Quimica 10 - Apuntes 1-10 PDF

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Quimica General de Santilana para grado 10....

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química César Humberto Mondragón Martínez Luz Yadira Peña Gómez Martha Sánchez de Escobar Fernando Arbeláez Escalante Diana González Gutiérrez

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HIPERTEXTO QUÍMICA 1 Para educación media, es una obra colectiva, concebida, diseñada y creada por el Departamento Editorial de Santillana S.A. Directora de Educativas Directora Editorial Equipo editorial

Autores

Ana Julia Mora Torres Fabiola Nancy Ramírez Sarmiento Isabel Hernández Ayala. Coordinadora de contenidos Clara María Sánchez Sánchez. Editora ejecutiva del área de ciencias naturales. Ana María Díaz Bohórquez. Editora júnior del área de ciencias naturales. César Augusto Buitrago Piñeros. Asistente editorial del área de ciencias naturales. César Humberto Mondragón Martínez Licenciado en Química. Universidad Pedagógica Nacional. Experiencia Docente de Química. Instituto Pedagógico Nacional. Director Práctica Docente. Universidad Pedagógica Nacional. Luz Yadira Peña Gómez Licenciada en Química. Universidad Pedagógica Nacional. Especialista en Análisis Químico Instrumental. Pontificia Universidad Javeriana. Especialista en Evaluación Educativa. Universidad El Bosque. Experiencia Docente de Química. Colegio Santa María. Martha Sánchez de Escobar Licenciada en Química. Universidad Pedagógica Nacional. Experiencia Docente de Química. Fundación Gimnasio Los Portales. Fernando Arbeláez Escalante Biólogo. Universidad Nacional de Colombia. Experiencia Docente de ciencias naturales. Colegio San Carlos. Especialista en Docencia universitaria. Universidad Cooperativa de Colombia. Diana González Gutiérrez Licenciada en Química. Universidad Pedagógica Nacional. Magíster en educación. Pontificia Universidad Javeriana. Experiencia Coordinadora de área y docente de Química. Colegio Santa María. La persona encargada de avalar este texto desde el punto de vista de la disciplina específica y desde su pedagogía fue Johan Manuel Calderón Rodríguez. Biólogo. Maestría Ciencias - Biología. Universidad Nacional. El especialista encargado de avalar este texto desde la equidad de género y de su adecuación a la diversidad cultural fue Evelio Castillo Pulido. Especialista en Ética y pedagogía de valores. Pontificia Universidad Javeriana. Las pruebas de campo del texto fueron realizadas por el Departamento de Investigación de Editorial Santillana bajo la dirección de Ximena Galvis Ortiz. Se ha hecho el máximo esfuerzo por ubicar a los propietarios de los derechos de autor. Sin embargo, si es preciso efectuar alguna rectificación, la Editorial determinará los arreglos pertinentes. Agradecimiento especial al Colegio Corazonista H.H. del Sagrado Corazón, al docente José Omar Restrepo Franco a los estudiantes Luis Mahecha, Beatriz Goyeneche, Pamela Torres y Jhonnatan Retamozo por su colaboración para la realización de los trabajos de laboratorio.

