QUÍMICA

Procesos de la Materia

Grado 10

MÓDULO 4

TABLA DE CONTENIDO

Módulo IV – Procesos de la materia

ü  Instrucciones de ejecución                                                          

ü  Objetivos del módulo                                                                    

ü  Formación de compuestos y nomenclatura                                    

ü  Enlaces químicos                                                                         

ü  Reacciones químicas                                                                    

ü  Cantidades químicas                                                                    

ü  Referencias   

Bienvenido al Módulo IV del curso de Química. 

Este módulo le guiará para el desarrollo de las destrezas y conceptos principales dentro del estudio de los procesos dinámicos que le ocurren a la materia.  Para empezar, es importante que tenga acceso a una computadora con servicio de internet.  Esto le servirá para la búsqueda de información y el análisis de los temas desarrollados en este módulo.  A continuación, unos pasos que le ayudarán a ejecutar correctamente:

ü  En cada tema encontrará una información conceptual.  Deberá leer dicha información para luego realizar actividades de aplicación.

ü  Las actividades de aplicación son variadas.  En algunas ocasiones se le requerirá que vaya a alguna página de internet para buscar información.  En ese caso, la dirección aparecerá en las instrucciones de la actividad.

ü  Las ciencias son una disciplina práctica, por lo que también se le requerirá realizar varios procedimientos experimentales sencillos con materiales de fácil acceso.  Una vez termine la experiencia, deberá realizar un informe de laboratorio, siguiendo las instrucciones que aparecerán en cada actividad.

ü  Recuerde que debe ser cuidadoso y guardar precauciones de seguridad en todo momento al realizar los experimentos asignados.

ü  Siga trabajando los temas en el orden establecido, ya que el curso está preparado y organizado para cumplir con el tiempo lectivo de noventa horas (22.5 horas por módulo).

Espero que esta experiencia de aprendizaje sea fructífera y que podamos lograr los objetivos del curso de Química de undécimo grado.

Objetivos generales

·       El estudiante logrará obtener conocimiento de la química, como rama de las ciencias físicas.

·       El estudiante logrará reconocer las características y los cambios que le ocurren a la materia.

·       El estudiante logrará tomar decisiones para la solución de situaciones de la vida diaria

·       El estudiante podrá explorar intereses profesionales orientados a las ciencias.

Objetivos específicos del Módulo IV

Revisa los fundamentos del origen del nombre de los elementos y las reglas de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) para asignarles nombres y símbolos.

Describe los procesos por los cuales las sustancias se combinan para formar compuestos.

Reconoce que la diversidad de la materia surge de la formación de compuestos químicos a base de un número relativamente pequeño de elementos.

Utiliza la distribución electrónica en los átomos para determinar la forma en que éstos reaccionan entre sí para formar compuestos.

Describe la formación de iones positivos y negativos.

Explica la formación de los compuestos iónicos y los compuestos covalentes.

Representa compuestos iónicos y covalentes usando fórmulas químicas a partir de los símbolos de los elementos.

Escribe e identifica el nombre o la fórmula de compuestos iónicos, compuestos covalentes y ácidos usando las reglas de nomenclatura.

Predice el tipo de enlace que se forma entre dos o más átomos basándose en la propiedad de electronegatividad.

Aplica la regla del octeto para explicar la formación de enlaces covalentes.

Explica la formación de enlaces iónicos con modelos atómicos, estructura de símbolos electrónicos (diagramas de Lewis), diagrama orbital y configuración electrónica.

Reconoce que en la Química se utilizan símbolos operacionales para representar cantidades, eventos y objetos.

Utiliza ecuaciones para representar reacciones químicas y ecuaciones iónicas netas.

Aplica la ley de conservación de energía para explicar sus transformaciones de una forma a otra.

Evalúa el proceso que ocurre durante una reacción química en términos de las transformaciones de la energía química.

Explica cómo la energía de activación es necesaria para que una reacción química ocurra.

Identifica reacciones químicas que demuestran la absorción y liberación de energía.

Explica que el calor absorbido o liberado en una reacción química proviene de la energía total involucrada en el proceso de formar y romper enlaces.

Contrasta entre la formación de una mezcla o la ocurrencia de una reacción química, luego de juntar dos o más sustancias.

