Química 4º Media

Quimica inicio_12ene_Quimica 1 medio 26-07-11 13:54 Pgina 1
TEXTO
DEL
ESTUDIANTE
QUMICA
Educacin Media
SILVINA IRIBERRI DE DAZ LICENCIADA EN EDUCACIN Y PROFESORA DE QUMICA PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATLICA DE CHILE.
ROMINA MARTNEZ ORELLANA LICENCIADA EN CIENCIAS CON MENCIN EN QUMICA, UNIVERSIDAD DE CHILE. MAGSTER EN FISICOQUMICA MOLECULAR, UNIVERSIDAD ANDRS BELLO.
El Texto del Estudiante Qumica 4, para Cuarto Ao de Educacin Media, es una obra colectiva, creada y diseada por el Departamento de Investigaciones Educativas de Editorial Santillana, bajo la direccin general de: MANUEL JOS ROJAS LEIVA COORDINACIN DE PROYECTO: Eugenia guila Garay COORDINACIN REA CIENTFICA: Marisol Flores Prado AUTORES: Silvina Iriberri de Daz Romina Martnez Orellana EDICIN: Patricia Ortiz Gutirrez REVISIN DE ESPECIALISTA: Jos Toms Lpez Vivar Matas Carrasco Kind Franklin Rosales Salazar Pablo Valds Arriagada Sonia Valdebenito Cordovez CORRECCIN DE ESTILO: Isabel Spoerer Varela Astrid Fernndez Bravo Marcela Len Squadrito Gabriela Precht Rojas DOCUMENTACIN: Paulina Novoa Venturino Mara Paz Contreras Fuentes La realizacin grfica ha sido efectuada bajo la direccin de VERNICA ROJAS LUNA COORDINACIN GRFICA: Carlota Godoy Bustos COORDINACIN GRFICA LICITACIN: Xenia Venegas Zevallos JEFE DISEO REA CIENCIAS: Sebastin Alvear Chahun DIAGRAMACIN: Gina Casas Hernndez Loreto Figueroa Lizana ILUSTRACIONES: Juan Esteban del Pino Briceo Marcelo Cceres vila Luis Parraguez Tudela lvaro Carrasco Saa FOTOGRAFAS: Csar Vargas Ulloa Archivo Editorial CUBIERTA: Xenia Venegas Zevallos PRODUCCIN: Germn Urrutia Garn
Que danri gu ro sa men tepro hi bi das,sinlaau to ri za cines cri tadelosti tu la resdel "Copy right",ba jolassan cio neses ta ble ci dasenlasle yes,lare pro duc cinto talo par cialdees taobraporcual quierme dioopro ce di mien to,com pren di dosla re pro gra fayeltra ta mien toin for m ti co,yladis tri bu cinenejem pla resdeella me dian teal qui leroprs ta mop bli co.
2010,bySantillanadelPacficoS.A.deEdiciones Dr.AnbalArizta1444,Providencia,Santiago(Chile) ImpresoenChileporWorldColorChileS.A. ISBN:978-956-15-1756-1 InscripcinN:197.837 Setermindeimprimiresta1edicinde 112.000ejemplares,enelmesdediciembredelao2010. www.santillana.cl
PRESENTACIN
El texto Qumica 4, para Cuarto Ao de Educacin Media, tiene el propsito de ayudarte a entender temas de gran inters actual, como la composicin y aplicacin de los polmeros naturales y sintticos, la radiactividad en el contexto de la tecnologa nuclear y los procesos productivos vinculados a la industria qumica, aplicando en el estudio de ellos los conocimientos adquiridos en los aos anteriores. As conocers la qumica del carbono aplicada a los procesos de produccin de plsticos y fibras sintticas y a los procesos que hacen posible la vida en nuestro planeta. Comprenders cmo se producen las reacciones nucleares, tema muy vigente e interesante, y podrs advertir las diferencias de estas con las reacciones qumicas que ocurren en nuestro entorno. Por ltimo, conocers el objetivo principal de la industria qumica y los procesos que hacen posible obtener las materias primas que se utilizan en la fabricacin de productos. En tu ltimo ao escolar, es nuestro mayor anhelo ofrecerte un Texto que te ayude a comprender mejor los procesos que ocurren en el mundo que te rodea y enteder cmo la Qumica influye en nuestra sociedad.
Presentacin
I 3
ORGANIZACIN
DEL
TEXTO
DEL
ESTUDIANTE
El Texto del Estudiante Qumica 4 se organiza en cuatro unidades, cuyos tipos de pgina presentan la estructura y las caractersticas que a continuacin se describen.
INICIO
DE
UNIDAD
Doble pgina, que incluye imgenes representativas de los principales temas que estudiars en la Unidad. Introduccin Breve texto que te aproxima a los contenidos que se abordarn en la Unidad. Lo que s Incluye preguntas relacionadas con las imgenes de estas pginas y con el contenido central de la Unidad. Lo que aprender Esquema que presenta los aprendizajes esperados de la Unidad, y los grandes temas y conceptos asociados a estos. Conversemos Te invita a comentar con tus compaeros y compaeras sobre una temtica de inters.
EVALUACIN
DIAGNSTICA
Evaluacin inicial destinada a medir los conocimientos previos necesarios para que puedas abordar la Unidad. Incluye la seccin Lo que me gustara saber, en la que podrs plantear interrogantes que sern respondidas a travs del estudio de la Unidad.
INICIO
DE UNIDAD Y DESARROLLO DE CONTENIDOS
Actividad exploratoria Actividad de indagacin parcial, a travs de la cual se inicia cada Tema de la Unidad.
Conceptos clave Significado de trminos citados en el Texto, cuya definicin facilita tu lectura.
Reflexionemos Tema relacionado con los contenidos, para que comentes y reflexiones con tus compaeros y compaeras. Rincn del debate Te invita a discutir y manifestar tus ideas frente a un tema controversial.
4 I Qumica 4
QUMICA 4
Conexin con Vinculacin de algunos contenidos qumicos con otras reas del conocimiento.
Inter@ctividad Vnculo con pginas webs relacionadas con algunos contenidos tratados.
Lectura cientfica A travs de la exposicin de un tema actual, podrs descubrir cmo alguno de los contenidos de la Unidad se vinculan con la ciencia, la tecnologa y la sociedad.
Actividad A travs de ellas podrs desarrollar diversas habilidades para iniciar o consolidar el aprendizaje de los contenidos.
Ejemplo resuelto Se describen los pasos que te guiarn en la resolucin del problema propuesto. Luego, a travs de nuevos ejercicios, podrs aplicar el procedimiento aprendido.
Taller cientfico Actividad en la que trabajars como lo hacen los cientficos y cientficas, planteando hiptesis, experimentando e interpretando resultados.
Sntesis y Evaluacin de proceso Doble pgina, que cierra cada Tema, en la que se integran y evalan los principales contenidos tratados. Incluye la seccin Me evalo, mediante la cual podrs evaluar tus logros.
Organizacin del Texto del Estudiante
I 5
ORGANIZACIN
DEL
TEXTO
DEL
ESTUDIANTE
PGINAS
FINALES DE LA
UNIDAD
Sntesis de la Unidad Resumen grfico (infografa) de los contenidos de la Unidad que incluye una breve definicin o descripcin de los principales conceptos.
Qumica en la Historia Grfica lineal en la que se presentan, cronolgicamente, los aportes de algunos investigadores e investigadoras, cuyos trabajos se relacionan con la Unidad. Adems, se entrega una visin general de ciertos hechos histricos relevantes.
6 I Qumica 4
QUMICA 4
Evaluacin final Evaluacin sumativa de la Unidad, destinada a la verificacin de los aprendizajes esperados que has logrado. Incluye la seccin Lo que ahora s.
Proyecto cientfico Actividad que da trmino a la Unidad, a travs de la cual podrs desarrollar procedimientos relativos al quehacer cientfico.
PGINAS
DE ANEXOS
Informacin que te servir para apoyar tu trabajo a lo largo de las unidades.
Organizacin del Texto del Estudiante
I 7
NDICE
Unidad
La qumica de los polmeros

