318 Intención pedagógica Recomendaciones procedimentales 1. Promueva que los alumnos comenten sus ideas sobre la causa de sabores desagradables en las frituras como pa- pas y botanas, y cómo se puede retardar este fenómeno después de leer el texto inicial. Si mencionan la oxidación, pregúnteles cómo piensan que ocurre este proceso en las frituras. Por el momento no haga comentarios al respecto, sólo anote las ideas en una hoja de rotafolio. 2. Invítelos a que discutan en equipos el apartado Preguntas para andar y después anote en la hoja de rotafolio las res- puestas que de cada equipo. Déjelas a la vista de todos durante el tiempo que trabajarán la secuencia; periódica- mente, puede volver a ellas para que analicen cómo van cambiando sus ideas. 3. Pregúnteles cuáles son las características de un cuadro si- nóptico como el que se propone en el apartado Nuestro trabajo para considerarlas al momento de elaborarlo. Anote en el pizarrón sus ideas y discútalas con el grupo. En esta secuencia se busca que los alumnos identifiquen la oxidación como un cambio químico en el que in- terviene el oxígeno, así como algunos ejemplos de este tipo de reacciones en su entorno. A lo largo de la revisión de este tema, ela- borarán un cuadro sinóptico en el cual describirán las características genera- les de las reacciones de oxidación, el tipo de compuestos que se forman, el uso de algunos óxidos en la vida coti- diana y en la industria, así como las re- percusiones económicas y ambientales de algunas oxidaciones. 258 2 B l o q u e 4 Tema Oxidación y reducción Planeación Inicio En este subtema vas a elaborar, junto con tu equipo, un cuadro sinóptico que describa los factores involucrados en las reacciones de oxidación, cómo se ven favorecidas, los tipos de compuestos que se forman en ellas, la descripción del cambio químico y algunos ejemplos aplicados a nuestra vida cotidiana. También valorarán las repercusiones en el ambiente de las reacciones de com- bustión, así como las opciones para disminuir su impacto. Es importante que acuerden con su equipo los materiales que utilizarán, el formato del cuadro si considerarán hacerlo de tamaño grande para exponerlo en algún lugar donde lo vean la mayor cantidad de personas. Acuerden con su profesor el tiempo para desarrollar su cuadro. ¿Qué es la reacción de oxidación? ¿Es posible que los aceites se oxiden? ¿Por qué? ¿Cuáles otras reacciones de oxidación ocurren en nuestra vida cotidiana? ¿Cuáles consecuencias ocasiona la oxidación de los materiales y sustancias? ¿Qué son los óxidos y qué aplicaciones tienen? ¿Cuáles son las repercusiones económicas y ambientales tiene la oxida- ción de los materiales? 2.1. La oxidación: un tipo de cambio químico Pasadas las seis de la tarde, Saúl estaba en su recámara haciendo su tarea de la escuela cuando su mamá le preguntó si quería algo de la tienda. Él le dijo que se le antojaban unas papas doradas con sal. Cuando su mamá regresó, le dijo que había comprado dos tipos de papas, ya que no sabía cuál escoger. Le trajo unas de bolsa transparente y otras de bolsa metálica. Saúl abrió las papas de bolsa transparente y notó que sabían algo “rancias”, por lo que no se las comió y prefrió abrir las otras. Entonces se preguntó por qué sabían mal si la fecha de caducidad no había expirado. Al día siguiente le preguntó a su profesora a qué se debía el sabor amargo de las papas rancias. Ella le respondió que el aceite suele “oxidarse” fácilmente con la luz y por esto desprende sabores desagradables (4.36). ¿Esto explicaría que la mayoría de las frituras, como papas y botanas, se empaquen en bolsas metálicas? 4.36. La oxidación es un fenómeno químico común en algunos alimentos. P r o h i b i d a s u v e n t a 20_SHORCIE1GM.indd 318 06/01/11 13:34 319 Recomendaciones procedimentales 4. Comente a los alumnos que el concepto de oxidación ha cambiado conforme ha avanzado el conocimiento químico y se ha desarrollado mejor tecnología. En este punto es muy importante que haga énfasis en considerar a la oxi- dación como una reacción en la que interviene el oxígeno. 5. Invítelos a discutir en grupo sus respuestas a las pregun- tas cuyo propósito es identifcar sus ideas respecto a la oxidación y promueva que las revisen conforme avanzan en el desarrollo de este subtema. 6. Favorezca que lleguen a un acuerdo sobre por qué la oxi- dación es un cambio químico y las ventajas de retardar este fenómeno. 259 Desarrollo Experiencias alrededor de la oxidación El término oxidación se utilizó originalmente para indicar la combinación de sustan- cias con el oxígeno. Como recordarás, este elemento sólo lo encontramos como tal en el aire, como compuesto, en el agua al combinarse con el hidrógeno, así como en el suelo y el subsuelo, combinado químicamente con otros elementos. En nuestra vida cotidiana ocurren reacciones de oxidación en diferentes materiales, algunas de ellas las hemos revisado en este libro y otras es probable que ya las conoz- cas. Por ejemplo, las reacciones de formación de Fe 2 O 3 en un clavo oxidado y del CO 2 durante la combustión, aunque parecen diferentes, son ambas de oxidación. Comenta con tus compañeros algunas reacciones en las que interviene el oxígeno; consulten diferentes fuentes bibliográfcas. Luego, contesten en el cuaderno. ¿Qué tienen en común las reacciones de oxidación? ¿Cuáles son algunas consecuencias de la oxidación de los materiales? ¿Qué tipos de oxidación sufren ciertos alimentos como frutas y aceites comestibles? La oxidación de las frutas Una de las oxidaciones que observamos con frecuencia es la que ocasiona el oscure- cimiento de las frutas cuando retiramos la cáscara o las partimos. ¿En qué frutas has observado este fenómeno? ¿Conoces algunas maneras de evitar o retardar su oxidación? ¿Cuáles? Identifca cómo retardar el oscurecimiento de las frutas; reúnete con tu equipo, reúnan el material que se pide y realicen lo que se indica. 4.37. Manipulen con precaución el cuchillo para evitar accidentes. 1 pera, manzana, aguacate o plátano 1 cuchillo 1 tabla para picar 10 cm de película plástica para envolver alimentos 1 bolsa de plástico con doble cierre 1 limón 2 platos Pelen la fruta que hayan elegido y corten cinco partes iguales (4.37). Cubran el primer trozo del vegetal con la película plástica. Coloquen otro trozo en la bolsa y saquen el aire antes de cerrarla. Cubran el otro pedazo con jugo de limón sobre uno de los platos. Dejen el último pedazo sobre el otro plato. Propongan una hipótesis sobre el orden de oscurecimiento de la fruta. Observen lo que sucede y registren el tiempo que tardan en oscurecerse. Organicen sus resultados en un cuadro y contesten en su cuaderno. ¿En qué condiciones se presenta mayor oxidación de la fruta? ¿Por qué? ¿Cómo explican lo que ocurrió con el pedazo que colocaron en la bolsa cerrada? ¿Qué ocurrió con el trozo con el jugo de limón? Propongan una explicación. ¿En cuál o en cuáles no ocurrió este fenómeno o tardó más tiempo en presen- tarse? ¿Cómo lo explican? ¿Se cumplió su predicción? Comparen sus resultados y respuestas con las del grupo. Comenten por qué la oxi- dación de las frutas es un cambio químico y las ventajas de evitar o retardar este fenómeno. Consideren esta información para su cuadro sinóptico. P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas (R. M.) 1. Las reacciones de oxidación tienen en común al oxígeno ya que sólo ocurren cuando el oxígeno reacciona con otros elementos. Algunas consecuencias son la corrosión, oscurecimiento de las frutas, y contami- nantes al quemar combustibles. Sabemos que los aceites y las frutas sufren una oxidación porque los aceites comestibles sufren un cambio de sabor que va de desagradable a rancio, y las frutas se oscurecen al estar cortadas. 2. En plátanos, manzanas, peras y aguacate. Agregar limón, guardarlas en una bolsa de papel o de plástico. 3. En la fruta partida que dejamos sobre el plato en contacto con el aire. Al sacar el aire y cerrar la bolsa hermé- ticamente, disminuye la concentración de oxígeno en el interior por lo que se retarda la rapidez de oxidación de la fruta. Respuestas 3. (continuación) Con el jugo de limón, los efectos de la oxidación fueron menos evidentes que en la fruta del plato. El oxígeno reacciona con la vitamina C o ácido ascórbico que contiene el limón, lo que retarda la oxidación de la fruta. En la fruta en que rociamos limón y guardamos en la bolsa cerrada. Porque con la bolsa se disminuye el oxígeno y el poco que queda reacciona con la vitamina C del jugo de limón. 1) 2) 3) 20_SHORCIE1GM.indd 319 06/01/11 13:34 320 Recomendaciones procedimentales 7. Algunas personas suelen asociar el oscurecimiento de las frutas con la oxidación del hierro debido al color café-rojizo de la herrumbre. Oriente a los alumnos para que identif- quen que el oscurecimiento de las frutas es diferente a la oxidación del hierro. 8. Antes de leer el texto sobre la oxidación de los metales, pregunte a los alumnos cómo se puede identifcar un metal oxidado y qué condiciones o factores ambientales favore- cen la oxidación de estos elementos. Permita que expresen libremente sus ideas, más adelante tendrán oportunidad de contrastarlas. 9. Procure que cada equipo trabaje con objetos elaborados con un mismo metal pero que éste no se repita en el resto del grupo. Pídales que, al inicio del experimento, lijen los objetos para eliminar restos de óxidos. 10. Verifque que numeren los frascos y coloquen los objetos de acuerdo con las condiciones indicadas en el cuadro. 11. Pídales que planteen hipótesis sobre lo que ocurrirá con el objeto contenido en cada frasco y las anoten en sus cuadernos. Promueva que las contrasten al término de la actividad. Sugerencia de contenido Los antioxidantes son sustancias que re- tardan o previenen la oxidación. Los antioxidantes reaccionan fácilmen- te con el oxígeno. Por ejemplo, el ácido ascórbico o vitamina C (presente en el jugo de limón y otros cítricos) reacciona con el oxígeno antes que con los grupos fenólicos de algunos compuestos pre- sentes en las frutas, lo que retarda el oscurecimiento de los alimentos. Otros antioxidantes de uso común en los alimentos procesados son la vitamina E, el butil-hidroxitolueno (BHT) y el butil- hidroxianisol (BHA). Como la atmósfera es invisible al ojo humano y los estudiantes confían en información concreta y visible, signif- ca que evitan incluir el oxígeno en sus explicaciones para las reacciones: Se añade agua cuando aparece la corrosión. Al quemar al magnesio, el polvo blanco que se forma viene de que- mar carbón, es el hollín que sale luego de quemar. Ideas previas Desarrollo 260 Cuando se cortan algunas frutas, como la manzana, su superfcie entra en contacto con el oxígeno del aire y en algunos minutos ad- quieren un color marrón, rojizo o negro. En muchos casos, también se modifca su sabor. Este cambio químico se debe a la acción de las enzimas llamadas polifenoloxidasas, que incorporan oxígeno a unos compuestos lla- mados fenoles. Como consecuencia, se forman las quinonas, las cuales son responsables de los pigmentos en la fruta cortada. Por este motivo, una manera de retardar la oxidación de la fruta es impedir su contacto con el oxígeno; por ejemplo, cubrirlas con una película plástica. Otra es utilizar alguna sustancia antioxidante, como la vitamina C, que forma parte del jugo de limón. La oxidación de los metales Otro ejemplo de reacciones de oxidación se da en objetos elaborados con ciertos metales en los que detectamos un cambio en su coloración. Por ejemplo, con el paso del tiempo los productos elaborados con cobre cambian de café-rojizo a verdoso; en los de latón (aleación de cobre y zinc), observamos que el color amarillo brillante cambia a verde opaco, y en los fabricados con hierro, se forma un polvo café-rojizo (4.38). Con el propósito de que identifques algunos factores que favorecen la oxidación de los metales, reúnete con tu grupo y organícense para conseguir materiales. 7 objetos pequeños, metálicos e iguales (cada equipo debe selec- cionar uno diferente, por ejemplo clavos) 7 frascos pequeños con tapa Un poco de algodón 500 mL de agua 100 mL de aceite comestible 500 mL de una mezcla de agua con 2 cucharadas de sal 2 refrescos de cola de 600 mL 500 mL de vinagre blanco 500 g de arroz Ahora, realicen lo que se menciona. Investiguen el material del que está elaborado el objeto con el que trabajará tu equipo y registren su apariencia en el cuaderno. Etiqueten los frascos del 1 al 7. Coloquen uno de los objetos que les tocó en cada frasco de acuerdo con las condiciones que se describen en el cuadro. Frasco Objeto (ejemplo) Condición 1 Clavo de hierro Envuelto en algodón en frasco tapado. 2 Clavo de hierro Dentro del frasco destapado. 3 Clavo de hierro Sumergido en agua de la llave en frasco destapado. 4 Clavo de hierro Sumergido en agua previamente hervida y fría. Cubrir el agua con una capa de aceite. Frasco cerrado. 5 Clavo de hierro Sumergido en agua con sal en frasco destapado. 6 Clavo de hierro Sumergido en refresco en frasco desatapado. 7 Clavo de hierro Sumergido en vinagre en frasco cerrado. 4.38. Los productos de la reacción de oxidación de los metales tienen diferentes propiedades. P r o h i b i d a s u v e n t a 20_SHORCIE1GM.indd 320 06/01/11 13:34 321 Recomendaciones procedimentales 12. Destine un lugar seguro en el salón o en el laboratorio para que los alumnos coloquen sus frascos. Pídales que los revisen a diario y hagan anotaciones, dibujos o que tomen fotografías para registrar los cambios. Guíelos para identifcar los factores que promueven la oxidación de los metales. Desarrollo 261 4.40. Los barcos tienden a deteriorarse rápidamente, lo que puede ocasionar pérdidas económicas si no se toman las medidas necesarias. 4.39. La acción del oxígeno sobre el hierro produce herrumbre. El objeto del frasco 1 servirá como control o testigo. Observen y describan en su cuaderno lo que ocurre con los objetos durante 4 a 5 días. Elaboren en el cuaderno un cuadro como éste. Frasco Día 1 Día 2 Día 3 Día 4 Día 5 1 Analicen sus resultados considerando preguntas como las que se proponen. ¿Cuál es el propósito del objeto control o testigo? ¿Detectaron cambios en todos los frascos? Propongan una explicación. ¿En cuál de los frascos son más evidentes los cambios? ¿Cómo explican los cambios que observaron en cada caso? Comparen los frascos con los de los demás equipos y determinen si todos los objetos experimentaron cambios similares en las mismas condiciones. De no ser así, propon- gan una explicación. Analicen la información que les sea útil para su cuadro. Si habitas en una zona de la costa o has tenido oportunidad de viajar al mar, habrás observado que es más frecuente la oxidación de los metales. Esto se debe, en parte, a las condiciones de humedad atmosférica, pues el agua y el oxígeno disuelto en ella promueven la oxidación (4.39). Otros factores que la favorecen son el incremento de la temperatura, los ácidos y disoluciones altas en sales, como el agua de mar. Por otro lado, no todos los metales se oxidan con la misma facilidad; es decir, tienen distinta reactividad, pero estos aspectos los estudiaremos con más detalle en el sub- tema 2.2, Las reacciones redox, de este bloque. Los óxidos Es muy probable que estés familiarizado con la oxidación del hierro, ya que con este material se elaboran muchos objetos como ventanas, herramientas, clavos, bicicletas, rejas, etc. Como consecuencia de esa oxidación, el material se corroe (4.40). La oxidación inicia en la superfcie y avanza hacia todo el material, por lo que lo “des- truye”. Lo anterior tiene consecuencias económicas, tanto en los hogares como en la industria de todo el mundo. El polvo rojizo que se forma en este tipo de objetos se conoce comúnmente como óxido o herrumbre y ocasiona la corrosión, es decir, el deterioro del metal. Se trata del óxido de hierro(III), Fe 2 O 3 , y es producto de la reacción entre el hierro y el oxí- geno que se representa con la ecuación: 4Fe (s) + 3O 2 (g) 2Fe 2 O 3 (s) Hierro oxígeno óxido de hierro(III) P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas 4. (R. M.) El frasco testigo nos permite comparar lo que ocurre con los objetos de los de- más frascos. Las condiciones del control evitan que el objeto esté en contacto con el oxígeno u otras sustancias que favorecen la oxidación. En el frasco 1, aunque el clavo está en contacto con el aire, la reacción de oxidación requiere más tiempo. En el 4 no se observan los resultados de la oxidación pues el oxígeno disminuye su solubilidad en agua al aumentar la temperatura, por lo que al hervir el líquido disminuye la concentración del gas y se evita la corrosión. Además, la capa de aceite impide que el oxíge- no del aire entre en contacto con el agua y el metal. Esto también evita la corrosión. En el que contiene sal y está destapado. El agua de la llave contiene oxígeno disuelto y además, al estar destapado el frasco, siempre hay una fuente de oxígeno que oxida el metal. Respuestas 4. (continuación) El cloruro de sodio es un factor que favorece la oxidación de los metales (como el agua de mar) y, al estar destapado el frasco, hay un fujo constante de oxígeno al agua y por tanto este elemento oxida al metal. El refresco y el vinagre contienen ácidos que corroen los metales. 