De todo para la Física y Química: Cambios Químicos

TEMA 4. CAMBIOS QUÍMICOS

Trabajo de Investigación

Para acabar el tema os propongo realizar un trabajo de investigación sobre el efecto de la industria petroquímica del Campo de Gibraltar en la contaminación del Parque Natural de los Alcornocales, Sierra de las Nieves y Sierra de Grazalema.

Los enlaces que podéis consultar son los siguientes:
http://geofireg.ugr.es/pages/profesorado/gomez_zotano/lluviaacida/!

http://www.nodo50.org/ecologistas.cadiz/EACadiz/sitioEACadiz/lluviacida.html

1. Cambios Físicos y Químicos

Comenzamos el tema repasando los cambios físicos y químicos.
Tarea 1. ¿Podrías decir cuáles de estos cambios son físicos y cuáles químicos?

Tarea 2. En esta web realizaremos dos actividades interactivas que nos ayudarán a diferenciar los cambios físicos de los químicos.
En el siguiente vídeo se muestran diversas reacciones químicas donde se pueden apreciar las características que sirven para identificarlas como reacciones. Es decir, cambios de color, precipitados, formación de gases, liberación de energía en forma de luz y cambios de temperatura.
Solo una aclaración, también se muestra en el vídeo una filtración y una destilación, y estas son cambios físicos, así que no confundirlos con reacciones químicas.

Tarea 3: En el vídeo anterior, ¿qué cambios se producen que nos indican que está ocurriendo una reacción química?
- Reacción de ácidos y bases.
- Precipitación del cloruro de plata.
- Obtención del acetileno.
- Descomposición del dicromato de amonio.
- Combustión.
- Reacciones que emiten luz.

Tarea 4: Vamos al laboratorio

Vamos a realizar una serie de experimentos en el laboratorio. Para cada uno de ellos deberemos elaborar nuestro propio guión de la práctica. Los apartados que debe tener son los siguientes:
1. Título
2. Materiales
3. Procedimiento ¿Qué hay que hacer?
4. Explicación ¿Qué ha sucedido?
5. Cuestiones (se responderán las cuestiones que yo os plantee)

Experimento 1. ¿Cómo podemos obtener oxígeno?

Cuestiones:

- ¿Cómo reconoces que está ocurriendo una reacción química?

- ¿Qué reacción química ha tenido lugar?

- ¿Cómo hemos detectado la presencia de oxígeno?

- ¿Para qué hemos añadido el dióxido de manganeso?

Experimento 2. Inflamos un globo con cáscara de huevo y vinagre

Cuestiones:

- ¿Cómo reconoces que está ocurriendo una reacción química?

- Describe lo que observas cuando reacciona la cáscara de huevo con el vinagre.

- ¿Por qué se inflará el globo?

- ¿Qué propiedad tiene el CO2 para que apague la vela?

- Investiga la relación entre el CO2 y los extintores

Experimento 3. Reconocemos sustancias ácidas y básicas
Pero, ¿qué son los ácidos y bases? ¿Dónde se encuentran en nuestras casas?

Cuestiones:

- ¿Cómo reconoces que está ocurriendo una reacción química?

- ¿Qué color dan los ácidos a la antocianina? ¿Y las bases?

- Según la respuesta anterior, clasifica las sustancias utilizadas en el experimento en ácidos o bases.

- ¿Puedes explicar por qué suele usarse bicarbonato o sal de frutas para aliviar la acidez de estómago (ardor)?

2. Reacciones Químicas

Hemos visto que los cambios químicos también se llaman reacciones químicas. En una reacción química tenemos unas sustancias iniciales, denominadas reactivos, que se transforman en otras nuevas llamadas productos.
Para representar una reacción química se utiliza la ecuación química. En ella se escriben las fórmulas de los reactivos a la izquierda, se dibuja una flecha que indica el sentido del proceso y se coloca a la derecha las fórmulas de los productos. De forma general una ecuación química se representaría del siguiente modo:

Por ejemplo, cuando quemamos gas natural en la cocina, los reactivos son el metano y el oxígeno, y los productos son dióxido de carbono y vapor de agua. Se trata de una reacción química porque aparecen sustancias nuevas.