12 14 15 16 19 20 22 23 24
10
3. Polmeros por adicin 4. Polmeros por condensacin Taller cientfico 5. Industria de los polmeros 6. Impacto ambiental por la utilizacin de plsticos Sntesis - Evaluacin de proceso Sntesis de la Unidad Qumica en la Historia Evaluacin final Proyecto cientfico
26 30 34 36 37 40 42 44 46 49
Evaluacin diagnstica Tema 1 Introduccin a los polmeros

(Actividad exploratoria)
1. Caractersticas generales de los polmeros 2. Clasificacin de los polmeros Taller cientfico Sntesis - Evaluacin de proceso Tema 2 Polmeros sintticos
1. Historia de los polmeros sintticos 2. Clasificacin de los polmeros sintticos
Unidad
Materia y energa: radiactividad natural e inducida

92 94 95 97 98 100 102 103 104 109 110 112 118
90
Evaluacin diagnstica Tema 1 Propiedades del ncleo atmico (Actividad exploratoria) 1. Ncleo atmico 2. Qu mantiene unidas a las partculas del ncleo? Taller cientfico Sntesis - Evaluacin de proceso Tema 2 Radiactividad natural
Tema 3 Fenmenos nucleares inducidos y sus aplicaciones

120 121 122 124 125 126 136 138 140 142 145
1. Radiactividad inducida 2. Fisin nuclear 3. Fusin nuclear 4. Relacin masa-energa en las reacciones de fisin y de fusin 5. Aplicaciones pacficas de la fisin nuclear Sntesis - Evaluacin de proceso Sntesis de la Unidad Qumica en la Historia Evaluacin final Proyecto cientfico
1. Radiactividad 2. Decaimiento radiactivo y tipos de radiacin 3. Series radiactivas 4. Velocidad de desintegracin radiactiva Taller cientfico Sntesis - Evaluacin de proceso
8 I Qumica 4
QUMICA 4
Unidad
Polmeros naturales
52 54 55 56 59 60 64 66
50
1. Qu son las protenas? 2. Niveles estructurales de las protenas Taller cientfico 3. Protenas funcionales: las enzimas Sntesis - Evaluacin de proceso Sntesis de la Unidad Qumica en la Historia Evaluacin final Proyecto cientfico
67 72 74 78 80 82 84 86 89
Evaluacin diagnstica Tema 1 Carbohidratos y cidos nucleicos

1. Polmeros de inters biolgico 2. Carbohidratos Taller cientfico 3. cidos nucleicos Sntesis - Evaluacin de proceso Tema 2 Protenas
Unidad
Extraccin y procesamiento de materias primas

148 150 151 152 153 156 158 159 160 166 169 170 172 174
146
176 177 179 181 184 186 188 189 190 194 196 198 200 202 204 207
Evaluacin diagnstica Tema 1 Los materiales como materia prima (Actividad exploratoria) 1. Los minerales y sus caractersticas 2. Minerales metlicos y no metlicos 3. Etapas del proceso productivo de las materias primas Sntesis - Evaluacin de proceso Tema 2 Recursos minerales metlicos
Tema 3 Recursos minerales no metlicos (Actividad exploratoria) 1. Obtencin de carbonato de litio y de litio 2. El azufre 3. El salitre 4. El yodo Sntesis - Evaluacin de proceso Tema 4 Cermica, vidrio y cemento
1. Las cermicas 2. El vidrio 3. El cemento Taller cientfico Sntesis - Evaluacin de proceso Sntesis de la Unidad Qumica en la Historia Evaluacin final Proyecto cientfico
1. Procesos metalrgicos 2. El cobre 3. El hierro Taller cientfico 4. Otros metales de inters 5. Desarrollo sustentable Sntesis - Evaluacin de proceso
Anexo 1 Anexo 2 Anexo 3
208 209 210
Solucionario ndice temtico Bibliografa

ndice
214 221 223
I 9
UNIDAD 1_12ene_QUIMICA 26-07-11 15:11 Pgina 10
Unidad
El ser humano, imitando la forma en que la naturaleza fabrica molculas orgnicas, ha logrado sintetizar una serie de polmeros. Muchos han bautizado el siglo XX como la era del plstico, debido al explosivo desarrollo de la industria del plstico y la comercializacin de nuevos materiales sintticos, con atractivas propiedades qumicas y fsicas que no estn presentes en los productos naturales, y que, de alguna manera, han desplazado la utilizacin de estos ltimos. La produccin de materiales sintticos se ha incrementando con el transcurso del tiempo, respondiendo a las necesidades de una sociedad altamente industrializada.
Lo que s
Lee y comenta las siguientes preguntas con tus compaeros y compaeras. 1. Por qu crees que al siglo XX se le ha llamado la era del plstico? 2. Qu polmeros sintticos conoces? Seala tres. 3. Conoces los efectos ambientales que provoca el uso indiscriminado de polmeros sintticos? Comntalos. 4. Qu diferencias hay entre los polmeros que se obtienen de la naturaleza y aquellos que son sintetizados por el ser humano? Explica. 5. Qu caractersticas crees que comparten los polmeros naturales y los artificiales?
10 I Unidad 1
Lo que aprender
Reconocer las estructuras de polmeros orgnicos y las unidades que intervienen en su formacin. Comprender cmo ocurre la formacin de polmeros a travs de reacciones de adicin. Distinguir las diversas propiedades fsicas de los materiales polimricos y comprender sus aplicaciones.
Tema 1 Introduccin a los polmeros Caractersticas generales de los polmeros Clasificacin de los polmeros
Tema 2 Polmeros sintticos Polimerizacin por adicin Polimerizacin por condensacin Aplicaciones y usos comerciales de los polmeros
Conversemos
Lee la siguiente informacin y, luego, comenta las preguntas con tus compaeros y compaeras. El avance en la elaboracin de productos sintticos ha provocado un aumento explosivo en la cantidad de desechos plsticos que se eliminan anualmente, lo que ha llevado a distintos pases a tomar medidas que reduzcan la produccin y utilizacin de estos productos. En pases como Estados Unidos y el nuestro se est incentivando el remplazo de las bolsas plsticas de los supermercados por las de papel y gnero, ya que los residuos plsticos pueden permanecer por dcadas o siglos sin destruirse, debido a su alta resistencia a la corrosin, al agua y a la descomposicin bacteriana; todo esto convierte a los plsticos en residuos difciles de eliminar y, consecuentemente, en un grave problema ambiental. 1. Qu opinan sobre la medida adoptada por algunos pases respecto del uso de bolsas plsticas? 2. Qu desventajas tiene para el medioambiente la utilizacin de productos cuyo proceso de degradacin tarda mucho tiempo? 3. Averigen qu estrategias se han diseado para reducir la cantidad de desechos plsticos y analicen cul de ellas sera posible de aplicar en el lugar donde viven. Luego, comntenlas en el curso.
I 11
Gentileza Cona ma, Comisin Nacional de Me dio Ambiente.
EVALUACIN
DIAGNSTICA
I Observa la estructura molecular del isooctano y, luego, responde por escrito.