Aplica el concepto mol para calcular fórmulas empíricas, moleculares y de hidratos y relaciones estequiométricas.

Compartiendo electrones

No todos los compuestos son iónicos.  También hay ocasiones en las que no ocurre una transferencia de electrones, sino que éstos se comparten para formar un compuesto y hacer los elementos más estables. 

La fuerza de atracción que permite la formación de este tipo de compuestos se conoce como enlace covalente.  Los compuestos que se forman como resultado, son compuestos covalentes.  El agua es un compuesto covalente importante.  El agua está hecha de hidrógeno y oxigeno, que forman una molécula.  La molécula es la forma más simple de un compuesto y presenta las propiedades de dicho compuesto. 

 Hay ocasiones en las que en los compuestos covalentes se comparte más de un electrón, como es el caso del compuesto dióxido de carbono.  A continuación un diagrama de puntos de Lewis para dicho compuesto:

Compuestos importantes para la vida

El agua, el dióxido de carbono y la sal son algunos de los compuestos importantes para la vida.  El ser humano es setenta por ciento agua, por eso es tan importante este líquido en nuestras vidas. 

El dióxido de carbono es un gas importante que abunda en la atmósfera.  Este gas es limpiado por las plantas, mediante el proceso de fotosíntesis y convertido en oxigeno, ya que el ser humano no puede tener altos niveles de dióxido de carbono en la sangre, porque sería tóxico y fatal.  Sin embargo, es un gas importante para el ciclo de energía entre plantas y animales.

Nomenclatura de compuestos

La nomenclatura es un sistema que se utiliza para dar nombre a los compuestos.  Se basa en una serie de reglas establecidas.  A continuación una explicación detallada de algunas reglas de nomenclatura y cómo se utilizan:

Pasos para nombrar compuestos

Ejemplo I: Nombra el compuesto que se forma por los iones cloro y sodio.

1.     Establece la carga de ambos iones.  Para esto, verifica el grupo de la tabla al cual pertenecen.  En este caso, el cloro (Cl) pertenece al grupo 7.  A los elementos de este grupo les falta un electrón de valencia para adquirir la configuración de un gas noble, por lo que su carga es -1.  En el caso del sodio (Na), la carga es +1.

2.     Haz un diagrama con líneas que representen el numero de carga de cada ion de la siguiente forma:

  Cl                 Na

3.     Une las líneas de carga de cada ion.  En este caso la carga está balanceada, pero hay ocasiones en que sobran líneas de carga.  En ese caso, deberá continuar añadiendo iones hasta que la carga del compuesto quede balanceada.

   Cl                 Na

4.     Para escribir el nombre del compuesto, coloca primero el ion con carga negativa y luego el de carga positiva.  Al ion de carga negativa le añades uro al final, de la siguiente forma: cloruro de sodio.  Para los compuestos de oxigeno, no se usa el sufijo uro, sino que se un forma un óxido, como el óxido de hierro.  En la fórmula de este ejemplo, el ion positivo se escribe primero como se muestra: NaCl

 Ejemplo 2 – Escribe el nombre del compuesto que se forma con bromo y calcio.

    Br                           Ca

 Br

Hacen falta dos iones de bromo para uno de calcio, por lo que la fórmula sería: CaBr₂. El número 2 representa los dos iones de bromo que hacen falta para que el compuesto esté balanceado.

TRABAJO 1 – Poema concreto de un compuesto

Información conceptual

TEMA: FORMACIÓN DE COMPUESTOS Y NOMENCLATURA

Regresemos nuevamente a estudiar la estructura sub microscópica de la materia, para poder entender cómo es que los átomos se combinan para formar compuestos.

Regla del octeto

Sabemos que cuando los átomos interactúan, lo hacen con sus electrones, que es la parte externa.  Ya habíamos mencionado que los átomos buscan una estabilidad.  Para conseguirla, necesitan tener ocho electrones en el último nivel energético u orbital de valencia.  Con esto, logran la configuración electrónica de un gas noble.  Lo anterior se conoce como la regla del octeto.

Transferencia de electrones

Cuando los electrones de dos átomos interactúan, éstos se pueden transferir.  En el caso de un compuesto muy común, NaCl (sal de mesa), el sodio transfiere su único electrón de valencia al cloro, para que éste tenga una configuración de gas noble y se cumpla la regla del octeto. 