4) 21_SHORCIE1GM.indd 321 06/01/11 13:35 322 Recomendaciones procedimentales 13. Pídales que comenten en grupo sus respuestas a las pre- guntas de la nomenclatura de los óxidos y coménteles que también se utilizan algunos prefjos para nombrarlos. Prefjos usados para nombrar óxidos Número de moléculas Prefjo 1 mono- 2 di- 3 tri- 4 tetra- 5 penta- 6 hexa- 7 hepta- 8 octa- 9 nona- 10 deca- 14. Plantéeles ejercicios con los nombres de los óxidos para que ellos escriban las fórmulas y viceversa. Pídales que consulten su tabla periódica para identifcar la valencia de los elementos, esto les ayudará a plantear las fórmulas de manera correcta . Si es necesario, apóyelos. Los ejer- cicios que puede proponer son: Pregunta Respuesta Pregunta Respuesta N2O5 Monóxido de carbono SO3 Dióxido de carbono P4O10 Monóxido de dinitrógeno N2O5 Dióxido de azufre 15. Invítelos a recordar lo que aprendieron sobre la combus- tión y la calcinación de los metales cuando revisaron los trabajos de Lavoisier, y que las relacionen con las reaccio- nes de oxidación. Desarrollo 262 En el lenguaje de la química, un óxido es un compuesto formado por oxígeno y otro elemento, metálico o no metálico. En el cuadro se describen algunos de estos com- puestos con su fórmula y algunos de sus usos. Compuesto Fórmula Uso Óxido de calcio CaO En la industria de la construcción, se conoce como cal. Óxido de cobre(II) CuO Pigmento de cerámicas, abrasivo, en la fabricación de semiconductores y pilas. Óxido de hierro(III) Fe 2 O 3 En la obtención de hierro, como colorante. Óxido de magnesio MgO Aislante térmico. Óxido de manganeso MnO 2 En la fabricación de colorantes. Óxido de mercurio HgO Pilas, como catalizador, y fabricación de pintura antisuciedad. Óxido de zinc ZnO Fabricación de gomas, medicamentos, cosméticos, fertilizantes, esmaltes y adhesivos. Dióxido de azufre SO 2 Antioxidante de frutas y verduras. Trióxido de azufre SO 3 En la fabricación de ácido sulfúrico. Dióxido de silicio SiO 2 Forma parte de la arena. Se utiliza para elaborar vidrio, cerámicas y cemento. Monóxido de carbono CO Para devolver a la carne su color rojo característico, en la fabricación de alcohol metílico o metanol. Identifca en el cuadro anterior los óxidos metálicos y los no metálicos. Comenta con tu equipo lo que se plantea. ¿Cómo se nombran los óxidos metálicos? ¿Qué relación encuentran entre el nombre de los óxidos no metálicos y su fór- mula química? ¿Cómo nombrarían al óxido con fórmula NO? ¿Por qué? Si consideran que ha surgido información relevante, ténganla en cuenta para su cuadro sinóptico. Los productos de las reacciones del oxígeno con otros elementos tienen muchas apli- caciones y han sido importantes en el desarrollo del conocimiento químico; por ejem- plo, en los trabajos de Lavoisier sobre la combustión y la calcinación de los metales, que lo llevaron a proponer el principio de conservación de la masa que revisamos en el Bloque 1 de este libro Por otro lado, cuando se clasifcaron los elementos en metales y no metales, uno de los criterios que se utilizó fueron las propiedades de los óxidos que forman. Los óxidos metálicos, al combinarse con el agua, forman hidróxidos o bases de Arrhenius. Por ejemplo: Na 2 O (s) + H 2 O (l) 2NaOH (ac) CaO (s) + H 2 O (l) Ca(OH) 2 (ac) Óxido de sodio agua hidróxido de sodio óxido de calcio agua hidróxido de calcio P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas 5. (R. M.) Al inicio la palabra óxido seguida de la preposición “de” y luego el nombre del metal. Se utilizan prefjos numéricos para indi- car la cantidad de átomos de oxígeno y del elemento no metálico. Si sólo existe un átomo del elemento no metálico, no se utiliza el prefjo “mono”. En el caso del oxígeno, siempre se utiliza el prefjo numérico. Se llama monóxido de nitrógeno porque está formado por un átomo de nitrógeno y uno de oxígeno. 5) CO CO2 N2O SO2 Pentóxido de dinitrógeno Trióxido de azufre Decaóxido de tetrafósforo Pentóxido de dinitrógeno 21_SHORCIE1GM.indd 322 06/01/11 13:35 323 Recomendaciones procedimentales 16. Solicíteles que respondan de manera individual las pre- guntas del apartado ¿Cómo vamos? y contrasten sus res- puestas con lo que pensaban al inicio de la secuencia. 17. Revise sus avances en la elaboración del cuadro sinóptico. 18. Antes de leer el texto sobre la combustión, pida a los alum- nos que comenten lo que revisaron sobre este fenómeno en el bloque 3. 19. Invítelos a comentar en el grupo las respuestas a las pre- guntas y promueva que las contrasten con la información contenida en el texto. 20. Invítelos a leer el apartado Datos a la mano y contestar la pregunta. Si es necesario, oriéntelos en la realización de los cálculos. Después, pídales que identifquen cuál de los combustibles de la tabla provee mayor cantidad de energía por gramo de sustancia y promueva se percaten de que es el gas natural. La mayoría de los alumnos defnen la combustión como un cambio en el es- tado de agregación: El oxígeno alimenta al fuego y man- tiene a la vela quemándose. En un mechero de gas butano, el gas se consume, las flamas se co- men el gas y éste se agota y se ele- va en forma de pequeñas partes. En la combustión de la gasolina, ésta al mezclarse con aire se vuel- ve más pesada. Ideas previas Desarrollo 263 El hidróxido de calcio que se obtiene al combinar el óxido de calcio o cal con agua, se utiliza para proteger los árboles de algunas plagas, como los caracoles. Cuando los óxidos no metálicos se combinan con agua, se forman ácidos. Por ejemplo: SO 3 (g) + H 2 O (l) H 2 SO 4 (ac) CO 2 (g) + H 2 O (l) H 2 CO 3 (ac) Trióxido de azufre agua ácido sulfúrico dióxido de carbono agua ácido carbónico ¿Por qué se afirma que la oxidación es un cambio químico? ¿Cuáles son algunos factores que favorecen la oxidación? ¿Qué es un óxido? ¿Qué elemento siempre está presente en él? ¿Cuáles son las diferencias entre los óxidos metálicos y los no metálicos? ¿Qué elementos tienes para tu cuadro sinóptico? ¿Cómo puedes organizarlos? La cantidad de energía liberada es diferente para cada combustible. Por ejemplo: Un tipo de gasolina con densidad de 0.68 g/cm 3 . El tanque de un automóvil tiene una capacidad de 50 L. ¿Qué cantidad de energía se libera cuando se queman toda la gasolina contenida en el tanque? Combustible Valor energético (kJ/g) Madera 18 Carbón (antracita) 31 Gasolina 49 Gas natural (metano) 53 La combustión: un tipo de oxidación En el subtema 1.1, El cambio químico, del Bloque 3 de este libro, tuviste un acer- camiento con las reacciones de combustión. Este tipo de reacciones también son oxidaciones. Comenta con tus compañeros de grupo. ¿Qué materiales se utilizan como combustibles? ¿Qué se requiere para que se realice una com- bustión? ¿Cuáles diferencias perciben entre una combus- tión y la oxidación de los metales, como el hierro? La combustión es un tipo de oxidación que ocurre en- tre un combustible y el oxígeno, siempre y cuando el primero alcance su temperatura de ignición, es decir, la necesaria para que arda, por lo que es necesario pro- porcionar energía. Una diferencia de las combustiones con otras reaccio- nes de oxidación, como la de los metales o la de las frutas, es que ocurren más rápido y son exotérmicas, lo que signifca que se libera una gran cantidad de energía en forma de luz y calor que los seres humanos utili- zamos para realizar diversas actividades. El carbón, la madera, el alcohol, la gasolina, el diesel, el metano (gas natural), así como el propano y el butano son ejemplos de combustibles (4.41). 4.41. El propano y el butano son los principales componentes del gas LP (licuado de petróleo) que se distribuye en pipas o en tanques de gas. C3-Sec-277-263 Se muestra una foto de una pipa de gas doméstico. Investiga en distintas fuentes de información, como enciclopedias y libros, si la respiración es una oxidación y descríbela mediante un esquema en tu cuaderno. P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas (R. M.) 6. Madera, carbón, alcohol, gasolina, gas, diesel, etc. Se requiere un combustible, oxígeno y energía para iniciar la reacción. La oxidación del hierro es lenta y no produce fama. La combustión es una oxidación que sucede rápidamente y libera energía en forma de luz y calor. 7. Se liberan 1 666 000 kJ. 6) 7) 21_SHORCIE1GM.indd 323 06/01/11 13:35 324 Recomendaciones procedimentales 21. Promueva que los alumnos identifquen los productos que se obtienen en las combustiones completas e incom- pletas. Guíelos para que refexionen sobre los riesgos que existen al quemar combustibles en habitaciones cerra- das ya que se promueve la formación del monóxido de carbono. 22. Coménteles que el monóxido de carbono es un gas tóxico ya que se une a la hemoglobina, la proteína encargada de captar y transportar el oxígeno en nuestro organismo. El CO tiene mayor afnidad por la hemoglobina que el oxí- geno, por lo que este elemento no llega a las células y se puede ocasionar muerte por asfxia. 23. Favorezca que identifquen que la quema excesiva de combustibles incrementa el efecto invernadero que se asocia con el cambio climático, debido al aumento en la concentración de los gases de invernadero como el dióxi- do de carbono. 24. Oriente a los alumnos para que se percaten de que la lluvia ácida tiene un pH menor a 5.6. Puede comentarles que en la UNAM se realizan investigaciones con el uso de nanotecnología para eliminar el azufre del petróleo. Desarrollo 264 Cuando se queman combustibles derivados del petróleo, en general se obtienen como productos dióxido de carbono (CO 2 ) y agua. Veamos como ejemplo la ecuación de la reacción del propano (C 3 H 8 ) con el oxígeno: C 3 H 8 (g) + 5O 2 (g) 3CO 2 (g) + 4H 2 O (g) Propano oxígeno dióxido de carbono agua Sin embargo, si la cantidad de oxígeno no es sufciente (como en los motores mal afnados), se produce una combustión incompleta y, además de dióxido de carbono y agua, se obtienen carbono sólido y el gas monóxido de carbono (CO). Este gas también se produce cuando se queman otros combustibles fósiles, como el carbón y la madera. A diferencia de otras reacciones químicas, cuyo propósito es la obtención de nuevas sustancias, el de las combustiones es la obtención de energía. Sin embargo, cuando se queman combustibles, se generan sustancias que contaminan el ambiente. Por otro lado, el dióxido de carbono contribuye a la acidez natural de la lluvia (pH de 5.6 a 6), ya que en contacto con el agua forma el ácido carbónico H 2 CO 3 . Pero el in- cremento de dióxido de carbono y la presencia de otros gases que se emiten cuando se queman combustibles origina la disminución del pH y la formación de la llamada lluvia ácida. Lluvia ácida Uno de los gases que favorecen la formación de lluvia ácida es el dióxido de azufre, SO 2 (4.42). Este compuesto se forma cuando se quema carbón y también se emite de manera natural en los volcanes activos. En la atmosfera, el dióxido de azufre reacciona con el oxígeno y se forma trióxido de azufre (SO 3 ). En contacto con el agua, este compuesto forma ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ). El gas natural y el petróleo (a partir del cual se obtienen varios combustibles) también contienen azufre, pero la mayoría de este elemento se elimina mediante algunos pro- cesos antes de su combustión. Por otro lado, diversos países se han comprometido a reducir las emisiones de dióxido de azufre al quemar carbón, retirando con anteriori- dad el azufre. Sin embargo, el tratamiento es costoso. En equipos, investiguen en distintas fuentes la información para contestar lo que se propone. ¿Qué es el Protocolo de Kioto y cuál es su propósito principal? ¿Cuándo se firmó, qué países lo firmaron? ¿Se ha logrado el objetivo? ¿Por qué? ¿Piensas qué es correcto apoyar, de manera individual e institucional, ini- ciativas como el protocolo de Kyoto? ¿Por qué? Comenten los resultados de su investigación y discutan por qué es tan difícil lograr los objetivos que persiguen estos tratados. Complementen con esto su cuadro sinóptico. 4.42. En diciembre de 1953, el SO 2 emitido por las chimeneas de Londres ocasionó la muerte de alrededor de 4 000 personas. C3-Sec-278-264 Se muestra una imagen de la ciudad de Londres en la que se observan chimeneas. P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas 8. (R. M.) En 1997 se frmó en Japón un acuerdo ambiental internacional conocido como el Protocolo de Kyoto. Los países que lo frmaron se comprometieron a reducir las emisiones de gases de efecto inver- nadero (entre ellos dióxido de carbono) en un 5% entre los años 2008 a 2012 en relación con las emisiones registradas en 1990. El acuerdo se frmó en 2005 y 141 países (entre ellos México) ratifcaron su compromiso, pero otros como Estados Unidos y Australia no lo han hecho. No, porque falta cultura en ciertos países para disminuir los gases en el ambiente. Es importante apoyar este tipo de iniciativas ya que es en benefcio de los seres vivos además de que favorecen el desarrollo sustentable. 8) 21_SHORCIE1GM.indd 324 06/01/11 13:35 325 Recomendaciones procedimentales 25. Escriba en el pizarrón la ecuación de la reacción del car- bonato de calcio y el ácido sulfúrico para que los alumnos identifquen la razón por la que la lluvia ácida deteriora algunos materiales de construcción: CaCO 3 + H 2 SO 4 → CaSO 4 + CO 2 + H 2 O El sulfato de calcio o yeso es soluble en agua y se deslava, esto deteriora el material. 26. Coménteles que los óxidos de nitrógeno (NO y NO 2 ) son gases tóxicos que ocasionan irritación en las mucosas de los ojos, nariz, garganta y pulmones. El NO también pro- duce baja en la presión sanguínea. 27. Pídales que analicen las ecuaciones y pregúnteles la for- mación de ozono en la troposfera. Oriéntelos para que identifquen que el ozono que se forma en la primera re- acción participa como reactivo en la segunda. Uno de los átomos de su molécula se une al NO y se forma NO 2 mientras que los otros integran la molécula de O 2 . En el organismo humano, el monóxido de nitrógeno es liberado por las células del interior de los vasos sanguíneos y provoca la relajación de los músculos vecinos, con lo que baja la presión. Este descubrimiento permitió explicar el fun- cionamiento de medicinas para evitar infartos cardiacos. Por otro lado, cuando algunas bacte- rias invaden nuestro organismo, cier- tos tipos de glóbulos blancos producen una dosis letal de NO y las aniquilan. Sin embargo, si la infección es muy grave, la elevada producción de mo- nóxido de nitrógeno puede hacer bajar la presión a niveles peligrosos para el enfermo. Sugerencia de contenido Desarrollo 265 4.43. La lluvia ácida acelera el deterioro de materiales de construcción como roca arenisca, piedra caliza y mármol. Otros gases que contribuyen a la formación de la lluvia ácida (4.43) son los óxidos de nitrógeno. En los motores de combustión interna, como los de los automóviles, ocurre una reacción entre la gasolina y el oxígeno del aire durante la cual se libera una gran cantidad de energía. En condiciones normales, el oxígeno y el nitrógeno del aire no reaccionan, pero debi- do al incremento de temperatura en la cámara de combustión de los motores de los vehículos, se favorece su reacción y se forma el gas monóxido de nitrógeno (NO). Este gas puede salir como tal por el escape del automóvil u oxidarse dentro del motor o en la atmósfera para formar dióxido de nitrógeno (NO 2 ). En contacto con el agua, el dióxido de nitrógeno forma ácido nítrico y ácido nitroso: 2NO 2 (g) + H 2 O (l) HNO 3 (ac) + HNO 2 (ac) Dióxido de nitrógeno agua ácido nítrico ácido nitroso El ozono Además de contribuir a la formación de la lluvia ácida, el dióxido de nitrógeno favore- ce la formación de otro contaminante en la troposfera, el ozono (O 3 ). El ozono es un contaminante de la troposfera. Sin embargo, en la atmósfera superior es muy impor- tante, pues fltra los rayos ultravioleta que llegan a la superfcie de la Tierra (4.44). La radiación ultravioleta del Sol hace que el NO 2 reaccione con el oxígeno y se formen monóxido de nitrógeno y ozono: luz ultravioleta NO 2 (g) + O 2 (g) NO (g) + O 3 (g) Dióxido de nitrógeno oxígeno monóxido de nitrógeno ozono 4.44. El agujero en la capa de ozono se encuentra justo arriba de la Antártida. A su vez, el NO y el O 3 reaccionan para formar dióxido de nitrógeno y oxígeno: NO (g) + O 3 (g) NO 2 (g) + O 2 (g) Monóxido de nitrógeno ozono dióxido de nitrógeno oxígeno P r o h i b i d a s u v e n t a 21_SHORCIE1GM.indd 325 06/01/11 13:35 326 Recomendaciones procedimentales 28. Guíe a los estudiantes para que identifquen que al que- mar los combustibles derivados del petróleo, tanto en los vehículos como en la industria, se liberan al aire hidrocar- buros que reaccionan con el monóxido de nitrógeno. De esta forma, el NO ya no está disponible para reaccionar con el ozono como se muestra en la última ecuación de la página anterior. 29. Pregúnteles si el ozono contaminante de la troposfera es diferente al de la estratosfera que nos protege de las ra- diaciones ultravioleta y oriéntelos para que identifquen que se trata de la misma sustancia. 30. Invítelos a discutir la información del apartado ¿Tú que opinas?. Puede comentarles que en la prueba de verifca- ción vehicular se establecen límites máximos de emisión de contaminantes como hidrocarburos, monóxido de car- bono y óxidos de nitrógeno. Pregúnteles por qué es im- portante reducir la emisión de este tipo de compuestos. 