Equipo gráfico y técnico

Iván Merchán Rodríguez. Coordinador Creativo y Diseñador del modelo gráfico y carátulas Carlos Ernesto Tamayo Sánchez. Coordinador de Arte Educativas Martha Jeanet Pulido Delgado, Orlando Bermúdez Rodríguez. Correctores de estilo Alveiro Javier Bueno Aguirre. Coordinador de soporte técnico Luis Nelson Colmenares Barragán. Documentalista gráfico y de escáner Luis Alberto Tamayo Sánchez, Pedro William Velásquez García, César Alfonso Murillo Díaz, Sandra Patricia Acosta Tovar, Hugo Armando Castrillón Toro. Diagramadores Claudia Marcela Jaime Tapia. Documentalista Francisco Sánchez, Danilo Ramírez Parra, Diomedes Guilombo, Armando Rosales Ortiz. Ilustradores Tulio Pizano, Carlos Díez Polanco, Harold Cárdenas, Jorge Hernán Vallejo González, William Torres, Gustavo Rodríguez, Ana María Restrepo, Javier Jaime Sánchez, Agencia García Pelayo, S. L., David Lenin. Fotógrafos Corel Stock, Photo Library, Getty images, Casa de la imagen, Archivo Santillana. Fotografía Francisco Rey González. Director de producción © 2010 EDITORIAL SANTILLANA S.A. Calle 80 No. 9-69 Bogotá, Colombia I.S.B.N. 978-958-24-1430-6 Obra completa I.S.B.N. 978-958-24-1431-3 Edición para el estudiante I.S.B.N. 978-958-24-1432-0 Edición para el docente Este libro está elaborado de acuerdo con las normas ICONTEC NTC-4724 y NTC-4725 para textos escolares. Depósito legal en trámite Impreso en Colombia por Prohibida la reproducción total o parcial, el registro o la transmisión por cualquier medio de recuperación de información, sin permiso previo por escrito de la editorial.

PRESENTACIÓN DEL MODELO HIPERTEXTO QUÍMICA 1 De la serie HIPERTEXTOS SANTILLANA, es una nueva propuesta pedagógica que responde a los lineamientos curriculares y a los estándares básicos de competencias exigidos por el MEN. Tu Hipertexto te permitirá potenciar tus capacidades de manera que puedas manejar los conocimientos propios de esta área, aproximarte al conocimiento como científico natural y desarrollar compromisos personales y sociales. ¡Tu Hipertexto hace tu aprendizaje más dinámico!

¿Qué hay en tu hipertexto? Estos hipervínculos. Cuando los veas debes saber que cada uno de ellos te indica que, además de lo que hay en la página, vas a encontrar: Una evaluación que Una dirección de Internet para Mayor información para ampliar tus te permitirá verifiprofundizar en un tema. conocimientos sobre temas especícar tus capacidades ficos. Además, en algunos casos, te y el aprendizaje de sugiere realizar más actividades para los contenidos de reforzar los conceptos trabajados. cada unidad.

Una presentación o un video que te ayudará a comprender mejor los temas desarrollados.

Este enlace te invita a consultar en nuestra página web la sección de laboratorios. Allí obtendrás el formato para la presentación de tu informe de laboratorio.

Para acceder a esta información debes consultar la página: www.santillana.com.co/hipertextos Un método para que desarrolles destrezas en la comprensión de los contenidos propios de las Ciencias Naturales.

Comprender para aprender

Unas HIPERPÁGINAS que, a través de infografías e imágenes llamativas, te permitirán establecer relaciones entre procesos o descomponer un todo en sus partes para conocerlas en detalle.

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CONTENIDO

UNIDAD 1. Introducción a la química Tema 1. Generalidades 1. La química a través de la historia 2. ¿Cómo trabajan los científicos? 3. La medición 4. Temperatura y calor Desarrollo de competencias Tema 2. Materia y energía 1. Propiedades de la materia 2. Transformaciones de la materia

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3. Clases de materia 4. Separación de mezclas 5. La energía ■ Desarrollo de competencias ■ Actividades ■ Ciencia  Tecnología La química está en todas partes ■ Laboratorios

UNIDAD 2. Estructura atómica Tema 1. El átomo: conceptos básicos 1. El átomo a través del tiempo 2. Algunas propiedades de los átomos ■ Desarrollo de competencias Tema 2. Modelo atómico actual 1. Antecedentes 2. El modelo de Bohr 3. El modelo de Sommerfeld 4. Hacia un modelo mecánico-cuántico de la materia 5. Arquitectura electrónica ■ Desarrollo de competencias Tema 3. Los átomos y la tabla periódica 1. Primeras clasificaciones de los elementos 2. Tabla periódica moderna 3. Algunas propiedades físicas y químicas de los elementos de la tabla periódica