1. Cuntos tomos de carbonos primarios, secundarios, terciarios y cuaternarios tiene el isooctano? Explica.
H3C CH H3C C H2 H3C C CH3 CH3
2. Cul es el nombre oficial, segn lo establecido por la IUPAC, para el isooctano? 3. Si sabemos que el elemento carbono presenta una particularidad muy importante, que es su capacidad de hibridacin (reordenamiento electrnico), qu tipo de hibridacin presentan todos los tomos de carbono de este isooctano? 4. Cul es la valencia y el ngulo de enlace que tiene el tomo de carbono cuaternario del isooctano?
Isooctano
II Observa las estructuras de los siguientes aminocidos y responde.

A
O H2N CH C OH
H
O H2N CH C OH CH3 Alanina (Ala)
Glicina (Gly)
1. Seala los grupos funcionales que estn presentes en cada molcula. Cules son las principales diferencias entre estos dos aminocidos? 2. Marca el carbono de ambas molculas y represntalo tetradricamente. 3. Dibuja la estructura de la molcula que resultara al unir estos dos aminocidos a travs de una reaccin qumica.
III Identifica y escribe los grupos funcionales existentes en la siguiente molcula.

O H
N
O OH
O OH
12 I Unidad 1
UNIDAD 1 EVALUACIN DIAGNSTICA
IV Seala el nombre de las siguientes estructuras segn las nomenclaturas establecidas por la IUPAC.
1. 2. 3.
H2C H2C OH CH2 CHCI
4.
H
H O OH
5.
6.
H3C CH2 NH2
V Lee y analiza la informacin que se presenta en la tabla y responde las preguntas sealadas.
Tabla N 1: Comparacin de la masa molar y punto de ebullicin de algunos compuestos orgnicos.
Compuesto Metano Metanol Etano Etanol Propano Propanol
Masa molar (g mol ) 16,04 32,04 30,07 46,07 44,09 60,09
-1
Punto de ebullicin (C) -161,4 64,7 -88,6 78,4 -42,2 97,8
Fuente: Handbook of Chemistry and Physics. 84th edition (2003-2004).
1. Cul es el estado fsico de cada uno de estos compuestos a temperatura ambiente (25 C)? 2. Qu relacin hay entre el estado fsico a temperatura ambiente y las fuerzas intermoleculares que estabilizan a los compuestos indicados en la tabla? Fundamenta tu respuesta. 3. Identifica cada serie homologa presente en la tabla N 1. Luego, determina qu relacin hay entre la masa molar y el punto de ebullicin de los compuestos orgnicos de cada serie homloga.
Lo que me gustara saber

A partir de la seccin Lo que aprender, de la pgina 11, y de tus conocimientos e inquietudes, te invitamos a escribir en tu cuaderno cuatro o cinco preguntas cuyas respuestas te gustara encontrar en esta Unidad. Por ejemplo: 1. Qu es un polmero?, qu es un monmero? 2. Cul es la diferencia entre un polmero natural y uno sinttico? 3. Cules son las aplicaciones comerciales de los polmeros sintticos?
I 13
Tema
Introduccin a los polmeros
Actividad exploratoria
De qu manera la estructura que presenta un polmero puede condicionar sus propiedades fsicas?
A. Antecedentes
Los polmeros, en general, presentan propiedades fsicas diferentes a las de otras molculas orgnicas de menor tamao. El gran volumen de estas macromolculas hace que experimenten fuerzas intermoleculares sustancialmente mayores. En efecto, las cadenas de los polmeros lineales se empacan estrechamente en una forma regular, presentando un rango de temperatura en el que se funde, que es ms elevado que en polmeros formados por molculas orgnicas de menor tamao y de estructura similar; lo mismo sucede al compararlo con el rango de temperaturas en el que funde un polmero de masa similar, pero que presenta una estructura ramificada. Otro aspecto a considerar en la organizacin y estructura de un polmero es la estereoisomera. La forma del ismero cis dificulta el empaquetamiento de las cadenas moleculares, lo que genera fuerzas intermoleculares dbiles; esto explica su bajo punto de fusin en relacin al ismero trans, cuya disposicin espacial permite un empaquetamiento eficaz.
B. Hiptesis
Propn una hiptesis a la pregunta planteada inicialmente.
C. Procedimiento
Lee y analiza la informacin que se presenta en la tabla respecto de las propiedades qumicas y fsicas de tres polmeros constituidos nicamente por tomos de carbono e hidrgeno. Polmero A B C Forma del polmero Ramificado Lineal Lineal Fuerzas intramoleculares Covalente simple Covalente doble Covalente doble Masa molar -1 (g mol ) 25 000 15 000 10 000 Isomera geomtrica No presenta Trans Cis Punto de fusin (C) 150 80 60
D. Anlisis y conclusiones
Lee y responde las siguientes preguntas en tu cuaderno. 1. Qu fuerza o fuerzas intermoleculares crees que estn principalmente involucradas en la estabilidad electrnica de estos tres polmeros? 2. En cul de los tres polmeros existe mayor fuerza intermolecular?, por qu? 3. Por qu el polmero A tiene el mayor punto de fusin? 4. Por qu el polmero C presenta el menor punto de fusin? 5. Por qu el polmero B posee mayor punto de fusin con respecto del polmero C? Explica. 14 I Unidad 1
UNIDAD 1 - TEMA 1 DESARROLLO DE CONTENIDOS
1. Caractersticas generales de los polmeros
Actividad 1 1. Consigan distintos materiales de uso comn. Luego, clasifquenlos segn su origen: natural o sinttico. a. Cul de ellos servira como materia prima para la elaboracin de otros materiales? b. Elige tres materiales de origen natural; qu diferencias y semejanzas estructurales crees que existen entre ellos? 2. Observa la imagen y, luego, responde las preguntas en tu cuaderno. a. Define el concepto de monmero y polmero. b. En qu consiste el proceso de polimerizacin? c. Si cambiramos el orden de la posicin de los monmeros, qu crees que ocurrira con el polmero? Explica.
Identificar e interpretar
monmeros Polimerizacin
polmero
Es difcil poder imaginar que exista alguna relacin entre la clara del huevo, el papel, un envase de bebida desechable y el material gentico de una clula. Sin embargo, si analizamos detenidamente la estructura de las molculas que conforman cada uno de los ejemplos sealados, veremos que tienen caractersticas comunes. Por ejemplo:
Conceptos clave polmero: macromolcula formada por unidades monomricas que se repiten. monmero: unidad bsica a partir de la cual se obtiene un polmero.
todas estas molculas poseen una masa molecular muy alta, mayor a 10 000 unidades, caracterstica por la cual tambin se llaman macromolculas (de macro = grande). estn formadas por unidades estructurales que se repiten siguiendo, casi siempre, un patrn determinado. Esta particularidad les confiere el nombre de polmeros, donde cada unidad se conoce como monmero.
En la naturaleza se encuentra una cantidad considerable de polmeros que se denominan polmeros naturales. Algunos se conocen desde la antigedad, tales como el algodn, la seda y el caucho. Los polisacridos, las protenas y los cidos nucleicos tambin son polmeros naturales que cumplen funciones biolgicas de extraordinaria importancia en los seres vivos, y por ello se les llama biopolmeros. Muchos de los materiales que utilizamos a diario estn hechos de polmeros sintticos, es decir, macromolculas creadas en un laboratorio o en la industria. El polietileno de los envases plsticos, el poliuretano de las zapatillas y el rayn de una prenda de vestir son polmeros sintticos.
I 15
DESARROLLO
DE CONTENIDOS
2. Clasificacin de los polmeros