31. Platíqueles que los convertidores catalíticos en los vehículos transforman el monóxido de nitrógeno en nitrógeno molecular que se incorpora al aire. Sugerencia de contenido Si quiere conocer algunas alternativas para disminuir el impacto ambiental aso- ciado con las reacciones de combustión, puede consultar: www.sma.df.gob.mx/simat/pnlluvia. htm# www.tecnun.es/asignaturas/Ecologia/ Hipertexto/10CAtm1/331EmiVe.htm www.sma.df.gob.mx/ www.ine.gob.mx/dgicur/calaire/smog. html Desarrollo 266 Esmog se deriva de las palabras inglesas, smoke, que signifca humo, y fog, que quiere decir niebla. Se utiliza para designar la presencia de sustancias contaminantes en el aire. De acuerdo con las reacciones anteriores, el ozono no tendría por qué acumularse en el aire. El pro- blema es que, como consecuencia de la obtención y uso de los combustibles del petróleo, se liberan hidrocarburos (compuestos formados por carbono e hidrógeno), que reaccionan con el monóxido de nitrógeno. Al no haber monóxido de nitrógeno (NO), el ozono (O 3 ) se acumula en el aire. El ozono forma parte de lo que se conoce como es- mog fotoquímico, es decir, sustancias contaminantes que se forman por acción de la radiación solar. El ozono es un agente oxidante poderoso que, depen- diendo de su concentración en el aire, puede causar irritación de la nariz y garganta, pérdida de coordina- ción muscular y cansancio. Organízate con tu equipo para investigar en diversos medios la información sufciente para contestar lo que se propone. ¿En qué capa de la atmósfera se ubica la capa de ozono? ¿Cuál es su función? ¿Qué alternativas disminuyen el impacto ambiental asociado a las reacciones de combustión como el efecto invernadero, la lluvia ácida y la formación de esmog fotoquímico? Integren los resultados de su investigación en su cuadro sinóptico. Lee y contesta. El Programa de Verifcación Vehicular consiste en medir las emisiones de contaminantes de los vehículos a la atmósfera (4.45). Dependiendo de los resultados, se limitan los días de circula- ción de los vehículos y se otorga una calcomanía con un código numérico. Algunas personas se las ingenian para obtener la calcomanía a pesar de que su vehículo no cumple con los requisitos adecuados. ¿Qué opinas sobre la actitud de esas personas? ¿Cuál es tu opinión sobre el programa de verifi- cación vehicular? ¿Debería extenderse este programa a todo Méxi- co? ¿Por qué? Comparte tus opiniones con el grupo y obtengan con- clusiones. Consideren sus acuerdos para su cuadro. 4.45. Es deber de los automovilistas realizar su verifcación vehicular de acuerdo con los calendarios estipulados, pues favorece el cuidado del ambiente. P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas 9. (R. M.) Se ubica en la estratosfera. La capa de ozono nos protege de las radiaciones ultravioletas provenientes del Sol que se han asociado con la generación de cáncer de piel y cataratas. Algunas alternativas son la reducción del contenido de azufre en los combustibles, el Programa de Verifcación Vehicular, el desarrollo de tecnología vehicular que origine menor contaminación, el uso de convertidores catalíticos, el desarrollo de combustibles alternativos, la promo- ción del uso de la bicicleta, etc. 9) 21_SHORCIE1GM.indd 326 06/01/11 13:35 327 Recomendaciones procedimentales 32. Dé tiempo a los alumnos para responder el apartado ¿Cómo vamos? y apóyelos en la resolución de sus dudas. Guíelos para que identifquen que la formación de ozono en la troposfera se favorece al mediodía, cuando la inci- dencia de los rayos solares es mayor. 33. Oriéntelos en la organización de la información para su cuadro sinóptico y revise que las ecuaciones químicas estén bien planteadas y balanceadas. 34. Antes de responder el apartado ¿Cómo nos fue?, vuel- va a las respuestas del apartado Preguntas para andar y coméntelas con el grupo. Pídales que adviertan las di- ferencias que hay entre esas respuestas y lo que ahora conocen. 35. Invítelos a comentar en equipo las respuestas a las pre- guntas del apartado ¿Cómo nos fue? y favorezca que refexionen lo que aprendieron sobre la oxidación durante la revisión de este tema. 36. Pídales que se autoevalúen con la rúbrica de indicadores fnales y revise con ellos sus progresos. Si es necesario, oriéntelos para que mejoren su desempeño. Cierre 267 ¿Por qué las combustiones se consideran reacciones de oxidación? ¿Qué diferencia hay entre una combustión y la oxidación de un metal o de las frutas? ¿Cómo se forma la lluvia ácida y cómo afecta a la vida y al ambiente? ¿En qué horas del día se favorece más la formación de ozono? Como ya sabes, las reacciones de combustión están presentes en nuestra vida cotidiana. En algunos casos los productos que se obtienen ocasionan efectos indeseables como el oscurecimiento de las frutas y la oxidación de metales como el cobre y el hierro. En el caso de las reacciones de combustión, son cambios químicos de gran importancia para los seres humanos, pues así se obtiene la energía para realizar diversas actividades. Por otro lado, en una de las actividades que realizaste, te percataste de que existen diversos factores que favorecen la oxidación de los metales y que este fenómeno no ocurre de igual manera en todos estos elementos. ¿A qué se debe esto? La respuesta a esta pregunta la podrás conocer durante la revisión del siguiente subtema. Evalúen la información que tienen hasta el momento para armar su cuadro sinóptico. Su cuadro sinóptico Reúnete con tu equipo y terminen de elaborar su cuadro sinóptico. Usen su creatividad para ponerle un título atractivo a su trabajo e incluyan sólo la información que consideren más relevante (4.46). Si van a incluir ecuaciones químicas, revisen que estén completas y balanceadas. Evalúen, junto con su profesor, si ajustarán el trabajo para realizar una exposición frente a sus compañeros. Si es así, ajusten su exposición al tiempo que les asignó el profesor y consideren un espacio para las dudas y preguntas. Discutan en equipo las preguntas. Escriban las conclusiones en su cuaderno. ¿Por qué la oxidación es un cambio químico? ¿Cómo lo verifcarías? ¿Cuál es la importancia de algunas reacciones de oxidación que ocurren en nuestra vida cotidiana y en el ámbito industrial? ¿Qué implicaciones económicas o ambientales tienen algunas reacciones de oxidación? ¿La tarea de contrarrestar la contaminación es tarea sólo del gobierno o deben participar otros sectores de la sociedad? Argumenten la respuesta. 4.46. El trabajo en equipo integra los esfuerzos individuales y aprovecha las capacidades de cada integrante. Lee con atención los indicadores y marca con una la casilla que refeja tu avance. Indicadores Siempre lo logro A veces lo logro Estoy en proceso de lograrlo Identifco la oxidación como un tipo de cambio químico, identifco también sus principales características. Identifco algunos ejemplos de oxidación en mi entorno. Refexiona: si hicieras de nuevo tu cuadro sinóptico, ¿qué le añadirías? P r o h i b i d a s u v e n t a 21_SHORCIE1GM.indd 327 06/01/11 13:35 328 Intención pedagógica Recomendaciones procedimentales 1. Permita que los alumnos expresen libremente sus ideas so- bre a qué se debe el oscurecimiento de la plata. Pregúnteles qué métodos conocen para retardar este proceso, así como para limpiar objetos elaborados con este metal. Pídales que mencionen las ventajas y desventajas de cada método. Anote sus ideas en una hoja de rotafolio para que las ten- gan a la vista durante el desarrollo de esta secuencia. 2. Invítelos a que discutan en equipos el apartado Preguntas para andar y que anoten sus respuestas iniciales en sus cuadernos. 3. Pídales que comenten o investiguen las características de un anuncio de periódico, de una gaceta o de una revista. En el apartado Nuestro trabajo se propone otra opción para el anuncio: desarrollar un anuncio para radio o grabar un video para televisión. 4. Establezca con el grupo las características que deberá lle- var el anuncio para homogeneizar los productos del grupo. En esta secuencia se busca que los alumnos analicen algunas reacciones de óxido-reducción en la vida diaria y en la industria, que identifiquen el número de oxidación como una con- vención entre los químicos y que re- lacionen los números de oxidación de algunos elementos con su posición en la tabla periódica. A lo largo de la revisión de este tema, elaborarán un anuncio comercial para dos productos o procesos que involu- cren reacciones redox y que tengan importancia tanto en la vida cotidiana como en la industria. Deberán incluir la ecuación de la reacción involucrada, medidas de precaución sobre su uso, así como información sobre los riesgos para la salud o el ambiente. Desarrollo 268 268 268 Planeación Inicio Experiencias alrededor de las reacciones de óxido-reducción En el subtema anterior, aprendiste que la oxidación es una reacción en la que partici- pa el oxígeno. Sin embargo, si consideramos el principio de conservación de la masa, si una sustancia gana oxígeno (se oxida), debe haber otra que lo pierde. Así, una sustancia se reduce cuando pierde oxígeno. Una oxidación siempre va a acompañada de una reducción. En este subtema elaborarás con tu equipo un anuncio comercial para dos produc- tos o procesos que involucren reacciones de óxido-reducción (uno en el hogar y otro en la industria) que estudiarás en estas páginas. Pueden elegir un anuncio, ya sea para un periódico, una gaceta o una revista. Su anuncio debe incluir la explicación de la reacción involucrada, información sobre los riesgos para la salud, el ambiente o ambos, así como su reciclaje (si procede) y medidas de precaución sobre su utilización. Deberán elegir los materiales que emplearán, ya sea a mano o en hojas de papel; si tienen una computadora disponible, utilícenla. Les sugerimos trabajar durante una semana con las actividades aquí propuestas. ¿Qué tipo de reacción química presenció Claudia? ¿Cuáles son las sustancias que contiene el líquido limpiador de joyería? ¿Qué características tiene una reacción redox y cómo puede identifcarse? ¿Cuál es la utilidad del número de oxidación? ¿Qué relación tiene con la tabla periódica? ¿Cuál es la importancia de las reacciones redox en nuestra vida diaria y en la industria? 2.2. Las reacciones redox Pocos minutos antes de la boda de su hermana mayor, Claudia alistaba los últimos de- talles. Ella abrió la caja donde guardaba su collar de plata y, al ver con detenimiento los aretes que hacían juego, se alarmó, ya que tenían unas manchas negras que opacaban el color plateado original (4.47). Corrió con su mamá para explicarle lo que había suce- dido y entonces le pidió prestados otros aretes, porque los suyos estaban estropeados. Su mamá observó los aretes y con tranquilidad le dijo que ella tenía la solución. Sacó un frasco con líquido “limpiador” de joyería y sumergió los aretes por unos segundos. Poco a poco volvieron a brillar y las partes negras habían desaparecido casi por completo. Claudia estaba sorprendida y, aunque no había entendido del todo lo que acababa de ver, la abrazó dándole las gracias y fnalmente pudieron irse a la ceremonia. ¿De qué manera actuó el limpiador para eliminar las manchas sobre los aretes de plata? 4.47. La plata tiende a mancharse con el tiempo debido a la acción del oxígeno sobre este metal. P r o h i b i d a s u v e n t a 21_SHORCIE1GM.indd 328 06/01/11 13:35 329 Intención pedagógica Recomendaciones procedimentales 5. Revise con sus estudiantes la reacción de oxidación del hierro y guíelos para que identifquen que la molécula de oxígeno es la que se reduce. 6. Pídales que utilicen guantes de hule al realizar la actividad ya que tanto el hipoclorito de sodio como el peróxido de hidrógeno son oxidantes poderosos que dañan la piel. 7. Escriba en el pizarrón las fórmulas del hipoclorito de sodio y del peróxido de hidrógeno y permita que los alumnos planteen libremente su hipótesis sobre la forma en que actuarán estos compuestos. Más adelante tendrán opor- tunidad de contrastarla (página 274 del libro del alumno). 8. Algunos estudiantes consideran que los números de oxi- dación indican siempre la carga de un ión. Oriéntelos para que se percaten de que el número de oxidación es pro- ducto de un acuerdo entre los químicos y que por esto se pueden asignar a los compuestos unidos con enlaces covalentes, en los cuales se comparten electrones y no se forman iones, como en los compuestos iónicos. El experimento con hipoclorito de sodio y peróxido de hidrógeno pretende que los alumnos tengan un primer acerca- miento con una reacción redox en la vida cotidiana. 269 269 269 Desarrollo 4.48. En la reacción de oxidación del cobre, este metal pierde electrones, por lo que se oxida. El oxígeno se reduce‚ pues gana los electrones. Por ejemplo, en la ecuación de oxidación del hierro: 4Fe (s) + 3O 2 (g) 2Fe 2 O 3 (s) hierro oxígeno óxido de hierro(III) El elemento que se oxida es el hierro, pues gana oxígeno, mientras que la molécula de oxígeno (O 2 ) se separa en átomos de oxígeno (pierde oxígeno) que se incorporan al hierro para formar el óxido de hierro(III), Fe 2 O 3 . La molécula de oxígeno se reduce. Estas reacciones se conocen como reacciones de óxido-reducción o reacciones redox y están presentes en nuestra vida diaria, así como en diversos procesos industriales. Identifca junto con tu equipo algunas reacciones redox en el hogar. Para ello, rea- licen lo que se propone. Primero reúnan el material que se indica. 1 lienzo de tela blanca de algodón cortado en cuadros de 10 cm 2 cucharas de plástico 1 tina o cubeta de plástico 2 productos comerciales para desmanchar la ropa, uno que contenga hipoclo- rito de sodio y otro que no contenga “cloro” Manchen cada uno de los cuadros con distintos productos: tinta, café, salsa de tomate, aceite, pintura, pasto, etcétera. Anoten en su cuaderno los ingredientes de cada producto utilizado para desman- char y revisen las indicaciones de uso en las etiquetas. Trabajen de esa manera los cuadros de tela manchados. Observen lo que ocurre y registren sus resultados en un cuadro donde indiquen el tipo de mancha y de qué manera reaccionaron con cada producto comercial. Investiguen la fórmula del hipoclorito de sodio y del peróxido de hidrógeno; luego contesten en el cuaderno. ¿Qué tienen en común estas sustancias? ¿Qué otro nombre recibe el peróxido de hidrógeno y qué relación encuentran entre la fórmula y este nombre? ¿Qué tipo de reacción es característica del elemento en común que identifica- ron en el hipoclorito y el peróxido? ¿Cómo explican los resultados que obtuvieron en su experimento? Comparte tus resultados con el grupo y entre todos propongan una hipótesis sobre la manera en que actúan los blanqueadores. Analicen cómo les puede servir esta información para su anuncio comercial. Número de oxidación y tabla periódica En la actualidad, los conceptos de oxidación y reducción se asocian con la pérdida y ganancia de electrones. Un elemento se oxida cuando pierde o cede electrones, mien- tras que el elemento que los gana es el que se reduce (4.48). Sin embargo, ¿cómo identifcamos el elemento que se oxida y el que se reduce? Los químicos acordaron o convinieron asignar un número de oxidación a cada elemento y se relaciona con la cantidad de electrones que pierde o gana dicho elemento al formar un compuesto. Es importante tener en cuenta que, en los compuestos covalentes, los átomos no ceden ni aceptan electrones, sino que los comparten. En estos casos, el número de oxidación indica la cantidad de ellos que podría ceder o aceptar un elemento. P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas 1. (R. M.) Tanto el hipoclorito de sodio (NaClO) como el peróxido de hidrógeno (H 2 O 2 ) tienen oxígeno. Agua oxigenada. El nombre de peróxido se debe a que contiene un oxígeno más que el agua. La oxidación. El hipoclorito de sodio y el peróxido de hidrógeno oxidan las sustancias que provocan las manchas. 1) 21_SHORCIE1GM.indd 329 06/01/11 13:35 330 Recomendaciones procedimentales 9. Pida a los alumnos que analicen la recta numérica de la fg. 4.49 y que comenten cómo la interpretan. Guíelos para que identifquen que al desplazarse hacia la derecha, cada núme- ro consecutivo representa la pérdida de un electrón, mientras que al hacerlo hacia la izquierda se representa la ganancia del mismo. En algunos casos se crea confusión en los alum- nos pues asocian la palabra “reducción” con “pérdida” y consideran, de forma errónea, que se pierden electrones. 10. Oriéntelos para que se percaten de que cuando un ele- mento pierde electrones, su número de oxidación (Nox) aumenta, y cuando gana electrones, disminuye. 11. Analice con ellos la tabla periódica de la fg. 4.50 y cues- tiónelos sobre los datos que se incluyen: grupo o familia, periodo, número atómico y número de oxidación para los grupos representativos (1, 2 y 13 a 18). Coménteles que los números de oxidación de los elementos de los grupos 3 a 12 no pueden predecirse de acuerdo con su ubicación en la tabla periódica pues no presentan una regularidad en la ganancia o pérdida de electrones cuando forman compuestos. Sugerencia de contenido Si desea conocer el desarrollo histórico de los conceptos de valencia, número de oxidación y reacción redox, puede con- sultar el artículo Valencia y números de oxidación en: www.cneq.unam.mx/cursos_diplomados/ diplomados/medio_superior/ens_3/8_ma- terial_didactico/mat_didac_quimica/ IONICO_O_CAVALENTE.pdf 270 Desarrollo 4.49. Los valores en la recta corresponden a los números de oxidación. 4.50. Números de oxidación más frecuentes de algunos elementos químicos. 