Y la formación del agua podríamos representarla:

Ley de Conservación de la masa y ajuste de ecuaciones.
En las reacciones químicas se cumple la ley de conservación de la masa. Según esta ley, en una reacción la suma de la masa de los reactivos es igual a la suma de la masa de los productos.
Para el ejemplo de la formación del agua, tendríamos que 4 g de H₂ reaccionan con 32 g de O₂para dar 36 g de H₂O.
¿Cómo podemos explicar esta ley?
Como vemos en los ejemplos anteriores delante de la fórmula de los reactivos y productos aparecen unos números, llamados coeficientes estequiométricos, que nos indican el número de moléculas implicadas en esa reacción.
En el caso de la formación del agua, 2 moléculas de hidrógeno reaccionan con 1 molécula de oxígeno para dar 2 moléculas de agua.

2H₂ + O₂ → 2 H₂0

Esta ecuación se dice que está ajustada porque el número y tipo de átomos en los reactivos y en los productos es el mismo. Por este motivo la masa de los reactivos y de los productos es igual. Es decir, la masa se conserva porque los átomos son los mismos, solo que reordenados de forma diferente.
En la ecuación tenemos:

Reactivos: 2H₂ → 4 átomos de H y O₂ →2 átomos de O.

Productos: 2 H₂0 → 4 átomos de H y 2 átomos de O.

Con esta web interactiva vamos a aprender a ajustar ecuaciones químicas sencillas.

Tarea 5. Escribe la ecuación química de las reacciones representadas en la siguiente imagen y comprueba que la ecuación está ajustada:

Tarea 6:
a) Realiza modelos con plastilina de las siguientes reacciones químicas ajustadas y dibújalos en tu cuaderno.

b) Luego, ve a la web interactiva y comprueba que están bien ajustadas.

1. NO → N₂ + O₂

2. C + O₂ → CO

3. CH₂O + H₂ → CH₃OH

4. CO₂ → CO + O₂

5. CH₃OH → CO + H₂

Tarea 7: Comprobamos experimentalmente la ley de conservación de la masa en el laboratorio.

BÚSQUEDA DE INFORMACIÓN EN INTERNET PARA LA REALIZACIÓN DE TRABAJOS DE INVESTIGACIÓN

Hemos visto que no es tan fácil realizar una búsqueda de información que realmente sea útil, relevante e importante. Esto lo hemos podido comprobar al tratar de explicar la experiencia de realizada en el laboratorio de "hervir agua en la campana de vacío".

Después de realizar la búsqueda nos hemos quedado con los siguientes recursos, en los que nos basaremos para tratar de dar una respuesta desde el punto de vista de la TCM.

- ¿Qué sucede con el agua en el espacio?

Con esta web aprenderemos muchas cosas interesantes, no solo por qué hierve el agua al hacer el vacío.

- Y con el siguiente vídeo también podremos ver cómo conseguir hacer hervir el agua sin alcanzar los 100ºC y sin campana de vacío.

TEMA 3. ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA

Estados de agregación de la materia

¿Puedes observar los tres estados de la materia en esta imagen?

Vamos a usar la siguiente web para comprender los tres estados de la materia, cómo se explican sus propiedades con la Teoría Cinética y cómo se producen los cambios de estado.

Estados de la materia

Para ayudarte a comprender los cambios de estado veremos el siguiente vídeo:

Una buena imagen para recordar los cambios de estado:

Y para acabar con esta parte os dejo una animación para trabajar la curva de calentamiento en un cambio de estado.

Curva de calentamiento del agua

Y con esta imagen además observas cómo están las partículas de cada estado según la Teoría Cinética.

Tarea:
a) Observa la gráfica anterior y descríbela paso a paso.
b) ¿Cuál es la temperatura de fusión? ¿Y la de ebullición?
c) De qué sustancia se trata?

Vamos ahora a realizar una serie de activades para las cuales vamos a necesitar los siguientes datos.