2.1. Clasificacin de los polmeros segn la estructura de sus cadenas: lineales y ramificadas
Conceptos clave punto de ataque: zona o regin donde se produce la polimerizacin. Cuando los monmeros se unen, pueden formarse largas cadenas de diferentes formas y estructuras, generndose polmeros lineales y ramificados. A. Polmeros lineales. El monmero que los genera presenta dos puntos de ataque, de modo que la polimerizacin ocurre unidireccionalmente y en ambos sentidos.
B. Polmeros ramificados. El monmero que los origina posee tres o ms puntos de ataque, de modo que la polimerizacin ocurre tridimensionalmente, es decir, en las tres direcciones del espacio.
Entre los polmeros ramificados se encuentran los que tienen formas de redes, estrellas y dendritas.
Muchas de las propiedades de los polmeros dependen de su estructura. Por ejemplo, un material blando y moldeable tiene una estructura lineal con sus cadenas unidas mediante fuerzas intermoleculares dbiles; en tanto, un material rgido y frgil posee una estructura ramificada; un polmero duro y resistente tiene cadenas lineales con fuertes interacciones intermoleculares entre las cadenas.
Actividad 2
Analizar e inferir
Lee y analiza la siguiente informacin y, luego, responde en tu cuaderno. En el mercado existen dos tipos de polietileno: uno de alta densidad (PEAD) y otro de baja densidad (PEBD). Uno de ellos presenta estructura lineal; el otro, estructura ramificada, con cadenas laterales unidas a la cadena principal carbonada. 1. Qu tipo de polietileno debiera tener una estructura ramificada?, por qu? 2. Qu estructura le confiere resistencia al polmero? Explica. 3. Si quisiramos fabricar, por ejemplo, bolsas de basura, qu polietileno usaras?, por qu?
16 I Unidad 1
UNIDAD 1 - TEMA 1 DESARROLLO
2.2. Clasificacin segn su origen: polmeros naturales y sintticos

A. Polmeros naturales. Corresponden a los polmeros que forman parte de los seres vivos, como plantas y animales. Algunos ejemplos son: almidn, caucho natural, protenas y cidos nucleicos.
Conexin con... Biologa Lee la siguiente informacin y, luego, comenta las preguntas con tu curso. En el ao 1969 se realiz el primer implante de corazn artificial a un hombre al que le daban solo algunos das e incluso horas de vida hasta el cese total del funcionamiento de su corazn. Los mdicos tratantes haban fracasado en la bsqueda de un donante de este rgano. El corazn mecnico que mantuvo con vida al paciente durante sesenta y cuatro horas fue fabricado con una resina epoxdica con cmaras de caucho de silicona. En la actualidad, el trasplante cardaco est lejos de poder satisfacer la demanda existente. En Chile, el nmero de donaciones es todava insuficiente, y pese a los esfuerzos y campaas realizados por la Corporacin del Trasplante, an muchos potenciales donantes no llegan a constituirse en donantes efectivos, y los rganos de muchos, que s lo son, no obtienen un manejo mdico adecuado que permita preservar el corazn.
Fuente: www.unimoron.edu.ar/Portals/ 0/PDF/doc-invest-tesauro-es-18.pdf
DE CONTENIDOS
Caucho natural.
B. Polmeros sintticos o artificiales. Son aquellos polmeros sintetizados a travs de procesos qumicos en laboratorios o en industrias a partir de materias primas (unidades monomricas) especficas. Algunos ejemplos son el caucho vulcanizado, el polietileno y el polister. Entre los polmeros naturales y sintticos no hay grandes diferencias estructurales; ambos estn formados por monmeros que se repiten a lo largo de toda la cadena polimrica.
Caucho vulcanizado.
Actividad 3
Seleccionar informacin y clasificar
Busca informacin sobre los siguientes polmeros: celulosa, nailon, glucgeno, seda, tefln y silicona. 1. Clasifcalos segn su origen en: naturales y sintticos. 2. Cul(es) de estos polmeros presenta(n) una estructura qumica similar? 3. Qu diferencias estructurales hay entre la celulosa y el glucgeno? Explica. 4. Seala los usos y/o funciones que tienen estos polmeros.
1. Qu ventajas tiene el implante de un corazn artificial?, qu desventajas? Averigua. 2. De qu manera la ciencia, la tecnologa y la sociedad estn presentes en la creacin de un corazn artificial? Explica. 3. Qu opinas sobre la donacin de rganos?, ests de acuerdo o en desacuerdo?, por qu?
I 17
DESARROLLO
DE CONTENIDOS
2.3. Clasificacin segn la composicin de sus cadenas: homopolmeros y copolmeros