3- 2- 1- 0 1+ 2+ 3+ 4+ Oxidación Pérdida de electrones Ganancia de electrones Reducción El número de oxidación se acompaña de un signo positivo o negativo. Por ejemplo, el número de oxidación del hidrógeno es 1+, que indica que ha perdido un electrón. En el caso del oxígeno, su número de oxidación es 2–, lo cual señala que perdió dos electrones. Cuando un elemento se reduce, gana electrones y su número de oxida- ción disminuye. Si el elemento se oxida, pierde electrones y aumenta su número de oxidación (4.49). Ahora bien, ¿cómo identifcamos el número de oxidación de un elemento? El lugar que ocupan los elementos en la tabla periódica nos permite identifcar los números de oxidación más frecuentes de algunos de ellos, como se muestra en la fgura 4.50. Como puedes observar, el número de oxidación de los elementos de los grupos 1 y 2 corresponde al número de grupo con signo positivo. Esto corresponde a la cantidad de electrones que ceden y a la carga de los iones que forman; los del grupo 1 pierden un electrón y los elementos del grupo 2, dos electrones. Los elementos del grupo 17 forman iones con carga 1–, ya que sólo necesitan un electrón para completar su capa de valencia con ocho electrones. Su número de oxidación es 1–. Sin embargo, algunos elementos pueden tener más de un número de oxidación, lo que signifca que pueden formar compuestos en los que intercambian o comparten dife- rente cantidad de electrones. Por ejemplo, el nitrógeno puede tener como números de oxidación 3–, 1+, 2+, 3+, 4+ y 5+. Para asignar los números de oxidación (Nox) se establecieron reglas sencillas que se aprenden con la práctica: 1. El número de oxidación de cualquier elemento sin combinar (cuando no está for- mando algún compuesto) es cero. Esto es válido sin importar su estado de agre- gación, si se encuentra como átomo o como molécula. Por ejemplo, los átomos de metales como el cobre (Cu), el zinc (Zn) y el hierro (Fe), así como las moléculas de elementos gaseosos como el hidrógeno (H 2 ), el oxígeno (O 2 ) y el nitrógeno (N 2 ) tienen número de oxidación cero. 2. El número de oxidación del hidrógeno cuando forma compuestos es 1+, pues sólo puede perder su único electrón de valencia. Sin embargo, cuando está unido a un metal, su número de oxidación es 1–, ya que se considera que gana un electrón. Estos compuestos se conocen como hidruros metálicos. Por ejemplo, el hidruro de sodio (NaH). 3. El oxígeno tiene como número de oxidación 2–, lo que signifca que recibe o gana dos electrones, excepto cuando forma peróxidos, como en el agua oxigenada o peróxido de hidrógeno, en los cuales su Nox es 1–. 1 2 3 4 5 6 7 3 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1+ 1 1+ 3 1+ 11 1+ 19 1+ 37 1+ 55 1+ 87 1 0 1 10 18 36 54 86 4 2+ 12 2+ 20 2+ 38 2+ 56 2+ 88 21 39 71 103 22 40 72 104 23 41 73 105 24 42 74 106 25 43 75 107 26 44 76 108 27 45 77 109 28 46 78 110 29 47 79 111 30 48 80 112 2+ 5 3+ 13 3+ 31 3+ 49 3+ 81 3+ 6 14 32 50 82 4+ 7 15 33 51 83 3– 8 16 34 52 84 2– 9 1– 17 1– 35 1– 53 1– 85 1– P r o h i b i d a s u v e n t a 21_SHORCIE1GM.indd 330 06/01/11 13:35 331 Recomendaciones procedimentales 12. Solicíteles analizar las reglas para asignar los números de oxidación e invite al grupo a elaborar un cuadro de dos entradas en una hoja de rotafolios, en el cual resuman la regla y anoten un ejemplo. Pegue la hoja en un lugar donde puedan verla mientras se familiarizan con dichas reglas. 13. Invítelos a contestar de manera individual las activida- des del recurso digital REACCIONES DE OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN, incluido en el CD. Déles tiempo de contestar en su cuaderno y revise con el grupo las respuestas. De esta manera practicarán la asignación de los números de oxidación de los elementos en diferentes compuestos. 14. Si es necesario, apóyelos para identifcar la diferencia entre número de oxidación y valencia. 15. Oriéntelos para que se percaten que las reacciones re- dox se caracterizan por la transferencia de electrones de un átomo o un ion a otro, así como que al comparar los números de oxidación de los elementos antes y después de que ocurre la reacción se puede identifcar el elemento que se reduce (gana electrones) y el que se oxida (pierde electrones). 16. Enfatice la importancia de que las ecuaciones químicas estén balanceadas. Desarrollo 271 4. El número de oxidación de un ion es igual a su carga. Por ejemplo, el Nox del ion sodio (Na 1+ ) es 1+ y el del ion cloruro (Cl 1– ) es 1–. 5. En un compuesto, la suma de los números de oxida- ción de los elementos que lo forman debe ser siem- pre cero. Para ello debe tenerse en cuenta que el Nox considera sólo a uno de los átomos o iones que for- man el compuesto, por lo que, si existen más, debe multiplicarse su cantidad por el número de oxidación. Por ejemplo, en el agua el número de oxidación del hidrógeno es 1+ y el del oxígeno es 2–. Como existen dos hidrógenos, se multiplica 2 × (1+) = 2+. La suma de 2+ del hidrógeno y el 2– del oxíge- no es igual a cero. 6. Los números de oxidación de elementos distintos del hidrógeno y del oxígeno se pueden calcular de tal modo que la suma total para el compuesto sea cero. Por ejemplo, para el ácido nítrico, HNO 3 , sabemos que el Nox del hidrógeno es 1+ y el del oxígeno es 2–. Con base en estos números, se calcula el núme- ro de oxidación del nitrógeno. Este compuesto está formado por 1 átomo de hidrógeno, 1 de nitrógeno y 3 de oxí- geno. Por tanto, debemos multiplicar el número de oxidación del oxígeno por 3. Para que la suma de los números positivos y negativos sea cero, el número de oxidación del nitrógeno debe ser 5+. Con base en las reglas anteriores, identifca el número de oxidación de los elemen- tos en los compuestos y contesta en el cuaderno. HCl Fe 2 O 3 H 2 SO 4 ¿Cuál elemento se oxida y cuál se reduce? ¿Cómo compruebas que tu asignación de números de oxidación es correcta? ¿Qué indica un número de oxidación positivo? ¿Y uno negativo? Compara tus respuestas y resultados con los del grupo y reflexionen sobre la dife- rencia entre el número de oxidación y la valencia. Con los números de oxidación se identifcan los elementos que se oxidan y los que se reducen en una reacción química. Para ello, debes partir de las ecuaciones químicas balanceadas y asignar los números de oxidación a cada elemento. Una reacción redox es la que ocurre cuando los metales reaccionan con los ácidos y se forman una sal e hidrógeno gaseoso. Por ejemplo, el zinc con el ácido clorhídrico: 0 1+ 1– 2+ 1– 0 Zn (s) + 2HCl (ac) ZnCl 2 (ac) + H 2 (g) Zinc ácido clorhídrico cloruro de zinc hidrógeno Primero, se identifcan los elementos que cambian su número de oxidación, en este caso el zinc y el hidrógeno. 1 + 2– H 2 O Agua 1 + ?2– HNO 3 1 + ? 6– 1 + ? 2– HNO 3 2 + 2– = 0 2(1+)2– H 2 O Agua (2+) + (2–) = 0 H 2 O Agua 1 + 5 + 6– = 0 HNO 3 P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas 2. (R. M.) 1+ 1- = 0 H Cl Oxida Reduce 6+ 6- = 0 3+ 2- Fe2 O3 Oxida Reduce 2+ 6+ 8- = 0 1+ 6+ 2- H2 S O4 Oxida Oxida Reduce Porque la suma de los números de oxi- dación en el compuesto es cero. El Nox positivo indica que el elemento pierde electrones; el negativo, que los gana. El Nox indica los electrones que pierde o gana el átomo de un elemento durante una reacción química, o los que podría perder o ganar. El número va acompa- ñado de un signo positivo o negativo. La valencia se relaciona con el número de enlaces que puede formar el átomo de un elemento, y se representa con un número sin signo. 2) 21_SHORCIE1GM.indd 331 06/01/11 13:35 332 Recomendaciones procedimentales 17. Cuestione a los estudiantes sobre la utilidad de escribir las ecuaciones de las semirreacciones y guíelos para que se percaten de la ayuda que brindan para identifcar la cantidad de electrones “transferidos”. 18. Escriba en el pizarrón una recta numérica como la de la fg. 4.49 (página 270 del libro del alumno) para facilitar que los alumnos identifquen la cantidad de electrones ganados o perdidos en cada ecuación de semirreacción. 19. Hágales notar la importancia de considerar los coefcien- tes de las ecuaciones balanceadas y de asegurarse que la cantidad de electrones “cedidos” en una de las semi- rreacciones sea igual a la de los “ganados” en la otra. Póngales ejercicios con otras ecuaciones químicas y pí- dales que identifquen los elementos que se oxidan y los que se reducen, y que escriban las ecuaciones de las semirreacciones. 20. Para revisar las reacciones redox en la vida cotidiana y en la industria en el tiempo asignado a esta secuencia, puede organizar equipos de tal forma que, de tarea, cada uno de ellos revise una reacción redox y exponga al día siguien- te, en 7 minutos, lo revisado ante el grupo. Sugerencia de contenido Para conocer sobre la evolución de la at- mósfera puede consultar: Garritz A. y J. A. Chamizo. Tú y la quími- ca. Pearson Educación. México, 2001. Desarrollo 272 A continuación, se escribe una “semirreacción” para cada elemento y los electrones “transferidos” (4.51). Para el zinc, el cambio del número de oxidación de 0 a 2+ indi- ca que cada átomo perdió dos electrones: 0 2+ Zn – 2 e– Zn Se procede igual para el hidrógeno, que cambia su número de oxidación de 1+ a 0, lo que indica que ganó un electrón: 1+ 0 H + 1 e– H 2 Puesto que el zinc pierde electrones, es el elemento que se oxida, mientras que el hidrógeno se reduce, ya que los gana. Sin embargo, el zinc perdió dos electrones y el hidrógeno sólo ganó uno. ¿Dónde quedó el otro electrón? Si revisas la ecuación balanceada, intervienen dos átomos de hidrógeno, por lo que cada uno de ellos ganó un electrón y en total son dos: 1+ 0 2H + 2 e– H 2 ¿Qué es una reacción redox? ¿Qué es el número de oxidación? ¿Cuál es su utilidad? ¿Cuáles son las reglas para determinar el número de oxidación de los compuestos? ¿Has tomado nota de la información que consideres importante para el anuncio comercial? ¿Qué criterios has empleado para elegirla? Las reacciones redox en la vida cotidiana Como mencionamos antes, las reacciones de óxido-reducción ocurren con mucha frecuencia en nuestra vida cotidiana y se utilizan en diversos procesos industriales. La presencia del oxígeno en la atmósfera favorece que ocurran diversas reacciones redox en nuestro planeta. Sin embargo, la atmósfera inicial de la Tierra no contenía oxígeno sino los gases helio e hidrógeno. Fue hasta muchos años después de la aparición de los primeros seres vivos fotosin- téticos cuando la atmósfera se enriqueció con este elemento. El oxígeno es indispen- sable para que se realice la respiración aeróbica, un proceso fundamental para la existencia de la vida en nuestro planeta. La respiración El proceso de respiración involucra una gran variedad de reacciones químicas catali- zadas por enzimas, cuyo propósito principal es obtener energía a partir de la glucosa. Se trata de un proceso aeróbico, es decir, que requiere oxígeno (4.52). De manera muy simplifcada, se pueden considerar tres etapas durante la respiración. 4.51. Cuando se introducen granallas de zinc en una solución de ácido clorhídrico, se observa la disolución de las granallas y el desprendimiento de hidrógeno. 4.52. La respiración celular ocurre en las mitocondrias. C 6 H 12 O 6 +6O 2 6CO 2 +6H 2 O+energía (ATP) P r o h i b i d a s u v e n t a 21_SHORCIE1GM.indd 332 06/01/11 13:35 333 Recomendaciones procedimentales 21. Comente a los alumnos que tanto la respiración como la fotosíntesis involucran diversas reacciones químicas complejas y que no es propósito de este curso revisarlas. Pregúnteles para qué se utiliza en el organismo humano la energía almacenada en las moléculas de ATP. Guíelos para que identifquen aspectos como los siguientes: mantener la temperatura corporal, sintetizar biomoléculas (carbo- hidratos, lípidos, proteínas, hormonas, ácidos nucleicos, etc.), en la contracción muscular y para conducir impulsos nerviosos. 22. Pídales que revisen las fguras 4.52 y 4.53 para facilitar la identifcación de las semejanzas y diferencias entre la foto- síntesis y la respiración. Hágales notar que estos cambios sólo ocurren dentro de los cloroplastos y las mitocondrias respectivamente. 23. Oriéntelos para que concluyan que la energía que pro- viene del Sol es captada por los organismos fotosintéticos autótrofos (plantas, algunas algas y ciertas bacterias) para fabricar sus tejidos en los cuales la energía se almacena como energía química. Los animales y los seres humanos nos alimentamos de ellos y utilizamos la energía para di- versas funciones. Desarrollo 273 En la primera etapa de la respiración, la glucosa se rompe y se forman dos moléculas de un compuesto formado por tres átomos de carbono. En la segunda, estos compuestos se oxidan y se forman 6 moléculas de dióxido de carbono, CO2. En la tercera, ocurren varias reacciones redox, en las cuales se transferen electrones de una sustancia a otra hasta que fnalmente son captados por el oxígeno del aire que inhalamos. Este elemen- to reacciona con hidrógeno y se forma agua. La energía producida durante las reacciones anteriores (la mayor cantidad durante la tercera etapa) se almacena en los enlaces de una sustancia llamada adenosín tri- fosfato, más conocida como ATP. Esta energía está disponible para usarse en varios procesos del organismo. La ecuación que resume los cambios que ocurren durante la respiración es: C6H12O6 (s) + 6O2 (g) 6CO2 (g) + 6H2O (l) + energía Glucosa oxígeno dióxido de carbono agua La respiración consiste en la oxidación lenta y controlada de sustancias, como los carbohidratos, mediante la cual los seres vivos obtenemos la energía requerida para el adecuado funcionamiento de nuestro organismo. La fotosíntesis Los organismos fotosintéticos como las plantas, así como algunas bacterias y algas, captan la luz solar para transformar el dióxido de carbono (CO2) y el agua (H2O) en alimentos, como la glucosa (C6H12O6), y oxígeno (O2), que se libera a la atmósfera (4.53). Pero es poco probable que conozcas que se trata de una reacción redox. Las moléculas de clorofla, el pigmento verde contenido en los cloroplastos, captan la luz solar, liberan electrones y separan el agua en los elementos que la forman, con lo que inicia el proceso de fotosíntesis, durante el cual se realizan diversas reacciones de óxido-reducción de algunas sustancias catalizadas por enzimas, pero puede repre- sentarse de manera simplifcada mediante esta ecuación química: Luz solar 6CO2 (g) + 6H2O (l) C6H12O6 (s) + 6O2 (g) Dióxido de carbono agua glucosa oxígeno Durante la fotosíntesis, el carbono del dióxido de carbono es el elemento que se redu- ce. Por esto se dice que la fotosíntesis tiene características reductoras. Identifca el elemento que se oxida si consideras sólo la ecuación anterior como representativa de la fotosíntesis. Luego, contesta en tu cuaderno. ¿Qué semejanzas y diferencias observas en las ecuaciones de la respiración y de la fotosíntesis? ¿Cuáles entre la respiración y la quema de combustibles fósiles como el carbón y los derivados del petróleo? ¿Cuál de estas reacciones es exotérmica? ¿Cuál endotérmica? 4.53. Durante la fotosíntesis la energía luminosa se transforma en energía química que se almacena en compuestos como la glucosa. Comenta con el grupo por qué la fotosíntesis se considera el proceso de entrada de energía para la vida en nuestro planeta. Elaboren un diagrama de la relación entre la fotosíntesis y la respiración e inclú- yanlo en su anuncio. P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas 3. (R. M.) En ambos procesos intervienen las mismas sustancias pero los reactivos de la respiración (glucosa y oxígeno) son los productos de la fotosíntesis, mientras que los reactivos de la foto- síntesis (dióxido de carbono y agua) son los productos de la respiración. Durante la respiración se libera energía y la fotosíntesis requiere de la luz solar para llevarse a cabo. En la respiración y en la combustión se obtienen dióxido de carbono y agua como productos. Sin embargo, en la combus- tión se libera energía en forma de luz y calor. La energía liberada durante la fotosíntesis se almacena en los enlaces de ATP. La respiración y la combustión son exotérmicas. La fotosíntesis en endotérmica. 3) 21_SHORCIE1GM.indd 333 06/01/11 13:35 334 Recomendaciones procedimentales 24. Hágales notar que los iones hipoclorito (ClO – ) y perhidroxilo (HOO – ) son los que proporcionan el oxígeno que se requie- re para producir la decoloración de las manchas. 25. Puede comentarles que los iones hipoclorito oxidan compues- tos importantes como la membrana de las bacterias, que existen en algunos microorganismos, ocasionando su muerte. 