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4. Algunas propiedades periódicas Desarrollo de competencias Tema 4. El enlace químico 1. ¿Qué mantiene unidos a los átomos? 2. El enlace iónico 3. El enlace covalente 4. Sólidos metálicos 5. Fuerzas intermoleculares 6. Arquitectura molecular: formas geométricas de las moléculas ■ Desarrollo de competencias ■ Actividades ■ Ciencia  Tecnología Del Big Bang al origen de los elementos químicos ■ Laboratorios ■

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UNIDAD 3. El lenguaje de la química Tema 1. Nomenclatura química 1. Los símbolos y las fórmulas químicas a través de la historia 2. Valencia y número de oxidación 3. Función química y grupo funcional 4. Radicales ■ Desarrollo de competencias Tema 2. Reacciones y ecuaciones químicas 1. Representación de los fenómenos químicos 2. Clases de reacciones químicas 3. Balanceo de ecuaciones 4. Métodos para balancear ecuaciones 5. Las reacciones químicas y la energía

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6. Ecuaciones termoquímicas Desarrollo de competencias Tema 3. Cálculos químicos 1. Cálculos basados en las ecuaciones químicas 2. Leyes ponderales 3. Cálculos estequiométricos 4. Cálculos químicos en los que intervienen gases ■ Desarrollo de competencias ■ Actividades ■ Ciencia  Tecnología Extracción minera y sus efectos ambientales ■ Laboratorios ■

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UNIDAD 4. Estados de agregación de la materia Tema 1. Conceptos básicos 1. Fuerzas de atracción entre moléculas 2. Los gases 3. Los líquidos 4. Los sólidos ■ Desarrollo de competencias Tema 2. Los gases 1. Propiedades de los gases 2. Teoría cinética de los gases 3. Leyes de los gases

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146 4. Principio de Avogadro 5. Ecuación de estado o Ley de los gases ideales 6. Gases reales 7. Difusión de gases: ley de Graham ■ Desarrollo de competencias ■ Actividades ■ Ciencia  Tecnología Pantallas y termómetros de cristal líquido ■ Laboratorios

UNIDAD 5. Las soluciones Tema 1. El agua y las soluciones 1. El agua 2. Concepto de solución 3. Solubilidad ■ Desarrollo de competencias Tema 2. La concentración de las soluciones 1. Definición de concentración 2. Unidades de concentración 3. Diluciones ■ Desarrollo de competencias

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Tema 3. Propiedades coligativas de las soluciones y de los coloides 1. Propiedades coligativas de las soluciones 2. Coloides ■ Desarrollo de competencias ■ Actividades ■ Ciencia  Tecnología El agua, un líquido poco común ■ Laboratorios

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4. La constante de equilibrio 5. Clases de equilibrio químico 6. Factores que afectan el equilibrio ■ Desarrollo de competencias ■ Actividades ■ Ciencia  Tecnología Contaminación e intoxicación por metales pesados ■ Laboratorios

UNIDAD 7. Equilibrio en soluciones Tema 1. Equilibrio en soluciones iónicas 1. Electrólitos 2. Equilibrios de solubilidad 3. Conceptos y teorías sobre ácidos y bases ■ Desarrollo de competencias Tema 2. Equilibrio iónico del agua 1. Ionización del agua 2. Soluciones neutras, ácidas y básicas 3. Concepto de pH 4. Concepto de pOH 5. Cálculos relativos a pH y pOH 6. Indicadores de pH 7. Sistemas reguladores de pH

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UNIDAD 6. Cinética química Tema 1. Velocidad de reacción 1. Conceptos básicos 2. Factores que afectan la velocidad de reacción ■ Desarrollo de competencias Tema 2. Equilibrio químico 1. Reacciones reversibles 2. Estados de equilibrio dinámico 3. Ley de acción de masas

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8. Titulación de soluciones 9. Ácidos polipróticos ■ Desarrollo de competencias Tema 3. Electroquímica 1. Introducción 2. Reacciones de óxido-reducción 3. Algunos procesos electroquímicos 4. Leyes de Faraday ■ Desarrollo de competencias ■ Actividades ■ Ciencia  Tecnología Pilas y baterías: energía química para la tecnología moderna ■ Laboratorios