Tanto los polmeros naturales como los sintticos estn estructuralmente formados por cadenas carbonadas en las que pueden repetirse monmeros iguales o diferentes. De acuerdo con el tipo de monmeros que constituyen la cadena, los polmeros se clasifican en: homopolmeros y copolmeros. A. Homopolmeros. Son macromolculas formadas por la repeticin de unidades monomricas idnticas. La celulosa y el caucho son homopolmeros naturales; el polietileno y el PVC son homopolmeros sintticos. B. Copolmeros. Son macromolculas originadas por dos o ms unidades monomricas distintas. La seda es un copolmero natural y la baquelita, uno sinttico. Los copolmeros ms comunes estn formados por dos monmeros diferentes que pueden generar cuatro combinaciones distintas.
Copolmero al azar Copolmero alternado Copolmero en bloque
Los monmeros se agrupan por azar. Los monmeros se ubican de manera alternada. Los monmeros se agrupan en bloque, en forma alternada. Se parte de una cadena lineal formada por un tipo de monmero y se agregan ramificaciones de otro monmero.
Copolmero injertado
Actividad 4
Observar y clasificar
Observa las siguientes representaciones de los polmeros y, luego, responde en tu cuaderno.

CI CH2 CH CH2 C CI Sarn CI n CH2 CH CH2 CH CH3 Polipropileno CH3 n
1. Qu semejanza(s) y diferencia(s) presentan ambos polmeros? Explica. 2. Clasifica estos polmeros segn su estructura. 3. Cul es el monmero de estos polmeros?
18 I Unidad 1
UNIDAD 1 - TEMA 1
TALLER
CIENTFICO
Cmo afecta a la estructura de un polmero natural la adicin de un agente externo?

A. Observacin Como ya estudiaste en el Tema 1, existen polmeros de origen natural y sinttico. La gelatina, por ejemplo, es un polmero natural formado por la protena de colgeno. Si se le agrega a este polmero un agente externo, como la glicerina, su estructura interna se altera, modificndose de este modo el aspecto y algunas caractersticas de la gelatina. B. Hiptesis Renanse en grupos de tres integrantes y planteen una hiptesis a la pregunta inicial. Recuerden que la hiptesis es una posible respuesta al problema de investigacin y debe ser planteada como una afirmacin factible de ponerse a prueba. C. Diseo experimental Esta etapa corresponde a la formulacin del plan de trabajo que realizarn para validar o rechazar la hiptesis. Deben considerar los materiales que se necesitan y el procedimiento. Con ayuda de su profesor o profesora, decidan cul es el ms adecuado. D. Resultados Planteen una forma para registrar los datos obtenidos. Recuerden que para ello pueden utilizar grficos, tablas y esquemas, entre otros. Registrar los resultados facilita el anlisis de estos y el planteamiento de conclusiones. E. Anlisis de resultados y conclusiones Esta etapa tiene como finalidad interpretar y analizar los resultados obtenidos para dar respuesta a la o las preguntas que dieron origen a la hiptesis, y as verificar su validez. Tengan presente que la formulacin de toda hiptesis, aun cuando deba ser replanteada, es una instancia de aprendizaje. Tips Preparen la gelatina con anterioridad al desarrollo de la actividad (una hora antes). Disuelvan 10 g de la sustancia en 250 mL de agua tibia.
Conversemos
Comenten con sus compaeros y compaeras en torno a las siguientes preguntas. 1. Participaron colaborativamente en el planteamiento y desarrollo de cada etapa? 2. Cumplieron con las tareas asignadas por el grupo? 3. Respetaron las ideas de sus compaeros y compaeras? 4. Trabajaron de forma rigurosa y ordenada? 5. Finalizada la actividad, dejaron limpio y ordenado el lugar de trabajo? 6. Verificaron la hiptesis planteada?
I 19
SNTESIS - EVALUACIN Sntesis del Tema 1
DE PROCESO
Lee y completa el siguiente esquema que resume los principales conceptos tratados en el Tema 1. Polmeros pueden clasificarse segn
La composicin de sus cadenas
Su origen
Lineales
Evaluacin de proceso I Lee las siguientes preguntas y selecciona la alternativa correcta.

1. Cmo clasificaras a un polmero cuya estructura es: ABABABABABAB? A. Homopolmero. B. Copolmero al azar. C. Copolmero injertado. D. Copolmero alternado. E. Copolmero en bloque. 2. Cul de las siguientes aseveraciones es correcta respecto de los polmeros ramificados? A. Poseen baja resistencia. B. Son polmeros rgidos y frgiles. C. La polimerizacin ocurre en forma unidireccional. D. El monmero que los origina tiene dos puntos de ataque. E. Ninguna de las anteriores. 3. Cul de las aseveraciones sobre los polmeros sintticos es incorrecta? A. Son biodegradables. B. Son macromolculas de elevado peso molecular. C. Sus estructuras pueden ser lineales o ramificadas. D. Estn formados por muchos monmeros, que pueden ser iguales o distintos. E. En la mayora, sus estructuras se basan en la de los polmeros naturales.
20 I Unidad 1
UNIDAD 1 - TEMA 1 SNTESIS - EVALUACIN DE PROCESO
4. Un polmero que se forma cuando el monmero que lo origina presenta dos puntos de ataque puede ser: I. homopolmero. II. copolmero. III. ramificado. IV. lineal. A. I y II B. II y III C. I, II y IV D. I, II y III E. Todas las alternativas son correctas.
5. Cul(es) de las siguientes alternativas representan caractersticas de los polmeros? I. Poseer un elevado peso molecular. II. Estar formados siempre por diferentes unidades monomricas. III. Estar constituidos por monmeros iguales o diferentes. IV. Provenir de molculas naturales. A. Solo I B. Solo III C. I y III D. I, II y IV E. II, III y IV
II Observa la estructura molecular de los siguientes polmeros.

Clasifcalos indicando: su origen, composicin de las cadenas y estructura de las cadenas.
O O
COCH2 CH2 O
a.
n
CH3 H2 C
Polister (Polietilentereftalato)
b.
C H2
C H
Caucho (Poliisopreno)
c.
CF2 CF2 n
Tefln (Tetrafluoretileno)
Me evalo
Completa la tabla. Para estimar tu puntaje, sigue las indicaciones que te sealar tu profesor o profesora.
Debera tem (preguntas) Puntaje Total Obtenido Qu debo hacer?
Reconocer y diferenciar los polmeros segn la composicin y estructura de sus cadenas. Clasificar los polmeros segn distintos criterios.
10
II
Segn los puntajes obtenidos, realiza las actividades que te indicar tu profesor o profesora.
I 21
Tema
Polmeros sintticos
Qu factores influyen en las caractersticas de un polmero?