26. El ácido clorhídrico se forma cuando el ion hipoclorito reac- ciona con iones H + , mientras que el ion perhidroxilo produce agua. En ambas reacciones se forman radicales libres de oxígeno que son los que oxidan los compuestos coloridos: ClO – + H + → HCl + O HOO – + H + → H 2 O + O 27. Pídales que contrasten las hipótesis que plantearon en el experimento de la página 269 sobre la forma en que ac- túan el hipoclorito de sodio y el agua oxigenada. Guíelos para que identifquen que las manchas no se remueven sino que las sustancias coloridas reaccionan con el oxíge- no y se forman compuestos oxidados incoloros. Sugerencia de contenido El color se relaciona con la capacidad de una sustancia para absorber radiaciones electromagnéticas de longitudes de onda específcas, así como para refejar otras. Las moléculas de los compuestos respon- sables de las manchas tienen una estruc- tura tal que podemos percibir un color determinado. Cuando estos compuestos reaccionan con el oxígeno, cambian su estructura y se forman sustancias inco- loras. El hipoclorito de sodio es un compuesto irritante y corrosivo de las membranas de las vías respiratorias superiores, ojos y piel. No deben mezclarse con otros limpiado- res ya que se generan gases tóxicos al entrar en contacto con ácidos, aminas y amoniaco. Desarrollo 274 Los blanqueadores Es probable que en tu casa utilicen algún producto de este tipo para desmanchar la ropa cuando se lava y no es posible hacerlo sólo con jabones o detergentes. Los productos comerciales blanqueadores de uso más común son disoluciones acuo- sas de hipoclorito de sodio, NaClO (4.54). En contacto con el agua, este compuesto se separa en iones sodio e hipoclorito, como se muestra en la reacción. H2O NaClO (s) ClO – + Na + (ac) Dióxido de carbono Ion hipoclorito Ion sodio El oxígeno del ion hipoclorito reacciona con las sustancias coloridas de la mancha y se forman productos oxidados incoloros. El hipoclorito de sodio mata los microorganis- mos, por lo que también se utiliza para purifcar el agua y hacerla potable. Otros productos blanqueadores no contienen hipoclorito de sodio, sino peróxido de hidrógeno o agua oxigenada (H2O2), que proporciona el oxígeno que reacciona con las sustancias coloridas y causa su decoloración (4.55). Una desventaja de los productos elaborados con hipoclorito es que, durante las reac- ciones, se forma ácido clorhídrico, lo que no ocurre con el agua oxigenada. En ambos casos, se recomienda usar guantes de hule para manipularlos. Las disoluciones de peróxido de hidrógeno con una concentración de 3% en agua se utilizan como antisépticos en heridas leves de la piel. En nuestras células existe la enzima catalasa, que descompone este compuesto en agua y oxígeno: H2O2 (ac) H2O (l) + O2 (g) Peróxido de hidrógeno agua oxígeno Este gas es el responsable de las burbujas que se forman cuando se pone el agua oxigenada sobre una herida. Mu- chas de las bacterias patógenas son anaerobias (no pueden vivir en presencia de oxígeno) y mueren. Sin embargo, algunas investigaciones han mostrado que el peróxido de hidrógeno daña las células, por lo que no se recomienda su uso como antiséptico. El peróxido de hidrógeno también forma parte de algunos pro- ductos que se usan para decolorar el cabello y desmanchar las telas. En concentraciones al 30%, el peróxido de hidrógeno se utiliza en la industria para blanquear telas y pulpa de papel y al 90%, como combustible para cohetes. 4.54. Los blanqueadores no quitan las manchas, sólo las decoloran. 4.55. La luz y las pequeñas cantidades de metales en envases de vidrio causan la descomposición del agua oxigenada en agua y oxígeno, por lo que ésta se guarda en recipientes opacos de plástico. P r o h i b i d a s u v e n t a 21_SHORCIE1GM.indd 334 06/01/11 13:35 335 Recomendaciones procedimentales 28. Pregunte a los estudiantes cuál es la diferencia entre los iones Fe 2+ y Fe 3+ . Pídales que escriban una ecuación quí- mica que represente la transformación de Fe 2+ y Fe 3+ y guíelos para que identifquen que este último tiene un electrón menos por lo que constituye a la forma oxidada del ion. 29. Coménteles que en la industria, el proceso de oscureci- miento de la carne debido a la oxidación del hierro se evita con el uso de agentes reductores, como el gas CO. 30. Promueva la refexión sobre la tendencia que tienen los metales de perder o ceder electrones, lo que signifca que se oxidan. Por lo mismo, están en forma de cationes (iones con carga positiva) en los minerales y para separarlos se someten a procesos que involucran su reducción. 31. El interactivo “Números de oxidación” que se menciona en el apartado Espacio tecnológico incluye animaciones sobre re- acciones redox que ocurren en celdas electrolíticas para que los alumnos identifiquen cuáles son los elementos que se oxidan y cuáles los que se reducen. Al pulsar en el botón “i” se despliega información que describe el fun- cionamiento del recurso, así como algunas sugerencias didácticas. Sugerencia de contenido La obtención de los metales a partir de los minerales involucra varios pasos: 1. Obtención de la mena a partir de ya- cimientos minerales. 2. Preparación de la mena por separa- ción de otros componentes (llamados ganga). 3. Obtención del metal (por reducción química). 4. Purifcación del metal. Desarrollo 275 4.56. El color oscuro de la carne no necesariamente indica que está descompuesta por la proliferación de microorganismos. C3-Sec-293-275 Fotografía de dos trozos de carne, uno fresco y otro con color oscuro. Visita la dirección www.telesecundaria.dgme.sep.gob.mx/buscador/ bsc.php# Selecciona la asignatura “Química” y el recur- so “interactivo” en las tres ventanas pequeñas del buscador. Oprime “buscar”. Después localiza el recurso interactivo titulado “Números de oxi- dación”. Entra en el recurso y realiza las activida- des que se proponen. Oprime los botones dorados en los cuales se modelan los cambios que ocurren en el nivel atómico. También, con ayuda de tu profesor, busca en la videoteca de tu escuela el video Los metales, de la colección El mundo de la química, vol. 10, y exhíbanlo en el grupo. Compara lo anterior con la hipótesis que planeaste al fnal del experimento con los blanqueadores. Luego, discute con tu equipo y anoten su conclusión en el cuaderno. ¿Por qué la ropa se deteriora más con el uso frecuente de blanqueadores que contienen hipoclorito de sodio que con los de agua oxigenada? Consideren esta respuesta para la explicación de su anuncio comercial. El oscurecimiento de la carne En el subtema 1.1. El cambio químico, del Bloque 3 de este libro, identifcaste que el oscurecimiento de la carne, cuando se cuece, es un cambio químico. Ahora debes saber que en este proceso están involucradas reacciones redox. En los músculos de los organismos existe una proteína, la mioglobina, encargada de transportar y almacenar oxígeno en este tejido. Esta proteína tiene en su estructura iones Fe 2+ , que le proporcionan a los músculos su color rojo vivo característico. Los iones Fe 2+ pueden captar oxígeno y se forma la oximioglobina, que tiene una co- loración rojo cereza, como la que se observa en la superfcie de la carne fresca y que suele ser muy atractiva para el consumidor. Cuando el tiempo de exposición al oxígeno es mayor, como en la superfcie de la carne, los iones de hierro se oxidan y se forman iones Fe 3+ , dando lugar a la meta- mioglobina, que tiene el color marrón oscuro o verdoso que suele presentar la carne empaquetada (4.56). Durante el cocimiento, también ocurre una reacción redox causada por la desna- turalización de la mioglobina. El cambio en la estructura de la proteína favorece la oxidación de los iones Fe 2+ a Fe 3+ , por lo que la carne cocida adquiere su color marrón característico. Las reacciones redox en la industria El uso de algunos materiales a lo largo de la historia de la humanidad ha sido tan importante que algunas de sus etapas de desarrollo llevan su nombre, por ejemplo, la Edad de Bronce y la Edad de Hierro. Uno de los principales problemas que enfrenta el ser humano es que son pocos los metales que se presentan como elementos en la Naturaleza; sólo es posible encontrar libres algunos de ellos, como el oro, la plata, el platino, el rutenio, el rodio, el osmio, el paladio y el iridio. Los demás elementos deben obtenerse a partir de compuestos conoci- dos como minerales y óxidos. La ciencia que estudia la obtención de los metales a partir de los minerales, así como la comprensión y modifcación de sus propiedades, es la metalurgia y, si se trata del hierro, se conoce como siderurgia. En los procesos de obtención y aprovechamiento de los metales, se llevan a cabo diversas reacciones redox. P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas (R. M.) 4. Cuando se utiliza hipoclorito de sodio se forma ácido clorhídrico como producto. Este compuesto es corrosivo y por eso deteriora la ropa. Al usar el peróxido de hidrógeno no se forma ácido clorhídrico. 4) 21_SHORCIE1GM.indd 335 06/01/11 13:35 336 Recomendaciones procedimentales 32. Antes de realizar el experimento, pregunte a sus alumnos qué tipo de compuesto se forma cuando la plata se os- curece y pídales que escriban la fórmula del compuesto. Es probable que la mayoría considere que se forma óxido de plata Ag 2 O por la reacción entre el oxígeno del aire y el metal. Guíelos para que identifquen que el oscurecimiento se debe a la formación de Ag 2 S. 33. Le sugerimos realizar el experimento a manera de expe- riencia de cátedra pero debe hacerlo en un lugar ventilado, de preferencia al aire libre, debido al olor desagradable del sulfuro de aluminio, similar al del huevo podrido. 34. Promueva que determinen el número de oxidación de cada elemento en la ecuación: 1+ 2– 0 0 3+ 2– 3Ag2S(s) + 2Al (s) → 6Ag (s) + Al2S3(g) Desarrollo 276 Con la fnalidad de que identifquen una reacción redox que involucra metales, junto con tu equipo consigan estos materiales. 200 mL de agua 2 cucharadas de bicarbonato de sodio 1 pocillo de 500 mL de capacidad 1 objeto de plata pequeño que esté oscurecido (un arete o un anillo) y que no tenga incrustaciones de piedra o de plástico 1 charola de aluminio Después, realicen el procedimiento que se propone. Coloquen el agua en el pocillo y disuelvan el bicarbonato. Con precaución, calien- ten la mezcla a ebullición y retírenla de la fuente de calor. Coloquen el objeto de plata en la charola y viertan con cuidado la disolución de bicarbonato de tal modo que cubra el objeto. Esperen a que ocurra algún cambio y registren sus resultados en el cuaderno. Para analizar sus resultados, consideren la ecuación mostrada en seguida y que representa la reacción que se llevó a cabo. 3Ag2S (s) + 2Al (s) 6Ag (s) + Al2S3 (s) Sulfuro de plata aluminio plata sulfuro de aluminio Analicen las preguntas y escriban sus respuestas en el cuaderno. ¿Qué compuesto es el responsable del oscurecimiento de la plata? ¿Qué tipo de reacción ocurrió? ¿Cómo lo saben? ¿Qué le dirías a una persona que argumenta que la plata se oscurece porque forma un óxido? Comenten sus respuestas con el grupo y refexionen sobre la ventaja de este méto- do sobre los productos abrasivos en los que hay que tallar el material. Consideren sus reflexiones para su anuncio comercial. La fabricación de acero El acero es una aleación que combina la resistencia y la facilidad de ser trabajado, lo que lo hace muy útil para la fabricación de diversos objetos como engranes, cha- sis de automóviles, puentes, barcos, aviones, utensilios de cocina, tuberías, instrumentos y equipos quirúrgicos, prótesis de huesos, etcétera. El acero es una aleación, principalmente de los elemen- tos hierro y carbono. Si se añaden otros elementos como cromo o níquel, se obtienen aceros de diferentes propie- dades y calidades (4.57). El primer paso en la fabricación de acero es la obtención del hierro a partir de sus minerales como la hematita, constituida principalmente por óxido de hierro(III), Fe2O3. Este mineral se quema en altos hornos (véanse Datos a la mano de la página siguiente) en presencia de coque (un mineral rico en carbono) y piedra caliza o carbonato de calcio CaCO3. 4.57. El acero inoxidable, además de hierro, contiene menos de 1% de carbono, de 15 a 20% de cromo y alrededor de 10% de níquel. P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas 5. (R. M.) El sulfuro de plata Ag 2 S. Se llevó a cabo una reacción redox, porque la plata cambió su número de oxidación de 1 + a 0 lo que signifca que ganó electrones y se redujo. El aluminio se oxidó pues cambió su número de oxidación de 0 a 3 + , lo que indica que perdió electrones. Explicaría que el oscurecimiento de la plata se debe a la reacción entre este metal con el azufre y no con el oxígeno, por lo tanto no se forma un óxido. 5) 21_SHORCIE1GM.indd 336 06/01/11 13:35 337 Recomendaciones procedimentales 35. Pregúnteles la diferencia entre la obtención de ener- gía eléctrica en sus hogares y la de las pilas y baterías. Oriéntelos para que identifquen que en el primer caso, en general, se produce por el movimiento de turbinas que convierten la energía mecánica en eléctrica mien- tras que en las pilas y baterías se produce por reaccio- nes químicas. Desarrollo 277 Los altos hornos tie- nen un diámetro mayor que 8 m y una altura superior a 60 m. Pue- den producir entre 800 y 1 600 toneladas de arrabio (hierro con car- bono y azufre) cada 24 hora. Para produci r 1 000 toneladas de arrabio, se necesitan alrededor de 2 000 toneladas de mineral de hierro, 800 toneladas de coque, 500 toneladas de piedra caliza y 4 000 toneladas de aire caliente. El coque se utiliza como combustible para alcanzar la temperatura necesaria para fundir el mineral y obtener monóxido de carbono, CO. El carbonato de calcio se emplea como fuente adicional de monóxido de carbo- no. En este proceso ocurren varias reacciones, pero las principales son estas: Energía calorífca 2C (s) + O2 (g) 2CO (g) + calor Carbono oxígeno monóxido de carbono El CO se utiliza para reducir la hematita y obtener el metal: Fe2O3 (s) + 3CO (g) 2Fe (l) + 3CO2 (g) Óxido de hierro(III) monóxido de carbono hierro dióxido de carbono El hierro fundido que se obtiene está mezclado con carbono y azufre, los cuales deben separarse antes de emplearlo para la fabricación de acero. En la refnación de otros metales, es decir, su obtención a partir de mi- nerales u óxidos, se emplean otras reacciones redox. Identifca en las ecuaciones de obtención del hierro los elementos que se oxidan y los que se reducen. Comparte tu respuesta con tu grupo. Lee, investiga en varias fuentes y contesta en tu cuaderno. El aluminio es el metal más abundante en la corteza terrestre, pero es un elemento muy reactivo, por lo que se encuentra en la Naturaleza en forma de compuestos. Esta propiedad causa que se oxide rápidamente en contacto con el aire. ¿Por qué el aluminio se utiliza para elaborar muchos objetos de uso cotidiano a pesar de que se oxida con facilidad? ¿A partir de qué mineral se obtiene el aluminio? ¿Qué reacción ocurre? ¿Por qué es uno de los materiales que más se recicla en el mundo a pesar de su abundancia en nuestro planeta? Las pilas y baterías Las reacciones redox pueden utilizarse para generar energía eléctrica. El objetivo es aprovechar los electrones que se transferen durante la reacción a lo largo de un cir- cuito eléctrico, lo cual produce una corriente eléctrica que puede usarse para hacer funcionar algún dispositivo como un foco o un motor. Estos circuitos se llaman celdas voltaicas (4.58). Las baterías son celdas voltaicas comerciales y existen de muchos tipos, por lo que las reacciones redox son muy variadas. Uno de los principales problemas de estos productos es que, al desecharlas, contaminan el ambiente, por lo que debemos con- tribuir a su uso racional y reciclaje. De preferencia, utiliza baterías recargables. 4.58. Las celdas voltaicas o galvánicas producen electrones, debido al reactivo que se oxida y se transfere a lo largo del circuito eléctrico hacia el otro reactivo, que se reduce. Corrientes de electrones Puente salino e – Cl– K+ e – Tira de cobre (ánodo) Sulfato de cobre Tira de zinc (cátodo) Ácido sulfúrico P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas (R. M.) 6. 0 0 2+ 2– 2C (s) + O2 (g) → 2CO (g) + calor 3+ 2– 2+ 2– 0 4+ 2– Fe2O3 (s) + 3CO (g) → 2Fe (I) + 3CO2 (g) 7. Porque el óxido de aluminio que se forma en la superfcie crea una capa protectora que evita que se continúe oxidando el material. Se obtiene a partir del óxido de aluminio Al 2 O 3 . Ocurre una reacción redox en la cual el aluminio se reduce, ya que su Nox cambia de + 3 a 0 lo que signifca que ganó electrones. El carbono se oxida pues su Nox cambia de 0 a 4 + , lo que indica que perdió electrones. Energía eléctrica 2AI2O3 (S) + 3C (S) → 4AI (I) + 3CO2 (g) Óxido de aluminio carbono aluminio dióxido de carbono El proceso de obtención de aluminio a partir de óxido de aluminio es cos- toso ya que involucra reacciones con diferentes reactivos y una electrólisis. El proceso de reciclado de este metal requiere menor gasto de energía y se ahorra el costo de los reactivos para tratar el óxido de aluminio. 6) 7) 22_SHORCIE1GM.indd 337 06/01/11 13:35 338 Recomendaciones procedimentales 36. Invite a los alumnos a analizar el diagrama de la electróli- sis del agua y pídales que escriban la ecuación balancea- da de la reacción e identifquen tanto el elemento que se oxida como el que se reduce: 1+ 2– Electricidad 0 0 2 H2O (l) → 2 H2 (g) + O2 (g) 37. Puede comentarles que el plateado o el dorado de algu- nas piezas de joyería (es probable que lo conozcan como “chapa” de oro o de plata) involucra una reacción redox. Para ello se utiliza celda electrolítica en la cual el cátodo es la pieza que se desea recubrir y se sumerge en un electrolito que contiene los iones del metal de recubri- miento (por ejemplo, iones de plata o de oro). Cuando circula la corriente eléctrica, los iones metálicos se diri- gen al cátodo y se reducen, por lo que se forma una capa delgada del metal de recubrimiento. Apoye la explicación con un diagrama. 