Una vez esto ocurre, ya el átomo no es neutral y se convierte en un ión.  Un ión es un átomo o grupo de átomos que tienen una carga como consecuencia de la pérdida o ganancia de electrones.  Los iones siempre surgen como consecuencia de una transferencia de electrones y se unen mediante un enlace iónico.  Los iones pueden ser positivos (cationes) o negativos (aniones).  Un compuesto de iones se llama compuesto iónico.

TRABAJO 2 – Nomenclatura de compuestos

Instrucciones: Ofrece el nombre y la fórmula de los compuestos que se forman a partir de

las parejas de iones que se presentan: Valor 20 puntos

·       yodo y hierro

·       cloro y cromo

·       azufre y cobre

·       oxigeno y astato

·       oxigeno y selenio

·       cloro y fósforo

Información conceptual:

TEMA: ENLACES QUÍMICOS

Enlaces covalentes

Por su parte, un enlace covalente es el que se forma como resultado de un compartir de electrones

 entre dos átomos.  El agua y el azúcar son compuestos covalentes que tienen esta estructura de

 enlace.  Los átomos unidos por enlaces covalentes, comparten electrones

Se puede utilizar un diagrama de puntos de Lewis para representar los compuestos iónicos

y los covalentes de la siguiente forma:

Ejemplo 1: Compuesto iónico - NaCl

Ejemplo 2: Compuesto covalente – H₂O

TRABAJO 1 – Diagrama puntos de Lewis

Instrucciones: Dibuje el diagrama de puntos de Lewis para los siguientes compuestos.

Valor 15 puntos

1.     CO₂

2.     PbI₂

3.     NO₃

Información conceptual:

TEMA: REACCCIONES QUÍMICAS

Ecuaciones químicas

Para poder entender lo que sucede en una reacción química, es necesario hacer uso de símbolos

y números que la expresen.  Una ecuación química es una representación en símbolos de una reacción química.  Por ejemplo, la ecuación para la reacción del “baking soda” y el vinagre es la siguiente:

= = HC₂H₃O₂ + NaHCO₃                  NaC₂H₃O₂ + H₂O + CO₂

                           Reactivos                                       Productos

Tipos de reacciones químicas

Las reacciones de síntesis son aquellas en las que se combinan dos o más sustancias para formar un compuesto.  Sintetizar significa “hacer algo nuevo”.  Por su parte, una reacción de descomposición es lo contrario.  Es cuando se deshace un compuesto en sustancias más simples.

En las reacciones de desplazamiento simple y doble, se observa un cambio en el orden de los compuestos.  Las reacciones de combustión son todas aquellas en las que el oxigeno se combina para formar óxidos.

Pasos:

1.     Primero debemos observar y separar los elementos que hay a cada lado de la ecuación y

la cantidad de átomos de cada uno, de la siguiente forma:

1.     Observe que para esta ecuación la cantidad de átomos de sodio y cloro en el lado de los

reactivos y los productos es la misma.  Esta ecuación está balanceada.

Ejemplo 2: Veamos la reacción que ocurre cuando el zinc se une al ácido clorhídrico.

] Zn (s) + HCl (aq)              ZnCl₂ (aq) + H₂ (g)

1.       Debes saber que los símbolos que están dentro de paréntesis en una ecuación representan el estado físico de ese elemento.  En este caso, (s) para sólido, (aq) para acuoso y (g) para gaseoso. 

       Esto es importante sólo para conocer el estado de la sustancia, pero no necesitas esa información para balancear.

] Zn (s) + 2 HCl (aq)          ZnCl₂ (aq) + H₂ (g)

TRABAJO 1 – Repaso de conceptos

Instrucciones: Conteste las siguientes preguntas sobre el tema de reacciones químicas.

1.     ¿Qué pasa con los átomos de los elementos envueltos en una reacción química? (5 puntos)

2.     Explique la siguiente frase usando base científica: En una reacción, los átomos se conservan. (5 puntos)

3.     Menciones otros ejemplos para los signos de una reacción química.  (5 puntos)

4.     Busque en internet información sobre el concepto: energía de activación.  ¿Qué es y para qué se necesita? (5 puntos)

TRABAJO 3 – Práctica de balanceo de ecuaciones

Instrucciones: Balancee las ecuaciones usando la técnica del tanteo. Valor 20 puntos.