Sustancia	Punto de Fusión (ºC)	Punto de Ebullición (ºC)
Hidrógeno	-259	-252
Mercurio	-39	357
Agua	0	100
Naftaleno	80	218
Azufre	113	444
Hierro	1535	2600

Tarea:

1. Se calienta un cierto sólido y se obtienen los siguientes datos:

a) Construye la gráfica temperatura-tiempo

b) ¿En qué estado físico se encuentra la
sustancia en el minuto 3? ¿Y en el 9? ¿Y en el 13?

c) ¿De qué sustancia se trata?

Tiempo (min)	Temperatura (ºC)
0	23
2	53
4	83
6	113
7	113
10	113
12	130

2. Se enfría un líquido y se obtienen los siguientes datos.

a) ¿De qué sustancia se trata?

b) ¿En qué estado físico se encuentra en el minuto 1? ¿Y en el 5? ¿Y en el 11?

Leyes de los gases

Antes de comenzar a estudiar las leyes de los gases vamos a tratar de explicar la presión que ejerce un gas.

Pasamos ahora a estudiar las leyes de los gases que relacionan la presión, la temperatura y el volumen de un gas.

Ley de Boyle

Esta ley dice que la presión de un gas es inversamente proporcional al volumen (a temperatura constante). Es decir,

- Si el volumen aumenta, entonces la presión disminuye.

- Si el volumen disminuye, entonces la presión aumenta.

Ley de Charles

Esta ley establece que el volumen que ocupa un gas es directamente proporcional a la temperatura ( a presión constante). Es decir,

- Si la temperatura aumente, entonces el volumen aumenta.

- Si la temperatura disminuye, entonces el volumen disminuye.

Ley de Gay-Lussac

Esta ley establece que la presión de un gas es directamente proporcional a la temperatura ( a volumen constante). Es decir,

- Si la temperatura aumente, entonces la presión aumenta.

- Si la temperatura disminuye, entonces la presión disminuye.

Tarea 1

Responde ahora a las siguientes cuestiones.

1. a) ¿Por qué hay que medir la presión de los neumáticos cuando están fríos?

b) ¿Con qué ley está relacionada? Explícalo.

2. a) ¿Qué ocurre cuando llevamos una bolsa de patatas a la sierra? ¿Por qué crees que ocurre?

b) ¿Con qué ley está relacionada? Explícalo.

Tarea 2

Ahora vamos a realizar ejercicios numéricos de las tres leyes. Aquí podrás descargarte la relación de ejercicios.

Relación de ejercicios Leyes de los gases.

Tema 2: La Materia

Os comparto los apuntes que hemos usado durante el tema.

Hemos empezado el tema trabajando los conceptos de materia y sus propiedades. Nos hemos centrado en dos propiedades generales, la masa y el volumen y a partir de ellas hemos estudiado la densidad.
De la densidad sabemos que es específica y la hemos obtenido de forma experimental en el laboratorio. Para ello hemos usado la siguiente guía de trabajo:

Práctica de laboratorio para calcular densidades

Ahora vamos a seguir trabajando con la densidad y para ello vamos a realizar una serie de ejercicios de cálculo que podréis ver aquí.

Ejercicios de densidad

Y para acabar con la densidad os dejo un enlace a un vídeo que nos dará pistas sobre la pregunta de nuestra pequeña investigación para este tema: ¿Por qué flotan los barcos si están hechos de metal?

Clasificación de la materia

Continuamos con el siguiente apartado del tema. Para ello recordamos que la materia es todo aquello que tienen masa y volumen. Además sabemos que la materia está formada por unas partículas muy pequeñas llamados átomos. En la actualidad se conocen 118 tipos diferentes de átomos, a los que llamamos elementos (los que aparecen en la tabla periódica)

A la porción de materia que elegimos para su estudio la denominamos sistema material, que puede ser:

En la siguiente actividad interactiva podrás comprobar tus conocimientos sobre lo aprendido en este apartado.

Actividad para poner a prueba tus conocimientos

Has podido ver la diferencia entre un simple esquema y un mapa conceptual. Para crear mapas conceptuales como este puedes usar una aplicación online muy sencilla. Pincha en la imagen para acceder a cmap cloud.