A. Antecedentes
Los polmeros sintticos presentan propiedades mecnicas. Entre estas propiedades destacan la resistencia a la traccin que es la medida de la capacidad que tiene un polmero para soportar los esfuerzos de estiramiento; la tensin, que corresponde a la capacidad para resistir una fuerza de traccin sin romperse; la dureza, que tiene relacin con la resistencia del material polimrico al rayado y a la abrasin; la capacidad de elongacin, que est asociada al cambio de forma que experimenta un cuerpo cuando se somete a tensin. 3. Golpeen la muestra (materiales seleccionados) con un martillo. 4. Usando las pinzas metlicas, calienten con cuidado un trozo del material en la llama del mechero y observen lo que ocurre. 5. Presionen fuertemente los materiales y observen si estos cambian de forma. 6. Coloquen un trozo de cada material en un tubo de ensayo y agreguen 2 mL de acetona; agiten el tubo de vez en cuando. Observen durante algunos minutos lo que ocurre. 7. Coloquen el objeto de plstico bajo el chorro de agua y registren lo que ocurre.
B. Hiptesis
Plantea una hiptesis a la pregunta inicial. Luego, formen grupos de tres integrantes y consigan los materiales que se sealan.
D. Resultados
Diseen y elaboren una tabla que les permita registrar sus resultados.
C. Diseo experimental
Materiales: Varilla de vidrio, objetos de plstico (por ejemplo, envases de bebidas desechables, bolsas de basura, juguetes viejos, mangos de herramientas o sartenes, espuma de colchn, caeras de PVC), mechero, acetona (solvente inflamable, por lo que el ensayo deben hacerlo lejos de la llama), martillo, agua, diez tubos de ensayo, pipeta de 10 mL y pinzas metlicas. Procedimiento: Lean y realicen el siguiente montaje: 1. Intenten estirar cada uno de los materiales lo ms que puedan. 2. Calienten la varilla de vidrio en la llama de un mechero y luego acrquenla con mucho cuidado al material plstico. 22 I Unidad 1
E. Anlisis y conclusiones
Lean y respondan las preguntas en sus cuadernos. 1. Por qu creen que los polmeros son slidos? 2. Qu factores influyen en la dureza de un polmero? 3. Por qu algunos polmeros se quiebran con facilidad? 4. Cmo explicaran las propiedades de un elstico? 5. Por qu algunos plsticos se funden con facilidad? 6. En qu influye la estructura de un polmero? Expliquen.
1. Historia de los polmeros sintticos

La historia de los polmeros sintticos es larga. Por mucho tiempo solo se usaron polmeros naturales, como la celulosa, en la fabricacin de papel, o algodn, en la confeccin de prendas de vestir. Sin embargo, con el paso del tiempo, el objetivo fue imitar y sintetizar estos polmeros naturales. Hoy da ni siquiera nos podramos imaginar un mundo sin ellos: ropa que no se arruga, recubrimientos sintticos en baos y cocinas, partes de aparatos electrodomsticos y un sinnmero de otras cosas.
1.1. El caucho vulcanizado: uno de los primeros polmeros sintticos descubiertos
Actividad 5
Seleccionar informacin
Lee la siguiente informacin y, luego, responde en tu cuaderno. El caucho natural est constituido por cadenas de poli-cis-isopreno, que es el resultado de la polimerizacin del 2-metil-1,3-butadieno. Una de las principales propiedades de este polmero es su elasticidad. En el proceso de vulcanizacin, el caucho adquiere mayor rigidez sin alterarse su elasticidad longitudinal, obteniendo tambin una mayor resistencia trmica, a diferencia del caucho natural. 1. Averigua en distintas fuentes sobre la estructura molecular del isopreno. Explica a travs de un esquema en qu consiste el proceso de polimerizacin del isopreno. 2. Qu usos tiene en la actualidad el caucho vulcanizado? 3. Qu caractersticas estructurales permiten justificar las diferentes propiedades del caucho natural y del vulcanizado? En el pasado, solo disponamos del caucho natural, que es un polmero del isopreno o poliisopreno que se extrae de la savia o ltex de ciertos rboles tropicales nativos de Sudamrica. Este es un material pegajoso, blando cuando se le aplica calor, duro y fcil de quebrar en fro. El caucho natural se produce cuando se enlazan entre s las molculas de isopreno (2-metil-1,3-butadieno), mediante la accin de ciertas enzimas que posibilitan que todos los monmeros unidos se conformen en sus ismeros cis. El norteamericano Charles Goodyear (1800-1860) mezcl accidentalmente en una estufa caliente azufre y caucho, obteniendo as un material que no se funda ni se pona pegajoso al calentarlo, y tampoco se quebraba cuando se le someta a bajas temperaturas. Bautiz a este nuevo material con el nombre de caucho vulcanizado. El proceso se llama vulcanizacin. En l, el azufre provoca el entrecruzamiento de las cadenas del polmero, a travs de reacciones que se producen entre algunos de los dobles enlaces CC, como se muestra a continuacin:
CH3 CH3 CH2 CH CCH2 CH2 CH CCH2 + CH3 CH3 CH2 CH CCH2 CH2 CH CCH2 S S S S CH3 CH3 CH2 CHCCH2 CH2 CH CCH2 CH2 S S CH3 CH3 CH2 CH CCH2 CH2 CHCCH2 CH2 S S Caucho vulcanizado
Conceptos clave entrecruzamiento: formacin de enlaces qumicos entre las cadenas polimricas, lo que le otorga al material mayor rigidez.
S S S S S S
Poliisopreno
Azufre
I 23
DESARROLLO
DE CONTENIDOS
2. Clasificacin de los polmeros sintticos

Aunque ciertos productos sintticos ocasionan algunos problemas, como por ejemplo su eliminacin residual, por otra parte, han mejorado tanto la calidad de vida del ser humano, que actualmente son insustituibles. Por esta razn, es importante saber de dnde provienen, cmo se sintetizan y cules son sus propiedades.
2.1. Clasificacin de los polmeros sintticos segn el tipo de sntesis

Como ya mencionamos en el Tema 1 de esta Unidad, los polmeros son macromolculas que se forman a partir de la unin de monmeros. El proceso por el que se unen los monmeros se llama polimerizacin. La polimerizacin puede ser por adicin o por condensacin. A. Polimerizacin por adicin. Los polmeros se forman por la sucesiva unin de monmeros que tienen uno o ms enlaces dobles y triples.
R n R
El polipropileno es un polmero sintetizado por adicin y se emplea, entre otras cosas, en la fabricacin de recipientes para microondas.
R C C R
R R C C R R n
En esta frmula, R puede ser un tomo de hidrgeno, un grupo alquilo o algn grupo funcional, como halgeno, cido carboxlico, ster u otro. Los monmeros utilizan el enlace doble o triple para unirse entre s. En el proceso de polimerizacin de este tipo se distinguen tres etapas: iniciacin, propagacin y terminacin. La polimerizacin comienza cuando el iniciador (catin, radical libre o anin) se adiciona a un doble enlace carbono-carbono de un sustrato insaturado (un monmero vinilo) y forma un intermediario reactivo. Este intermediario reacciona con una segunda molcula del monmero y da un nuevo intermediario; este ltimo reacciona con una tercera unidad monomrica, y as sucesivamente, hasta que la cadena polimrica deja de crecer (si es una polimerizacin catinica), o si se destruyen los radicales libres (polimerizacin radicalaria), o bien, si se neutraliza el carbanin (polimerizacin aninica). B. Polmeros de condensacin. Se forman por un mecanismo de reaccin en etapas, es decir, a diferencia de la polimerizacin por adicin, la polimerizacin por condensacin no depende de la reaccin que la precede; el polmero se forma porque las unidades monomricas que intervienen son principalmente: dicidos carboxlicos, diaminas y dialcoholes. Adems, en este tipo de reacciones, por cada nuevo enlace que se forma entre los monmeros, se libera una molcula pequea, generalmente de agua.
El cloruro de polivinilo o PVC es un polmero de condensacin y se utiliza, por ejemplo, en la fabricacin de tuberas para drenaje.
24 I Unidad 1
2.2. Clasificacin segn propiedades de los polmeros sintticos