38. Pídales que investiguen lo que se propone en el apartado Tareas y revise con el grupo los resultados de su trabajo. Deles tiempo para contestar el apartado ¿Cómo vamos? Sugerencia de contenido Si desea conocer más sobre los calenta- dores sin fama puede consultar: Catalá, Rosa. La verdadera comida rápi- da, Revista ¿Cómo ves?, No. 47, Octubre 2002. Desarrollo 278 Electrólisis En este tipo de procesos se utiliza energía eléctrica para efectuar una reacción de óxido-reducción que no ocu- rre de manera espontánea. Un ejemplo es la separa- ción del agua en los elementos que la forman, al hacer pasar energía eléctrica por el líquido que contiene un electrolito, como el sulfato de sodio Na2SO4 (4.59). La electrólisis se utiliza en diversos procesos, como la obtención de metales a partir de los minerales, el recu- brimiento de un metal con otro (como el galvanizado que contribuye a prevenir la corrosión), en la purifca- ción de agua contaminada y en la fabricación de discos compactos (4.60). La electrólisis se utiliza también para recuperar los metales en disoluciones que se han usado, por ejemplo, durante los procesos de recubrimiento de metales. Así, se evita que contaminen el ambiente. Lee y realiza lo que se indica. Los “calentadores sin fama” son dispositivos con los cuales se calientan racio- nes de comida. En un principio se desarrollaron para los soldados en combate. Investiga en diferentes fuentes de información, como enciclopedias e In- ternet, cómo funcionan estos dispositivos y la reacción que se lleva a cabo para el calentamiento, si sabes que se utiliza una almohadilla que contiene magnesio (Mg) y uno de los productos de dicha reacción es el hidróxido de magnesio (MgOH2). Contesta en el cuaderno. ¿La reacción producida es endotérmica o exotérmica? ¿Cómo lo sabes? ¿Qué ventajas tienen estos calentadores? ¿Cuál es la importancia de las reacciones redox en la vida cotidiana? ¿Cuál es la importancia de las reacciones redox en la industria? Para su anuncio, ¿qué producto o proceso de utilidad en la industria que involucra reacciones redox incluirán? ¿Por qué lo eligieron? A lo largo de este curso, has identifcado que el conocimiento químico contribuye a explicar muchos procesos y fenómenos que ocurren en nuestro entorno, incluido nuestro organismo, así como a mejorar nuestra calidad de vida. Si bien es cierto que el conocimiento químico no siempre se ha utilizado en benef- cio de la humanidad y de otros seres vivos y que, en muchas reacciones químicas, se generan productos que contaminan el ambiente, también es justo reconocer sus aportaciones en la identifcación y solución de los problemas ambientales. 4.59. El electrolito, que puede ser H2SO4 o Na2SO4 permite el paso de la electricidad que se requiere para que se realice la reacción. 4.60. En la fabricación de CD ocurren varias reacciones redox en las que se utilizan plata, níquel y aluminio. P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas 8. (R. M.) La reacción es exotérmica ya que al reaccionar el magnesio con el agua se libera energía. Mg (S) + 2 H2O (I) → Mg(OH)2 (ac) + H2 (g) + energía Magnesio agua hidróxido de magnesio hidrógeno No se requiere fuego para calentar la co- mida, además es peligroso y poco práctico para los soldados. 8) 22_SHORCIE1GM.indd 338 06/01/11 13:35 339 Recomendaciones procedimentales 39. Discuta con los estudiantes las preguntas del apartado Para entendernos mejor. Pídales que consideren la situa- ción de responsabilidad del cuidado del ambiente en el anuncio de sus productos o procesos que involucran re- acciones redox. 40. Deles tiempo para que terminen de elaborar su anuncio y, si es necesario, apóyelos en el planteamiento adecuado de las ecuaciones químicas. Promueva que todos los miem- bros del equipo participen en la resolución de dudas que surjan en el grupo y en la evaluación del trabajo de sus compañeros. 41. Antes de responder el apartado ¿Cómo nos fue?, vuelva a las respuestas del apartado Preguntas para andar y co- méntelas con el grupo. Pídales que adviertan las diferen- cias que hay entre esas respuestas y lo que ahora conocen. 42. Invítelos a comentar en equipo las respuestas del apartado ¿Cómo nos fue? y favorezca que refexionen lo que apren- dieron sobre las reacciones redox. 43. Pídales que se autoevalúen con la tabla de indicadores fnales. Sugerencia de contenido En 1987 se defnió el desarrollo susten- table como “aquél que satisface las ne- cesidades esenciales de la generación presente sin comprometer la capacidad de satisfacer las necesidades esencia- les de las generaciones futuras”. Su objetivo central es la preservación de los recursos naturales con base en el bienestar humano y ecológico, así como la preservación del aire, agua y suelos. Para conocer más sobre este tema puede consultar: www.senado.gob.mx/iilsen/content/publi- caciones/revista2/3.pdf Cierre 279 Como te has dado cuenta, las reacciones redox tienen múltiples aplicaciones en la industria que benefcian a la sociedad. Sin embargo, muchas empresas contaminan el ambiente y eso tiene consecuencias para la vida en la Tierra. ¿Consideras que es correcta la posición de las em- presas que, aun aportando algún benefcio, conta- minan el medio? ¿Por qué? Si tú estuvieras a cargo de alguna de esas empre- sas, ¿qué harías? Uno de los grandes retos que enfrentamos como sociedad es mejorar la calidad de vida y, a la vez, cuidar el ambiente, así como contribuir al desarrollo sostenido que garantice que las próximas generacio- nes cuenten con los recursos necesarios. En esta ta- rea todos podemos contribuir, pues la decisión sobre el uso de los materiales y sustancias, así como el manejo de los desechos, es un asunto personal. Esperamos que tu acercamiento al conocimiento químico mediante lo que has estudiado y realizado en este libro contribuya a una mejor comprensión de tu entorno y te ayude a tomar decisiones infor- madas. El anuncio comercial Reúnete con tu equipo y terminen de elaborar su anuncio. Asegúrense de tener claros los mensajes que desean comunicar a las personas. Utilicen su creatividad para presentar la información de manera atractiva. Revisen que las ecuaciones estén bien balanceadas y que los números de oxi- dación que asignaron sean correctos. Esto les será de gran ayuda al explicar las reacciones redox involucradas en los productos o procesos que eligieron. Presenten su anuncio a su grupo y escuchen sus sugerencias y aportaciones. Discute con tu equipo estas preguntas, con la dirección de su profesor. Escri- ban en su cuaderno las conclusiones a las que lleguen. ¿Cuándo ocurren una reacción de oxidación y una de reducción? ¿Cómo distingues un agente reductor y uno oxidante? ¿Por qué piensas que son importantes las reacciones redox? ¿Pudiste explicar junto con tu equipo las reacciones redox involucradas en el producto o proceso de tu anuncio? ¿Por qué? ¿Cuál fue tu desempeño a lo largo de este tema? ¿Qué mejorarías? Lee con atención los indicadores y marca con una la casilla que refeja tu avance. Indicadores Siempre lo logro A veces lo logro Estoy en proceso de lograrlo Analizo algunas reacciones de óxido-reducción en la vida diaria y en la industria. Identifco las características oxidantes de la atmósfera y las reductoras de la fotosíntesis. Establezco una primera relación entre el número de oxidación de algunos elementos y su posición en la tabla periódica. Si hicieras de nuevo el anuncio, ¿qué le cambiarías? Éste es el último subtema del bloque. Te invitamos a que con tu profesor examines tu Archivo de evidencias y adviertas tu avance, para ello revisa la página 328. P r o h i b i d a s u v e n t a 22_SHORCIE1GM.indd 339 06/01/11 13:35 340 Intención pedagógica Recomendaciones procedimentales 1. Antes de leer el texto, pregunte a sus alumnos si conside- ran importantes los temas que se proponen para desarro- llar su proyecto y por qué. 2. Cuestiónelos sobre qué productos de uso cotidiano se ob- tienen del petróleo, además de los plásticos y combusti- bles. Pregúnteles qué sucedería si no contaran con estos productos. Si es posible, muéstreles una gráfca sobre las predicciones en la disminución de la producción del petróleo. 3. Pregúnteles cuáles serían algunas consecuencias de la corrosión de los objetos, vehículos y estructuras que se mencionan en el texto. Promueva la refexión sobre la im- portancia de prevenir este fenómeno. 4. Interróguelos sobre la relación que tienen los dos temas propuestos con los contenidos revisados en el bloque 4. 5. Invítelos a comentar en grupo las respuestas de las pregun- tas que se proponen al iniciar la refexión sobre los temas propuestos. Durante la realización del proyecto, se pretende que los alumnos comiencen a dar soluciones a problemáticas de temas de importancia como la síntesis de nuevos materiales que se obtienen a partir del petróleo o bien, de los que se utilizan para prevenir la corrosión de los metales; asimismo, se busca que esta- blezcan experimentos sencillos sobre las reacciones de ácido-base y óxido- reducción. B l o q u e 4 Proyecto 280 4.61. ¿Con qué otros materiales se podrían fabricar estos productos? 4.62. ¿Cuáles factores ambientales favorecen la corrosión? ¿Puedo dejar de utilizar los derivados del petróleo y sustituirlos por otros compuestos? ¿Cómo evitar la corrosión? Es probable que sepas que muchos de los productos que utilizamos en nuestra vida diaria están elaborados con materiales que se obtienen a partir del petróleo (4.61). El petróleo es un recurso no renovable y se estima que a mediados del siglo XXI dismi- nuirán considerablemente las reservas mundiales conocidas hasta la fecha. Esto plantea un grave problema, pues los combustibles derivados de este recurso son los más utilizados en el mundo y, además, muchos productos de uso cotidiano se elaboran con materiales sintetizados a partir de este hidrocarburo. Por otro lado, la corrosión afecta estructuras metálicas como ventanas, piezas de vehículos, herramientas, llaves de agua, calentadores, etc. Este fenómeno también se presenta en puentes, torres de electricidad, barcos, tuberías y recipientes indus- triales. La reparación o sustitución de estas piezas es costosa por lo que la corrosión ocasiona grandes pérdidas económicas (4.62). Para el proyecto de este bloque, te proponemos dos situaciones relacionadas con las problemáticas descritas arriba: ¿Puedo dejar de utilizar los derivados del petróleo y sustituirlos por otros compuestos? ¿Cómo evitar la corrosión? En ambos casos, tendrás la oportunidad de integrar todos tus conocimientos y habilidades científcas para la realización del proyecto. De las problemáticas planteadas, tú y tu equipo pueden escoger la que más les llame la atención o, si lo preferes, podrás proponer un tema que tenga relación con el con- tenido de este bloque. Recuerda consultar a tu profesor para que evalúe la elección del tema que elijas junto con tu equipo. Con la fnalidad de adentrarte en estos temas, te proponemos que refexiones sobre las preguntas que se plantean. ¿Cuáles objetos que utilizas cotidianamente están elaborados con derivados del petróleo? ¿Has pensado en el impacto ambiental que causa este tipo de productos? ¿Qué materiales conoces que tienden a corroerse con facilidad? ¿A qué se debe? Como has visto en los proyectos de los bloques anteriores, para comenzar a dar reso- lución a una problemática, es necesario que revises todos los temas que se relacionen con el contexto general de la pregunta inicial. A continuación, encontrarás algunas sugerencias para cada etapa de tu proyecto, y recuerda complementar tu trabajo con lo que consideres importante junto con tu equipo. n tu equipo. res cen la lo que conside P r o h i b i d a s u v e n t a 22_SHORCIE1GM.indd 340 06/01/11 13:35 341 Recomendaciones procedimentales 6. Invite a sus alumnos a integrar equipos y pídales que ana- licen las etapas que se propone en este libro para realizar su proyecto. 7. Pídales que comenten en equipo lo que conocen sobre ambos temas, así como las preguntas que se proponen para guiar su trabajo. 8. Coménteles que en el bimestre siguiente todos trabaja- rán en un proyecto sobre los plásticos y algunos podrán elegir otro relacionado con los combustibles, por lo que podrán profundizar en estos temas. Hágales ver que por el momento se pretende destacar la importancia de la pe- troquímica en la elaboración de sustancias indispensables para la industria y la vida diaria, así como en la búsqueda de recursos alternativos para la satisfacción de necesida- des en el marco del desarrollo sustentable. 9. Pregúnteles cuáles son las características de un proyecto ciudadano y anímelos a compartir los resultados de su trabajo con la comunidad. 10. Anime a los estudiantes a elegir el tema y a delimitar el problema que les interesa investigar. Una minoría de los alumnos atribuyen la corrosión a una reacción química, y no siempre incluyen el oxígeno: Corrosión es la forma de reacción química que tiene un clavo de hie- rro luego de que se ha dejado en la lluvia. Cuando el clavo se corroe se hace más pequeño. Ideas previas 281 4.63. El petróleo, además de combustible, también es importante porque de él se obtienen muchos productos. 4.64. La corrosión debilita las estructuras y provoca que se derrumben más fácilmente durante un terremoto. Etapa 1: Planeación Para empezar el proyecto, debes integrar un equipo de trabajo. Después deberán decidir qué proyecto van a desarrollar. Deben platicar y exponer los distintos puntos de vista de cada integrante. De no concordar en las opiniones, deberán buscar un acuerdo para que todos estén conformes. Platiquen sobre su experiencia durante la realización de los proyectos anteriores para que identifquen las difcultades y las experiencias exitosas que tuvieron. Comenten lo que saben acerca de los dos temas sugeridos (o sobre otro tema que sea de su interés). Si lo consideran necesario, hagan una breve búsqueda de información que les ayude a tomar una decisión más informada. Recuerden que pueden elegir un tema distinto, pero debe tener relación con los contenidos del Bloque 4. A continuación, hay algunos ejemplos de preguntas que pueden servirte para guiar tu proyecto, pero junto con tu equipo puedes elegir otras: Proyecto 1 ¿Cuáles son las características físicas de los derivados del petróleo y de algunas de las reacciones involucradas en su preparación? ¿Cuál es la importancia de la petroquímica en la elaboración de sustancias indis- pensables para la vida diaria y la industria? (4.63) ¿Cuáles fueron algunas de las necesidades humanas que condujeron al desarrollo de los plásticos? ¿Con qué recursos alternativos contamos para sustituir los derivados del petróleo? ¿Es importante esta búsqueda de recursos alternativos? ¿Por qué? ¿Cuáles son los principales problemas ambientales asociados al uso de los deriva- dos del petróleo? ¿Qué problemas ocasiona el uso indiscriminado de los plásticos? ¿Qué alternativas existen en México para combatirlos? Proyecto 2 ¿Cuáles son los principales factores ambientales que provocan la corrosión y por qué? ¿Qué problemas causa la corrosión en mi vida diaria, en la construcción y en la industria? (4.64) ¿Qué tipo de problemas ambientales puede ocasionar la corrosión? ¿Cuáles métodos existen para prevenir o controlar el deterioro de los metales? ¿En qué se basan? Los dos temas se relacionan con problemas de trascendencia social y económica, lo que se presta para desarrollar un proyecto de tipo ciu- dadano. Por ejemplo, en el caso del Proyecto 1, sería interesante que compartieran algunas propuestas de acciones que ustedes y los miem- bros de su comunidad pueden lle- var a cabo para optimizar el uso de los derivados del petróleo, y conocer algunos materiales alternativos para sustituirlos, o para prevenir la corro- sión en el caso del Proyecto 2. ea ón n tu P r o h i b i d a s u v e n t a 22_SHORCIE1GM.indd 341 06/01/11 13:35 342 Recomendaciones procedimentales 11. Puede proponer a sus alumnos investigar los materiales con los que se elaboraban diversos objetos de uso coti- diano (como bolsas, juguetes, ropa o utensilios de cocina, para calentar, alumbrar, etc.) antes de la invención de los materiales derivados del petróleo. Esto les ayudará a elegir los objetos y materiales que utilizarán en su experimento para comparar sus propiedades. 12. Pídales analizar las actividades sugeridas en el texto y ele- gir las que les pueden ser de utilidad, así como otras que ellos consideren necesarias. 13. El tema de los derivados del petróleo es extenso, por lo que puede proponer que cada equipo interesado en el tema aborde uno o dos aspectos distintos, de tal forma que tengan un panorama completo al exponer los resulta- dos de sus proyectos. 14. Apóyelos en la comprensión de la estructura y las carac- terísticas de los hidrocarburos. Anímelos a elaborar mo- delos tridimensionales de algunos compuestos sencillos (alcanos, alquenos y alquinos de bajo peso molecular) utilizando materiales como plastilina, unicel, palillos o po- potes rígidos de plástico. 