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Anexos Proyectos científicos escolares Glosario ■ Bibliografía ■ ■

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UNIDAD 6

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Introducción a la química

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Temas de la unidad 1. Generalidades 2. Materia y energía

Para pensar… Desde la Antigüedad el hombre ha intentado entender por qué y cómo se producen los fenómenos naturales que observa a su alrededor. Este anhelo de comprensión ha dado origen a diversas corrientes de pensamiento, como la religión, el arte o la ciencia. En las páginas que siguen nos centraremos en una de las muchas ramas en las que está dividida la ciencia: la química. La química es una ciencia natural mediante la cual el hombre estudia la composición y el comportamiento de la materia, así como la relación de ésta con la energía. Pero, comprender los fenómenos naturales no solo le ha servido a la humanidad para satisfacer su curiosidad. También ha servido para mejorar la calidad de vida de las personas. Así, materiales como plásticos , pinturas o detergentes; medicamentos como la penicilina, los antiácidos o la insulina, y máquinas como los refrigeradores o los motores de combustión interna, han sido posibles gracias al creciente conocimiento que tenemos del mundo a nuestro alrededor y muy especialmente gracias a los avances alcanzados en la química.

Para responder… ■

¿Cómo evolucionó la química a través de la historia?

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¿Cómo trabajan los científicos?

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¿Qué diferencia hay entre sustancia pura y mezcla?

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¿Cómo se relacionan los conceptos de materia y energía?

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MANEJO CONOCIMIENTOS PROPIOS DE LAS CIENCIAS NATURALES

1. Generalidades En este tema haremos un pequeño recuento histórico sobre la química. Luego, explicaremos en qué consiste una metodología científica y finalizaremos ilustrando algunos conceptos relacionados con la medición y sus aplicaciones en la química.

1.1 La química a través la historia Figura 1. Los egipcios fueron maestros en el trabajo de los metales.

Las primeras manifestaciones del ser humano relativas a la química se relacionan con actividades prácticas, como la cocción de alimentos y la metalurgia. Para el año 1200 a. de C. egipcios y babilonios habían alcanzado gran perfección en la aplicación de estas técnicas, siendo maestros en el manejo del vidrio y de metales como el oro, la plata y el hierro. No obstante, estos pueblos dieron poca importancia a la elaboración de una base teórica que soportara estos quehaceres cotidianos (figura 1). En el siglo VI a. de C. surgen en Grecia las primeras teorías sobre la composición de la materia, gracias a filósofos como Tales de Mileto (625-545 a. de C.) y Anaximandro (611-547 a. de C.). Sus ideas fueron retomadas más tarde por Aristóteles (383-322 a. de C.) en la denominada teoría de los cuatro elementos, según la cual, tierra, agua, aire y fuego, al combinarse conformaban la materia y definían las cualidades fundamentales de los cuerpos. Años después, en el siglo V a. de C., Demócrito y Leucipo propusieron que la materia estaba compuesta por unas partículas mínimas indivisibles, a las que llamaron átomos.

1.1.1 La alquimia (500-1600 d. de C.) Como resultado de la fusión entre el dominio técnico de los egipcios y la elaboración teórica y fi losófi ca de los griegos, surgió la alquimia. Los alquimistas, a diferencia de sus predecesores, no solo deseaban comprender el mundo natural, sino que además buscaban la perfección en sí mismos. Este ideal se hallaba materializado en el oro. Por ello, los alquimistas encaminaron gran parte de sus esfuerzos a la manipulación de los metales y de un sinnúmero de sustancias con capacidad para interactuar con éstos y especialmente a la búsqueda de la piedra fi losofal, compuesto mágico que podía transformar los metales en oro, así como proporcionar la eterna juventud. Por esta senda, desarrollaron y perfeccionaron diversos instrumentos y métodos, los cuales han llegado a nosotros a través de términos como alcohol, baño de María, alambique, destilación y sublimación (figura 2).