Las propiedades de un polmero son determinantes a la hora de decidir la aplicacin que se le dar. Por ejemplo, si deseamos fabricar un objeto que sea elstico, deber estar hecho de un polmero con propiedades elsticas, es decir, nos interesar principalmente su capacidad de elongacin y su resistencia a la flexin. Los polmeros sintticos se pueden clasificar segn sus propiedades fsicas y su comportamiento frente al calor. A. Segn propiedades fsicas Fibras Son hebras ordenadas en una direccin determinada, formando hilos muy resistentes, debido a que las fuerzas intermoleculares entre las cadenas polimricas son intensas. Algunos ejemplos de fibras son: nailon y polietileno. Elastmeros Son polmeros amorfos, es decir, sus cadenas polimricas tienen una orientacin irregular. Al estirarse, sus cadenas se extienden y se orientan en el sentido de la fuerza aplicada. Como sus fuerzas intermoleculares son dbiles y escasas para mantener esta orientacin, el elastmero vuelve a su forma original cuando se libera de la fuerza aplicada. Entre los elastmeros ms conocidos se encuentran el caucho sinttico y el neopreno. Plsticos Son todos aquellos polmeros que presentan propiedades intermedias entre las fibras y los elastmeros, es decir, no representan un punto de fusin fijo. Esta propiedad intrnseca permite a los plsticos moldearlos y adaptarlos a diferentes formas y aplicaciones, ya que poseen, durante un intervalo de temperaturas, propiedades de elasticidad y flexibilidad. Conceptos clave resistencia a la flexin: formacin de enlaces qumicos entre las cadenas polimricas, lo que le otorga al material mayor rigidez.
B. Con relacin a su comportamiento frente al calor Termoplsticos Se caracterizan porque sus cadenas, ya sean lineales o ramificadas, no estn unidas. Presentan entre sus cadenas fuerzas intermoleculares, que se debilitan al aumentar la temperatura, por eso se reblandecen. Son materiales rgidos a temperatura ambiente, pero se vuelven blandos al elevar la temperatura; se pueden fundir y moldear varias veces, sin que por ello cambien sus propiedades, son reciclables. Termoestables Son polmeros cuyas cadenas estn interconectadas por medio de ramificaciones ms cortas que las cadenas principales. El calor es el principal responsable del entrecruzamiento que da una forma permanente a este tipo de polmeros, y no se pueden volver a procesar. Son materiales rgidos, frgiles y con cierta resistencia trmica. Una vez moldeados, no pueden volver a cambiar su forma, ya que no se ablandan cuando se calientan, por ello no son reciclables.
Actividad 6
Aplicar
Observa la siguiente tabla. En ella se sealan algunos ejemplos de polmeros termoplsticos y termoestables. Luego, responde en tu cuaderno. Termoplsticos Polietileno Tergal Poliestireno Nailon Termoestables PVC Baquelita Plexigls Melamina 1. Qu polmero utilizaras para fabricar los siguientes artculos: cortina, gorra de bao, lentes para el sol, caeras, papel adhesivo y una cuerda? 2. Con respecto al comportamiento frente al calor, qu relacin hay entre la estructura de las cadenas y esta propiedad? Explica.
I 25
DESARROLLO
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3. Polmeros por adicin

3.1. Polimerizacin catinica: formacin del polipropileno
En 1954, Giulio Natta, siguiendo la lnea de trabajo de Karl Ziegler, logr obtener polipropileno de estructura muy regular, denominado isotctico (polmero que tiene todos los grupos metilo del mismo lado del esqueleto hidrocarbonado). Esto se logr seleccionando el catalizador apropiado para la polimerizacin. La importancia de su trabajo y el empleo de nuevos catalizadores revolucionaron el campo de la qumica industrial.
El polipropileno es una sustancia parecida al caucho. Se emplea para fabricar recipientes para microondas y alfombras artificiales.
En la polimerizacin catinica de un alqueno, el extremo por el que crece la cadena es un catin (electrfilo). A continuacin, se presentan las etapas.
Se adiciona un cido (HA) al propileno. + El protn H (reactivo iniciador) ataca los electrones del enlace doble y termina unindose a uno de los tomos de carbono. En esta reaccin se genera un ion carbonio o carbocatin (especie deficiente en electrones). Como existe una muy baja concentracin de HA, con respecto al alqueno, es improbable que el ion carbonio se encuentre con el A y sea neutralizado. En vez de esta reaccin, el ion carbonio ataca al doble enlace (alta densidad electrnica) de otra molcula de propileno, formando un nuevo ion carbonio, y as sucesivamente se va alargando la cadena y el polmero sigue creciendo. La cadena deja de crecer y ahora es posible la reaccin entre el ion carbonio y el anin.
1. Iniciacin
H CH3 + H
+
C C H H Propileno
H CH3 + A H C C + H H Anin Ion carbonio
2. Propagacin
H CH3 H C C + H H Ion carbonio H + H C C H CH3 H CH3 H CH3 H C C C C + H H H H Nuevo ion carbonio
Propileno
3. Terminacin
H CH3 H CH3 + H C C C C H H H H Ion carbonio + A
H CH3 H CH3 H C C C C A H H H H n Polipropileno
3.2. Polimerizacin aninica: formacin del cloruro de polivinilo (PVC)