282 Las actividades En este proyecto pondrán en juego lo que han revisado y realizado durante el estudio de este bloque y los anteriores, por lo que les sugerimos identifcar la información y las actividades que tengan relación con el tema que eligieron. Por ejemplo, ¿qué tipo de reacciones químicas están involucradas en la corrosión y en la quema de combustibles derivados del petróleo? Como en los otros proyectos, deberán formular la pregunta o preguntas que guiarán su investiga- ción y luego plantearán la hipótesis que deberán aceptar o rechazar al fnalizar el proyecto. Apro- vechen su experiencia para estas actividades y consulten a su profesor si tienen alguna duda. Una de las actividades principales del proyecto será la búsqueda y selección de información per- tinente en diversas fuentes. Además, los temas propuestos son ideales para la realización de un experimento. Por ejemplo, comparar las propie- dades de objetos similares elaborados con deri- vados del petróleo y con otros materiales, o uno que muestre algún proceso que ayude a prevenir la corrosión. Entre las actividades que deberán realizar en el proyecto, además de buscar y selec- cionar información, se encuentran organizar y analizar información recopilada, reali- zar un experimento si es pertinente; elaborar modelos, diagramas o dibujos para ex- plicar algunas reacciones o procesos. También algunas actividades pueden ser elegir imágenes para apoyar la información, tomar fotografías o grabar videos (4.65). Defnan el tiempo que destinarán a cada una de las actividades y distribúyanse las tareas entre los integrantes del equipo. Recuerden que deben reunirse para compar- tir y analizar los detalles de su trabajo. Para que tengan una mejor organización de las actividades que realizarán, les sugerimos que elaboren un cuadro con las activi- dades, el tiempo para desarrollarlas y el responsable de cada una de ellas. También pueden hacer un cronograma de actividades. No olviden incluir como actividad la elaboración de un informe escrito de su trabajo, el cual les será útil para presentar lo realizado ante el grupo, así como la presentación de sus resultados en el foro que elijan junto con los otros equipos y su profesor. Si eligen realizar un proyecto ciudadano, también deberán convenir la manera de compartir los resultados con los miembros de su comunidad de tal modo que lo elabo- ren a lo largo del proyecto. Por ejemplo: una dramatización, una historieta, un tríptico, un cartel, una mesa redonda, un debate, etc. Es pertinente avanzar en la elaboración de estos productos a lo largo de su proyecto y no dejarlos para el fnal. Para que su proyecto tenga éxito, es necesario que todos los miembros del equipo se involucren y cumplan con las actividades en los tiempos asignados. Además, es con- veniente que, al fnal de cada etapa, dediquen un momento para evaluar sus avances individuales y de equipo, las difcultades que han enfrentado, las maneras como las resolvieron y los aciertos que tuvieron. 4.65. La planeación del trabajo consiste en anticipar qué acciones se llevarán a cabo, para qué, cómo, cuándo y con cuáles recursos (materiales y humanos), para realizar el trabajo de una manera ordenada, sistemática y efciente. P r o h i b i d a s u v e n t a 22_SHORCIE1GM.indd 342 06/01/11 13:35 343 Recomendaciones procedimentales 15. Puede sugerir a sus estudiantes que algunos equipos in- vestiguen los problemas relacionados con la corrosión en el hogar, otros en la construcción y unos más en el sector industrial. En todos los casos deberán identifcar los facto- res asociados con este proceso así como los métodos más adecuados para prevenirlo. 16. Oriéntelos sobre los nombres de algunos procesos que se utilizan para evitar la corrosión como la fabricación de acero inoxidable, el anodizado, el galvanizado, el cromado y la protección catódica. Cada equipo interesado en este tema puede investigar sobre uno de estos procesos. 17. Recuérdeles que en este bloque realizaron un experimento para identifcar algunos factores que favorecen la oxida- ción. Invítelos a relacionar los resultados obtenidos con la corrosión. 18. Pídales que consideren las Medidas de seguridad en el trabajo experimental, las cuales se encuentran en la página 320 de su libro y apóyelos respecto a la forma adecuada de desechar las sustancias. Un experimento sencillo de electrode- posición que pueden realizar los alum- nos es el recubrimiento con cobre de algunos objetos metálicos como llaves, rondanas o clavos. Para ello, deben se- guir el siguiente procedimiento: 1. Disolver dos cucharadas de sulfato de cobre en 250 mL de agua. 2. Colocar una placa de cobre al cai- mán de un cable y conectar el otro extremo al polo positivo de una pila de 9 V. 3. Sumergir la placa en la disolución de sulfato de cobre. 4. Repetir lo anterior con el objeto metálico uniendo el caimán al polo negativo de la pila. 5. Dejar transcurrir 10 min. Se pueden modifcar el tiempo de expo- sición y la concentración de la sal para identifcar las mejores condiciones para el recubrimiento. Sugerencia de contenido 283 Para valorar el trabajo individual, pueden utilizar preguntas como las que se pro- ponen. ¿Tienes clara la pregunta o las preguntas que guiarán la investigación? ¿Es adecuada la hipótesis que plantearon? ¿Por qué? ¿Estás de acuerdo con la elección de las actividades, la manera en que las dis- tribuyeron y los tiempos para realizarlas? ¿Por qué? ¿Ya lo manifestaste? ¿Ya definieron qué harán para compartir su experiencia con los miembros de su escuela o comunidad? ¿Estás entusiasmado con el proyecto? ¿Por qué? ¿Te sientes a gusto con tu equipo de trabajo? ¿Por qué? De no ser así, ¿qué propones? Etapa 2: Desarrollo Para agilizar la búsqueda de información, resulta útil plantearnos preguntas concretas relacionadas con el tema del proyecto: ¿Qué son los hidrocarburos y cuáles son sus características? ¿Cuál es el uso principal que se le da a los compuestos que se obtienen del petró- leo? ¿Qué otro tipo de productos se elaboran a partir de este recurso? ¿Qué alternativas existen para sustituir, por ejemplo, la gasolina y los plásticos? ¿Por qué en las comunidades ubicadas en las costas es más grave el problema de la corrosión? ¿Cómo podemos proteger de la corrosión los marcos de ventanas fabricadas con hierro? ¿Qué otros materiales podemos utilizar? ¿Cuáles métodos se utilizan para proteger los barcos de la corrosión, así como las tuberías y los tanques metálicos ubicados bajo tierra? (4.66) Defnan las fuentes de información que van a consultar. Por ejemplo, libros de quími- ca, revistas de divulgación científca, periódicos, Internet, videos y documentales. Si es posible, sería interesante que pudieran entrevistar a personas que laboran en industrias e instituciones relacionadas con el petróleo y sus derivados, como Petróleos Mexicanos (Pemex), el Instituto Mexicano del Petróleo (IMP), refnerías y empresas dedicadas a la fabricación de productos derivados del petróleo (4.67), así como en talleres o industrias donde se realizan procesos para prevenir la corrosión (4.68). 4.67. El petróleo crudo es una de las principales exportaciones de México. 4.68. El galvanizado es un proceso muy común para proteger los materiales de la corrosión. 4.66. En 1992 hubo una explosión en Guadalajara porque un ducto de gasolina se perforó por un proceso corrosivo. a e P r o h i b i d a s u v e n t a 22_SHORCIE1GM.indd 343 06/01/11 13:35 344 Recomendaciones procedimentales 19. Recuerde a sus alumnos consultar las sugerencias del material bibliográfco para seleccionar las fuentes de in- formación y la forma de referirlas que se proponen en la página 162 de su libro. 20. Promueva que refexionen sobre la validez de la informa- ción recabada, así como su importancia respecto al pro- blema que investigan. 21. Apóyelos en el análisis de la información sobre los hidro- carburos y los procesos para prevenir la corrosión, así como de las reacciones involucradas. Guíelos en el plan- teamiento adecuado de las ecuaciones químicas. 22. Revise los diseños experimentales que propongan y há- gales las sugerencias de modifcación que considere per- tinentes. Discuta con ellos las medidas de seguridad y el tratamiento de residuos. Oriéntelos sobre los lugares en que pueden conseguir los materiales necesarios y super- vise la realización de los experimentos. 23. Invítelos a refexionar sobre sus avances y desempeño al contestar las preguntas sugeridas al fnal de esta etapa: Desarrollo. Algunos aspectos que puede considerar para valorar el desempeño de los es- tudiantes en la etapa de desarrollo del proyecto son: Consulta de fuentes de información en diversos medios. Registro y sistematización de la información: resúmenes, mapas conceptuales, esquemas, gráficas, fichas bibliográficas, tablas, etc. Uso de herramientas y procedi- mientos que apoyen el desarrollo del proyecto. Diseño y realización del experimento. Propuestas de solución del problema. Definición del producto final del proyecto. Sugerencia de contenido 284 A manera de apoyo, te sugerimos que revises este material bibliográfco para que puedas complementar tu investigación si elegiste alguno de los temas propuestos. Javier Ávila, M. y Joan Genescá. Más allá de la herrumbre I y II, La ciencia para todos, núm. 9, FCE/SEP, México, 1986, o en sus versiones digitales: bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/09/htm/masallla. htm bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/079/htm/masalla2.htm Susana Chow P. Petroquímica y sociedad, La ciencia para todos, núm. 39, FCE/ SEP, México, 1987, o en su versión digital en: bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/39/html/petroqui.html Laura Gasque. “El hidrógeno, energético del futuro”, ¿Cómo ves?, año 4, núm. 93, México, 2002. Ana Sosa. “Los plásticos: materiales a la medida”, ¿Cómo ves?, año 4, núm. 43, México, 2002. Instituto Mexicano del Petróleo (IMP), www.imp.mx/petroleo/?imp=pq Petróleos Mexicanos (Pemex), desarrollosustentable.pemex.com/portal/index.cfm?action=content§ionI D=35&catID=841&contentID=437 Características y modelos moleculares de hidrocarburos, www.quimicaorganica.org/modelos-alcanos/metano.html Una manera útil de organizar la información es elaborar fchas en tarjetas en las que pueden escribir un resumen y los datos de la fuente consultada, entre otras cosas. Una vez hechas, analicen la información y elijan la que consideren más adecuada para responder sus preguntas, así como para realizar algún experimento relacionado con el tema de su proyecto si determinaron desarrollen uno. Comenten el diseño de su experimento con su profesor para que los oriente sobre los cuidados que deben tener en el manejo y desecho de las sustancias. De preferencia, elijan alguno en el que utilicen materiales baratos y de fácil adquisición. Averigüen con cuáles materiales cuentan en su escuela y realicen el experimento bajo la supervisión de su profesor. Recuerden registrar sus observaciones y resultados para facilitar su interpretación, así como la obtención de conclusiones. Hagan dibujos y diagramas de lo que sucede en el experimento o, si les es posible, tomen algunas fotografías; para ello pueden utilizar una cámara digital o un teléfono celular que cuente con esta función. Al fnalizar, hagan un informe del trabajo expe- rimental. Tengan presente avanzar en la elaboración de los productos que utilizarán en la fase de comunicación de los resultados de su proyecto y elaboren su informe escrito. Al término de esta etapa de desarrollo, revisen aspectos como estos: ¿Ya cuentan con la información necesaria para contestar las preguntas que guían su proyecto? ¿Qué les hace falta? ¿Qué van a hacer para conseguirla? ¿Tuvieron algún contratiempo para realizar su experimento? ¿Cuál? ¿Cubre el informe de su experimento los requisitos acordados? ¿Qué información e imágenes utilizarán en su presentación ante el grupo? ¿Cómo ha sido la participación de cada uno de los miembros del equipo? ¿Cuáles dificultades han enfrentado y cómo las han superado? P r o h i b i d a s u v e n t a 22_SHORCIE1GM.indd 344 06/01/11 13:36 345 Recomendaciones procedimentales 24. Si elaboraron modelos tridimensionales de hidrocarburos sencillos, pídales que los muestren al grupo y cuestióne- los para que refexionen sobre sus ventajas y limitaciones. Es probable que, por cuestiones de tiempo, no puedan realizar los experimentos frente al grupo por lo que pue- de pedirles que hagan diagramas del proceso y dibujos o fotografías de los resultados. Si realizaron un proceso de electrodeposición, pídales que muestren los objetos recubiertos. 25. Invítelos a diseñar el producto que compartirán con la co- munidad a partir de las aportaciones de todos los equipos. 26. Solicíteles comparar lo que conocen ahora con sus ideas iniciales sobre los dos temas que plantearon en la etapa de planeación. Favorezca la refexión sobre las contribuciones de la química al bienestar social, así como de algunos de sus riesgos y limitaciones. 27. Promueva que en equipo identifquen sus logros, difcul- tades y errores durante el desarrollo del proyecto, y que además refexionen sobre cómo superarlos. 285 Etapa 3: Comunicación En esta fase del proyecto deberán presentar sus resultados y conclusiones ante el grupo y, si es el caso, mostrar a la comunidad el producto que eligieron (4.69). Re- cuerden que para esta actividad deberán utilizar el informe que elaboraron al fnal de la etapa anterior. Con la ayuda de su profesor, elijan el foro para presentar sus resultados ante el grupo. Si realizan una exposición, apóyense con carteles o, si es posible, con una presen- tación electrónica, en los que incluyan sólo la información más relevante en textos breves apoyados con imágenes. Ensayen su exposición y ajústenla al tiempo acordado con el docente. Comenten con su profesor la posibilidad de realizar el experimento durante su pre- sentación ante el grupo; si esto no es posible, elaboren dibujos y diagramas para esquematizarlo y describirlo. Si eligieron el proyecto sobre la prevención de la corrosión, les sugerimos incluir y explicar algunas ecuaciones de las reacciones involucradas en los métodos para pre- venirla, así como presentar los resultados del experimento. Para apoyar la explicación de las características de los hidrocarburos, les recomen- damos elaborar algunos modelos tridimensionales con materiales de fácil adquisición como plastilina, poliestireno (unicel), palillos o popotes rígidos de plástico. Recuerden que todos los miembros del equipo deben participar en la presentación y estar preparados para responder las preguntas y dudas que surjan. Asimismo, pídanles a sus compañeros de grupo que, en un ambiente de respeto, evalúen su presentación y les hagan comentarios para mejorarla. Tomen nota de lo que les hagan saber. En el producto que compartirán con su comunidad, asegúrense de utilizar un lengua- je accesible, pues es probable que las personas no estén familiarizadas con el que se utiliza en la química. Sería interesante que contemplaran una manera de conocer la opinión de los asistentes sobre el trabajo que presentaron. Etapa 4: Evaluación Reúnete con tu equipo para comentar los resultados y la presentación de su pro- yecto. Utilicen como guía preguntas como las que se proponen. ¿Cuáles fueron los comentarios de su profesor sobre el informe de su trabajo? ¿Cómo se sintieron durante su presentación ante el grupo? ¿Qué hicieron para llamar la atención de la audiencia? ¿Pudieron contestar todas las preguntas? De no ser así, ¿a qué lo atribuyen? ¿Cuáles fueron las opiniones y comentarios de los miembros de su comunidad sobre su trabajo? ¿Qué nuevas experiencias adquirieron durante el desarrollo de este proyecto? Lo aprendido con esta experiencia, ¿les da la oportunidad de mejorar trabajos futuros? ¿Por qué? Evalúen sus experiencias individuales y en equipo y propongan mejorarlas. Reúnanse con su profesor y, junto con él, evalúen su trabajo (individual y de equi- po) en el transcurso del proyecto. 4.69. Para evitar retrasos en su trabajo, es preciso que se coordinen muy bien entre todos y ayuden a sus compañeros de equipo, en caso de ser necesario. Así podrán entregar su informe en tiempo y forma. Fotografía de un equipo de estudiantes (de tercero de secundaria), entregando un informe a su profesora o profesor. P r o h i b i d a s u v e n t a 22_SHORCIE1GM.indd 345 06/01/11 13:36 346 Recomendaciones procedimentales 1. Antes de iniciar la lección, repase con los alumnos los modelos químicos que han visto hasta ahora. Anótelos en el pizarrón para que puedan consultarlos. 2. Pídales que se organicen en equipos para iniciar la activi- dad. Lea con el grupo las instrucciones y aclare las dudas que surjan. 3. Discutan en grupo las habilidades científcas que han aprendido hasta ahora y pregúnteles cuáles creen que desarrollarán durante el taller. Si tiene tiempo, comente que el modelo del Universo de Copérnico es un mode- lo conceptual descriptivo porque representa y describe el Universo y la distribución de los planetas. Intención pedagógica El Taller de Ciencias consta de activida- des cercanas a la realidad que permi- tirán al alumno desarrollar habilidades científcas como son la curiosidad, la creatividad, la investigación, la apertu- ra a las nuevas ideas, el interés por las pruebas, la fexibilidad ante los cam- bios de opinión y la refexión crítica. 286 Represento un fenómeno natural La elaboración de modelos es otra habilidad científca mediante la cual se hacen re- presentaciones de un fenómeno. Es una aproximación a la realidad que se construye con base en las hipótesis que existen sobre cierto tema. Por ejemplo, para representar átomos y moléculas, se utilizan esferas de colores y barras (4.70). No es que estén estructurados de esta manera, pero así es más fácil explicar su comportamiento y funciones. Por ejemplo, en una reacción química o en compuestos que, aun formados por los mismos átomos, son completamente distintos (4.71). 4.70. Modelo del metano. 