1.      H₂O              H₂ + O₂

2.      NaOH + CO₂           Na₂CO₃ + H₂O

3.      MgCl₂ + AgNO₃           Mg (NO₃)₂ + AgCl

4.      C + O₂            CO₂

Información conceptual:

 En una reacción química es importante hacer el cálculo de las masas de los átomos y moléculas

 que intervienen en la reacción.  Para eso debemos conocer primero el concepto masa molecular.

Masa molecular

La masa molecular M, es la suma de las masas atómicas de los átomos que componen la molécula. 

 Por ejemplo: H₂O

·          La masa atómica relativa del hidrógeno es 1 y la del oxigeno es 16.  Para saber eso, verificamos

   la masa atómica del elemento en la tabla periódica. Como hay dos átomos de hidrógeno,

       debemos multiplicar la masa de H primero.  La masa molecular del agua será 16 + (2 x 1) = 18. 

El mol

Un mol se define como la cantidad de sustancia.  El mol de cualquier sustancia equivale a la masa

 molecular expresada en gramos (g).  Por ejemplo: H₂O

·       La masa molecular del agua es 18.  Un mol de agua son 18 g de agua.

Cálculo de la cantidad de sustancia

Podemos calcular la cantidad de sustancia (moles) que hay para cierta masa de cualquier sustancia

con la siguiente fórmula:   

Ejemplo: Hallar la cantidad de sustancia que hay en 36 gramos de agua.

 La masa molecular del agua es 18.  Por tanto, 1 mol de agua son 18g

Cálculos estequiométricos en las reacciones químicas

Cuando leemos una ecuación química podemos tener información sobre el tipo de átomos y

moléculas que intervienen y sobre el número de moles que reaccionan.

Pasos a seguir

1.     Escribir la ecuación química del proceso expresando la fórmula de los reactivos y los productos y balancear la ecuación.

2.     Establecer las relaciones derivadas de los coeficientes estequiométricos  del balanceo de la ecuación.

3.     A partir de las masas moleculares de las sustancias que intervienen, establecer las relaciones

     entre las masas.

4.     Partiendo de los datos conocidos y aplicando la fórmula matemática, determinar las cantidades desconocidas.

Calculo de masas

Ejemplo: En la reacción de oxigeno e hidrógeno para formar agua, calcular la masa de hidrógeno que reacciona con 10g de oxigeno.

      1.     Primer paso es escribir y balancear la ecuación.

                2 H₂ + O₂                    2 H₂O                  

2.  Se indica debajo la cantidad de sustancia (mol) de cada sustancia que interviene en la reacción.

 2 H₂  +  O₂                    2 H₂O

                    2 mol + 1 mol             2 mol

3.       Calcular la cantidad de sustancia de la que tenemos datos. A partir de aquí podremos calcular cualquier dato que nos pidan. En este caso, 10g de O₂.  

4.       Ahora, calculamos la cantidad de H₂.  Para ello, hacemos una relación entre la cantidad de H₂ y O₂ que reacciona.  Según los coeficientes de la reacción balanceada, 1 mol de O₂ reacciona con 2 mol de H₂.

 5.       El último paso es para calcular la masa es gramos de H₂, sabiendo que son 0.6 mol.

 TRABAJO 1 – Masa molecular

Instrucciones. Calcula la masa molecular de los siguientes compuestos. Valor 24 puntos.

1.     NaCl

2.     H₂SO₄

3.     Na₂SO₄

4.     HCl

5.     PbI₂

6.     NH₃

7.     Na₂CO₃

8.     FeCl₂

TRABAJO 2 – Usando los moles

Instrucciones: Resuelve los ejercicios a continuación.  Valor 20 puntos

1.     Determina la masa de H₂SO₄ producida cuando 1 mol de H₂O reacciona con 1 mol de SO₃ en la siguiente reacción:

 H₂O + SO₃        H₂SO₄

2.     Determina la masa de ZnSO₄ producida en la reacción, si 2 mol de Zn reaccionan con 2 mol de CuSO₄.

 Zn + CuSO₄         ZnSO₄ + Cu

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