1.1.2 Surgimiento de la química moderna Figura 2. Laboratorio alquímico pintado por Joannes Stradanus en 1570. Los alquimistas hicieron grandes aportes al conocimiento químico.

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Para los hombres de ciencia del siglo XVIII, la teoría de los cuatro elementos ya no era suficiente para explicar la composición y el comportamiento de la materia. Por ejemplo, los avances en el conocimiento de los gases ponían en duda que el aire fuera un elemento en lugar de un conjunto de diferentes sustancias.

Componente: Procesos físicos

Figura 3. Ernest Rutherford realizó un valioso aporte al modelo atómico.

Figura 4. Watson y Crick propusieron el modelo original de la molécula de ADN.

Era una época en la que nada se daba por sentado, todo debía ser medido, pesado y comprobado. El representante más destacado de esa tendencia fue el químico francés Antoine Lavoisier (1743-1794), quien sentó las bases de la química moderna, al establecer que la materia no se crea ni se destruye, sino que se transforma, y demostrar que el aire, el agua y el fuego no eran elementos.

1.1.3 Siglos XIX y XX Durante el siglo XIX la investigación en química se centró en dilucidar la naturaleza de la materia. Así, John Dalton (1766-1844) presenta la primera propuesta consistente sobre la estructura atómica, que luego es complementada por Ernest Rutherford (1871-1937) (figura 3), con lo cual empieza a entreverse que el átomo se compone de partículas más pequeñas y que no es indivisible, como lo indica su nombre. Basado en estos trabajos, Niels Bohr (1885-1962) propone el sistema planetario del átomo, modelo precursor del aceptado actualmente. Basado en todo el conocimiento acumulado sobre los elementos químicos, Dimitri Mendeleiev (1834-1907) organiza la tabla periódica de los elementos, con base en sus pesos atómicos. El siglo XX es un período de grandes cambios. En 1905, Albert Einstein (1879-1955) presenta la teoría de la relatividad, con lo cual sacude las bases teóricas de la física y la química. En las primeras décadas del siglo, los esposos Marie y Pierre Curie estudian el fenómeno de la radiactividad y descubren dos nuevos elementos: el radio y el polonio. En la segunda mitad del siglo XX la atención de los químicos se enfoca hacia el estudio de las partículas subatómicas y la fabricación sintética de diversos materiales, como los plásticos y los superconductores. Finalmente, el misterio de la vida encabeza las investigaciones en genética y biología molecular. Así, en 1953, Francis Crick y James Watson (figura 4) resuelven la estructura tridimensional de la molécula de ADN (ácido desoxirribonucleico), base para comprensión del lenguaje de la vida. Posteriormente, en 1996, es presentado al mundo el primer organismo clonado (figura 5). Es así como la humanidad recibe el siglo XXI con un complejo pero inevitable conflicto ético relacionado con el papel de la ciencia en la sociedad.

Figura 5. La oveja Dolly: primer ser vivo clonado. © Santillana

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Generalidades

1.2 ¿Cómo trabajan los científicos? 1.2.1 Características generales

EJERCICIO

Figura 6. El trabajo en equipo es fundamental para lograr avances científicos.

Menciona tres grandes descubrimientos científicos que hayan contribuido al mejoramiento de la vida del hombre.

Figura 7. El trabajo científico requiere de cuidadosas observaciones. Estas pueden ser cualitativas o cuantitativas.

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El desarrollo del conocimiento científico, es decir, la creciente comprensión que tenemos del mundo que nos rodea, se basa en la experimentación y en el posterior planteamiento de explicaciones, que a su vez son la base para la construcción de teorías científicas. Al analizar un determinado fenómeno, intentando establecer por qué motivo se produce, qué factores intervienen en él, qué relación tiene con otros fenómenos, etc., se puede proceder de dos maneras. En algunos casos basta con realizar una descripción detallada del fenómeno, sin necesidad de hacer mediciones, por esto se dice que es un trabajo cualitativo. En otros casos, es necesario realizar mediciones, precisas y rigurosas para formular matemáticamente las observaciones y l...