4.71. Los distintos arreglos de los átomos en una aspirina (izq.) y en el azúcar (sacarosa) causan diferencias en su comportamiento. Puedes ver que cada esfera representa un átomo, y cada barra entre los átomos representa una conexión química. Metano Hidrógeno Carbono Oxígeno Para plantear un modelo, se parte de lo que se sabe del tema y se complementa con lo que se observa del fenómeno, haciendo inferencias y tomando otros mode- los como referencia. También es necesario descartar particularidades para generali- zar el modelo. Cuando elaboras una maqueta sobre un ecosistema, estás haciendo un modelo. En este taller analizarás y elaborarás modelos de algunas reacciones químicas. Etapa 1. Algunos tipos de modelos científcos Identifcación En tus cursos de Ciencias has revisado que los modelos representan características esenciales de los objetos, procesos y fenómenos estudiados por las diferentes discipli- nas científcas. Aunque los modelos no son la realidad en sí, nos ayudan a explicarla, analizarla, simularla y, sobre todo, a predecir fenómenos. Identifca diferentes tipos de modelos científcos; para ello, integra un equipo de tres personas y anoten en la página siguiente un ejemplo para cada uno. Recuerda lo que han trabajado anteriormente referente a modelos. Escriban diferentes ejemplos de los modelos químicos estudiados hasta ahora y describan en su cuaderno las razones de su elección. P r o h i b i d a s u v e n t a 22_SHORCIE1GM.indd 346 06/01/11 13:36 347 Recomendaciones procedimentales 4. Deles tiempo de llegar a acuerdos en el equipo. Resuelva las dudas que surjan durante el desarrollo de la actividad. 5. Pregunte a sus educandos si recuerdan las caracterís- ticas de las reacciones de combustión, neutralización y óxido-reducción. Revise con ellos los conceptos y anóte- los en el pizarrón para que puedan observarlos a lo largo del Taller de Ciencias. 287 Corroboren con su profesor los ejemplos para cada modelo que escribieron. Guarden los resultados de su trabajo, pues lo compartirán con su grupo en la etapa final de este taller. Matemáticos Analógicos Conceptuales simbólicos Conceptuales descriptivos Etapa 2. Análisis de modelos de reacciones químicas Análisis e interpretación A lo largo de tu curso de Ciencias III has conocido distintos tipos de reacciones quími- cas y sus características. Por ejemplo: reacciones de combustión, de neutralización y de óxido-reducción, ¿recuerdas las características de estas reacciones? Sin embargo, existen otras maneras de clasifcar los cambios químicos, una de ellas se muestra en el cuadro. Tipo de reacción Características Síntesis Dos sustancias (elementos o compuestos) reaccionan y se forma sólo una sustancia nueva. Descomposición Una sustancia (compuesto) se separa en otras más sencillas (elementos o compuestos). Sustitución o desplazamiento simple Un elemento desplaza a otro elemento que forma parte de un compuesto. Sustitución o desplazamiento doble Dos compuestos distintos reaccionan, y se obtienen dos sustancias nuevas formadas por el intercambio de elementos de las sustancias originales. De acuerdo con el cuadro anterior, en equipo, contesten en el cuaderno lo que se propone. ¿Cuál sería el modelo matemático para las ecuaciones químicas generales se- gún el tipo de reacción? ¿Existen varias maneras de representar estos modelos? Expliquen. P r o h i b i d a s u v e n t a Fórmulas Estructura de Watson y Crick Modelo atómico Teoría de la gran explosión 22_SHORCIE1GM.indd 347 06/01/11 13:36 348 Recomendaciones procedimentales 6. Invítelos a que discutan en equipos los resultados. Después anote en una hoja de rotafolios las respuestas que den en grupo. Déjelas a la vista para que puedan volver a ellas y analicen cómo van cambiando sus ideas. 7. Pídales que en una hoja anoten los materiales, la mane- ra en que distinguirán cada elemento de los reactivos y cómo los van a unir sin utilizar pegamento. De esta forma sabrá cómo trabajará cada equipo. 288 Completen el cuadro con sus representaciones de estas reacciones. Utilicen letras. Luego, contesten en el cuaderno. Tipo de reacción Ecuación química general Síntesis Descomposición Sustitución o desplazamiento simple Sustitución o desplazamiento doble ¿Qué representan las letras en las ecuaciones anteriores? ¿Cuáles componentes de una ecuación química no están representados explí- citamente en dichas ecuaciones generales? ¿Constituye esto una limitación de este tipo de representaciones? Expliquen sus respuestas en el cuaderno. Guarden sus respuestas, pues las compartirán al fnal con su grupo. 4.72. En este modelo se explica la formación del óxido de zinc. ¿Qué tipo de reacción representa? Zn O + 2e – 8e – 18e – 2e – 6e – 2e – Atomo de Zinc Atomo de oxigeno x x (Zn) 2+ O 2– + + Ion de Zinc Ion de oxido 2e – 8e – 18e – 2e – 8e – 18e – Como ya lo sabes, los modelos se pueden utilizan para explicar muchas cosas (4.72). Los que vas a elaborar son para explicar las características de los tipos de reacciones químicas de la etapa 2. Observa las ecuaciones químicas e indica el tipo de reacción al que pertenecen. Ecuación química Tipo de reacción KOH (ac) + HCl (ac) H2O (l) + KCl (ac) N2 (g) + O2 (g) 2NO (g) Zn (s) + HCl (ac) ZnCl2 (ac) + H2 (g) 2HgO (s) 2Hg (s) + O2 (g) Ahora, reúnete con tu equipo y comparen sus clasificaciones. Pónganse de acuerdo sobre los materiales que utilizarán para elaborar los mode- los tridimensionales de los reactivos de las ecuaciones anteriores. Empleen materiales baratos y de fácil adquisición. Determinen la manera en que distinguirán cada uno de los elementos que forman los reactivos y cómo los van a unir. No utilicen pegamento, pues los separarán para explicar la formación de los productos. Construyan los modelos a escala. Tengan en cuenta estos radios atómicos para escalar sus modelos. Etapa 3. Los modelos de reacciones químicas Construcción del modelo P r o h i b i d a s u v e n t a Respuestas 1. (R. M.) Representan sustancias. No se representan los electrones de las sustancias. No. 1) A + B → C Desplazamiento doble. Síntesis. Desplazamiento simple. Descomposición. C → A + B AB + C → AC + B AB + CD → AC + BD 22_SHORCIE1GM.indd 348 06/01/11 13:36 349 Recomendaciones procedimentales 8. Organice por equipos la presentación de sus modelos cien- tífcos. Dígales que comenten a qué tipo de modelo cientí- fco corresponde, sus ventajas y sus desventajas. 9. Después de presentar sus modelos científcos, pídales por equipo que contesten en su cuaderno las preguntas de la página. Deles tiempo de que lleguen a acuerdos. Discuta con el grupo los resultados y concluyan que los modelos científcos ayudan a comprender un fenómeno y que va- rían según las características de éste. 10. Pídales que por equipos anoten en su cuaderno los al- cances y las limitaciones de los modelos propuestos. Dé tiempo para que discutan las reacciones de síntesis, de descomposición, de desplazamiento simple y de despla- zamiento doble, de esta manera comprobará si compren- dieron los conceptos. Guíelos para que concluyan que la representación de las reacciones son modelos concep- tuales simbólicos. 289 Elemento Radio atómico (nanómetros) Elemento Radio atómico (nanómetros) K 0.227 O 0.065 Ag 0.175 Cu 0.157 F 0.057 Fe 0.172 H 0.079 Cl 0.097 Ni 0.162 Mg 0.172 N 0.075 C 0.091 Cr 0.185 Au 0.179 Hg 0.176 Ca 0.223 Cs 0.334 Zn 0.153 Utilicen sus modelos tridimensionales para explicar a sus compañeros la formación de los productos, así como las características del tipo de reacción al que pertenecen. Respondan en su cuaderno lo que se sugiere. ¿A qué tipo de modelo científico corresponden los modelos que construyeron? ¿Qué ventajas y desventajas tiene este tipo de modelo respecto a los que utili- zaron en la etapa 2? ¿Cuál de ellos consideran que es más útil para comprender las características de las reacciones químicas que conocieron en este taller? Expliquen su res- puesta. Como te has dado cuenta, la construcción de modelos (4.73), aunque puede resultar hasta cierto punto divertida, no es tarea fácil, sobre todo si se quiere explicar lo que sucede en el mundo submicroscópico de la materia. Se requieren muchos años de estudio, análisis y experimentación para proponerlos y verifcar su funcionamiento. Reúnanse con su equipo y contesten en el cuaderno. ¿De qué manera ayudan los modelos a comprender un fenómeno? ¿En qué campos son los modelos una herramienta muy importante? ¿Resultó útil tu modelo para representar la reacción química? ¿Por qué? ¿Cuál equipo presentó los mejores modelos? ¿Por qué? Ahora, refexionen sobre lo que se plantea con la guía de su profesor. Si quisieras representar los estados de la materia, ¿cómo lo harías? Imagina que pones una olla de agua a hervir, ¿cómo representarías los cambios de estado del agua? Utilicen sus modelos tridimensionales para exponer frente a sus compañeros las características de las reacciones de síntesis, de descomposición, de desplaza- miento simple y de desplazamiento doble. Comenten sobre los alcances y limitaciones de cada uno de los tipos de modelos que utilizaron en este taller. Etapa 4. Tus resultados Comunicación 4.73. En su constante lucha para encontrar nuevos tratamientos contra las enfermedades, los químicos utilizan computadoras para crear modelos de nuevos fármacos. P r o h i b i d a s u v e n t a 22_SHORCIE1GM.indd 349 06/01/11 13:36 350 Intención pedagógica Recomendaciones procedimentales 1. Antes de leer la infografía pregúnteles quién envejece más rápidamente: ¿Los bebés, los niños, los jóvenes, los adul- tos o los ancianos? Discuta con el grupo sus respuestas. 2. Sin leer la infografía, pregúnteles de qué creen que trata la ilustración. Después lea con ellos la infografía y explí- queles el proceso de envejecimiento de la célula. 3. Sugiérales que en su cuaderno escriban las palabras que aún no conocen o les generan dudas. Si usted detecta algún concepto con el que, en general, tienen difculta- des, explíquelo un poco más con los recursos digitales REACCIONES DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN, incluidos en el CD. Con esta infografía se busca que los alumnos interpreten la información ad- quirida durante el tema 2. Oxidación y reducción, y la apliquen en reacciones de la vida cotidiana como el envejeci- miento celular. Infografía La pérdida de un electrón genera un nuevo radical libre, lo que produce una reacción en cadena. Cuando esto pasa, el contenido celular se altera y la célula muere. Como me ves te verás.... Desde el inicio de la vida la oxidación forma parte de nuestro funcionamiento celular. Cuando somos pequeños, algunas células se oxidan y mueren muy rápido. Las células que mueren activan la reproducción y el crecimiento de las células vivas. Los radicales libres son moléculas que tienen un electrón libre en su último nivel. Esto los hace muy reactivos, puesto que deben completar su par en ese nivel. Los radicales libres más comunes son O 2 , Cl, Br, H, CH 3 . Cuando los radicales atacan Membrana celular Nuevo radical libre Los radicales libres atraen los electrones de las sustancias de la membrana celular, es decir, los oxidan y provocan su desintegración. 1 La respiración celular es un proceso biológico que se lleva a cabo en la mitocondria. Las reacciones químicas que se producen generan radicales libres. 2 3 2 3 1 Desintegración 290 P r o h i b i d a s u v e n t a 22_SHORCIE1GM.indd 350 06/01/11 13:36 351 Recomendaciones procedimentales 4. Comente con el grupo cuáles sustancias producen radi- cales libres y pregunte a los estudiantes si conocen otras. 5. Si lo considera conveniente, realice con ellos una breve investigación sobre los ingredientes de las cremas antia- rrugas y su función. Pregúnteles cómo actúan. Vegetales Frutas Cereales integrales Té verde Los radicales libres son sustancias que aceleran el envejecimiento celular porque dañan la membrana de las células. Molécula estable Los antioxidantes son sustancias que neutralizan la oxidación. Nuestro cuerpo los produce, pero también se pueden consumir en alimentos naturales y en algunos a los que de manera artificial se le adicionan. Al donar sus electrones, los antioxidantes se oxidan y neutralizan el efecto de los radicales libres frenando la reacción en cadena. Una vez que el antioxidante donó su electrón, la molécula se inactiva. El hábito de fumar Grasas de origen animal Exposición prolongada a radiación solar Consumo excesivo de sal En el adulto, las células se regeneran con menor velocidad. A partir de los 45 o 50 años la piel comienza a arrugarse y a endurecerse. En la vejez, la oxidación celular se incrementa y las células mueren. Los radicales libres se producen también por: Los antioxidantes o agentes reductores son sustancias que neutralizan la acción de los radicales libres porque son donadores de electrones. 291 P r o h i b i d a s u v e n t a 22_SHORCIE1GM.indd 351 06/01/11 13:36 352 Intención pedagógica Recomendaciones procedimentales 1. Lea con sus alumnos el texto para asegurarse de que todos entendieron el tema. Pregúnteles si tienen dudas acerca del contenido. Después pídales que contesten de manera individual. 2. Atienda las dudas de los alumnos. Con esta actividad se busca que los alumnos apliquen e integren habilida- des, actitudes y el conocimiento quí- mico adquiridos en este bloque para identifcar sus logros personales y del trabajo en equipo. Ponte a prueba 292 Analiza el texto y luego contesta los reactivos. El petróleo es una fuente fósil de energía y la más utilizada en el planeta, pero está próxima a agotarse. Ade- más, la combustión de sus derivados es el principal generador de gases invernadero, principalmente el CO 2 . Cuando un automotor quema gasolina, uno de los derivados del petróleo, cuya molécula contiene 8 carbonos, se genera una gran cantidad de CO 2 y se consume O 2 del aire. La reacción que se lleva a cabo es ésta: 2C 8 H 18 + 25O 2 16CO 2 + 18H 2 O Octano oxígeno dióxido de carbono agua Lo anterior ha llevado a la necesidad de buscar fuentes alternas para producir energía. En algunos años, pre- dominarán las energías solar, eólica y geotérmica; para los transportes, los combustibles líquidos serán, según opinión de los especialistas, los biocombustibles. El desarrollo de los biocombustibles comenzó a mediados de la década de 1970 con el bioetanol, a partir de la caña de azúcar en Brasil, y del maíz, en Estados Unidos de América. Mientras tanto, la producción de biodiesel se inició en 1990. En 2007 se publicó que la extensión de áreas usadas para producir la materia prima para los biocombustibles podría aumentar la emisión de CO 2 del suelo y de la biomasa existente. Adicionalmente, la demanda de los biocombustibles infuye en el alza de los precios de los alimentos en el mundo. La segunda generación de biocombustibles produce bioetanol celulósico a partir de cualquier tipo de bioma- sa vegetal, desde desechos agrícolas o madereros hasta cultivos específcos. Dentro de los biocombustibles de segunda generación están el bioetanol, el octanol y el metanol. Una de las principales ventajas del uso de bioetanol como combustible para los automotores es que, aunque se genera CO 2 durante su combustión, la cantidad es menor si se compara con la emitida por la quema de gasolina. CH 3 CH 2 OH + 3O 2 3CO 2 + 3H 2 O Bioetanol oxígeno dióxido de carbono agua 1. ¿Qué hipótesis debes plantear si quisieras realizar una investigación sobre los benefcios que los biocombustibles tienen sobre los combustibles derivados del petróleo? 2. Al comparar la reacción de la combustión del octano con la del bioetanol, ¿cuáles afrmaciones son correctas? A. En la combustión del octano se consume mayor cantidad de oxígeno. B. En la combustión del octano se produce menor cantidad de agua. C. En la combustión del bioetanol se consume menor cantidad de oxígeno. C. En la combustión del bioetanol se produce mayor cantidad de agua. P r o h i b i d a s u v e n t a Los biocombustibles ofrecen más benefcios que los combustibles derivados del petróleo porque reducen el CO2 del ambiente. 22_SHORCIE1GM.indd 352 06/01/11 13:36 353 Recomendaciones procedimentales 3. Guíelos para que comprendan el esquema del proceso de fabricación de biocombustible. 4. Invítelos a que, luego de resolver la autoevaluación, de manera individual anoten en el cuaderno las acciones que pueden realizar para mejorar su desempeño. 293 3. ¿Qué importancia tiene para la humanidad el desarrollo de fuentes alternas de energía de las provenientes del petróleo? 4. Los primeros biocombustibles fueron elaborados a partir de maíz y caña de azúcar, ¿por qué era importante desarrollar una nueva generación de biocombustibles? 5. Observa el esquema del proceso de fabricación de biocombustibles y contesta. Se utilizan las semillas de una planta oleaginosa (ej. porotos de soja). Se vuelcan las semillas en una prensa. El aceite obtenido se lo mezcla con solvente para alivianar la mezcla. Se le agrega soda cáustica logrando una reacción química. Finalmente el líquido obtenido se lo purifca. El biocombustible está listo para llevar al surtidor. 1 2 3 4 5 Fabricación de biocombustible ¿En qué partes del proceso se contemplan cambios físicos y en cuáles cambios químicos? El petróleo se obtiene de la corteza terrestre, al realizar perforaciones profundas e instalar pozos. ¿Qué ven- tajas observas en la producción de biocombustibles respecto de la obtención del petróleo? P r o h i b i d a s u v e n t a Las fuentes de energía que provienen del petróleo son altamente contaminantes. Además, el petróleo es un recurso no renovable. Por la demanda de alimentos, los precios aumentan y puede haber escasez, lo que ocasionaría problemas más graves. En las primeras etapas se observan los cambios físicos porque se prensan las semillas para obtener el aceite. En las siguientes etapas, en las que se producen los cambios químicos, se obtiene el biocombustible añadiendo solventes a la mezcla. El biocombustible se purifca para poder utilizarlo. Las ventajas de producir biocombustible son que no se daña el suelo al realizar perforaciones, no se utiliza maquinaria pesada, se contamina menos el ambiente, mayor facilidad de extracción, no interfere con la vida animal, es menos tóxico y es más fácil prevenir y controlar un accidente. 23_SHORCIE1GM.indd 353 06/01/11 13:36