El PVC (cloruro de polivinilo) fue descubierto accidentalmente por Henri Victor Regnault en el ao 1838, por medio de la exposicin directa del cloruro de vinilo a la luz del da. Sin embargo, no advirti la importancia de su descubrimiento. En 1872, Eugen Baumann fue el primero en sintetizar polmeros derivados de haluros de vinilo con propiedades fsicas relacionadas con un plstico.
El PVC es un polmero termoestable de mltiples aplicaciones. Cuando se le aade un plastificante, se torna ms flexible y sirve para fabricar flotadores.
26 I Unidad 1
La polimerizacin aninica comienza por medio de un iniciador. En este caso, el iniciador es un anin, es decir, un ion con carga elctrica negativa. Existe una gran variedad de iniciadores empleados en la polimerizacin aninica; sin embargo, el ms utilizado es el n-butil-litio (CH3CH2CH2CH2Li). 1. Iniciacin
H2 C H3C C H2 H2 C Li H3C H2 C C H2 CH2 + Li
+
El butil litio se separa para formar un anin butilo y un catin litio. La carga negativa del butilo se localiza sobre un tomo de carbono, lo que genera un carbanin.
Este carbanin reacciona con el cloruro de vinilo, inicindose as la polimerizacin. CI H H H2 H2 H2 C C C CH2 + C C C H3C C C C H3C H CI H2 H2 H2
H El carbanin resultante reacciona con otra molcula del monmero, as el proceso se repite muchas veces y de este modo la cadena se va alargando. La polimerizacin finaliza con la neutralizacin del carbanin; esta reaccin se logra a travs de la adicin de un protn proveniente del agua. De este modo se obtiene, finalmente, el cloruro de polivinilo.
2. Propagacin
H3C H2 C H2 C C H2 C H2 CI C H H CI C H C H H3C
H2 C C H2
H2 C C H2
CI CH C H2
CI C
3. Terminacin
CI H2 C H3C C H2 H2 C CH C H2 C H2 CI C H
CI
CI C H2 CH
H OH
C H2
CH
+ LiOH
Actividad 7
Comparar
Observa las etapas descritas en la polimerizacin catinica (pgina 26) y polimerizacin aninica (pgina 27) y, luego, responde en tu cuaderno. 1. Qu tienen en comn ambos tipos de polimerizacin? 2. En qu se diferencian? Explica. 3. Qu crees que ocurrira con el proceso de sntesis si se interrumpiera la etapa 2?, por qu? 4. Qu diferencias crees que hay en cuanto a las propiedades de estos polmeros? Actividad 8 En la polimerizacin aninica, el iniciador es un reactivo fuertemente nuclefilo, representado por B , es decir, afn con un sustrato deficiente de electrones. Formula un posible mecanismo de reaccin para la polimerizacin de un alqueno.
H3C H3C CH3 + B CH3
Inferir
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DESARROLLO
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3.3. Polimerizacin radicalaria: formacin del polietileno

Conceptos clave ruptura homoltica: ruptura del enlace covalente, en el que cada tomo, despus de la ruptura, se queda con uno de los electrones que forman el enlace. El polietileno fue sintetizado por primera vez en el ao 1898, por el qumico alemn Hans von Pechmann, quien, accidentalmente, calentando diazometano (CH2N2), obtuvo una sustancia blanca similar a la cera. La polimerizacin radicalaria se inicia al generarse radicales libres en el medio, especie muy reactiva y que forma intermediarios sin cargas, ya que la reaccin genera una ruptura hemoltica del enlace. Por ejemplo, la descomposicin de un perxido origina un radical libre que puede adicionarse a un alqueno, producindose un radical carbono. Veamos el caso de la polimerizacin radicalaria del etileno con el radical libre obtenido del perxido de benzolo (C6H5COO)2, para producir el polietileno.
El perxido de benzolo se descompone por efecto de la temperatura, liberando dixido de carbono y dos radicales libres, cada uno actuando como iniciador de la reaccin. La ecuacin de la izquierda representa la reaccin entre el radical libre y el etileno. En este caso, el par electrnico del doble enlace es atacado fcilmente por el radical libre, formando un nuevo radical. El radical reacciona con otra molcula de etileno, y as el proceso se repite n veces, para ir alargando la cadena.
1. Iniciacin
H H C O + C C 2 H H Radical libre Etileno O H H O C C H H
2. Propagacin
H H H O C C + n C H H H H C H H H H H O C C C C H H nH H
3. Terminacin
La sntesis del polietileno por adicin se puede resumir de la siguiente forma: H H H H H H H H O C C C C + C C C C O H H H H n H H nH H H H O C C O H H n
es decir: (CH2CH2)n, donde hemos destacado el monmero correspondiente. Las propiedades del polietileno son muy distintas a las del monmero que lo origina (el etileno). CH2 = CH2 CH2 CH2 (CH2 CH2)n CH2 CH2
La cadena termina a travs de cualquier reaccin en la que se destruyen los radicales libres, dando lugar al polmero llamado polietileno, formado por molculas con un nmero n de monmeros.
28 I Unidad 1
3.4. Aplicaciones comerciales de algunos polmeros de adicin

El siguiente cuadro indica las propiedades y aplicaciones comerciales de algunos polmeros de adicin. Polmero 1. Polipropileno Monmero Propiedades fsicas y qumicas Polmero termoplstico. Es resistente al calor, a la accin de microorganismos y a diversos solventes qumicos. Puede esterilizarse a temperaturas por sobre los 140 C, sin sufrir deformaciones. Presenta mayor dureza que el polietileno, pero menos que el poliestireno. Aplicaciones Tiene variadas aplicaciones; por ejemplo, se emplea en la fabricacin de recipientes para microondas y alfombras artificiales. Adems, se utiliza en la elaboracin de equipos de laboratorio, componentes automotores y pelculas transparentes.
CH2 = CH CH3
2. Polietileno
H C H H C H
Polmero termoplstico. Es un material traslcido y resistente al ataque de productos qumicos.
Por su resistencia al ataque de productos qumicos, es utilizado en la fabricacin de envases. Tambin en la elaboracin de implementos de escritorio, juguetes y bolsas plsticas.
3. Poliestireno
H C H H C
Polmero termoplstico, inalterable a la humedad y aislante de la corriente elctrica. En su forma de espuma es muy ligero, lo que le confiere excelentes propiedades estructurales.
En forma de espuma se utiliza para construir accesorios de cocina e, incluso, para mobiliarios. En su variedad transparente se usa para fabricar lentes.
4. PVC
Polmero termoestable, resistente a la electricidad y al calor.

CH2 = CH CI
Por su rigidez es utilizado en la fabricacin de caeras, paneles y otros objetos modelados.
I 29
DESARROLLO
DE CONTENIDOS
4. Polmeros por condensacin

En las polimerizaciones de condensacin, dos monmeros reaccionan para formar un dmero, el que, a su vez, puede seguir reaccionando (por ambos extremos) con otras molculas, alargando as indefinidamente la cadena del polmero. Algunos polmeros sintetizados por este mtodo son: poliamidas, polisteres, siliconas y resinas. A. Poliamidas. Fibra sinttica que tiene la propiedad de formar hilos que se estiran bastante sin romperse. Se pueden usar para hilar y hacer tejidos. Una de las poliamidas ms conocidas es el nailon. Este polmero se obtiene por la polimerizacin de un cido dicarboxlico (1,6-cido hexanodioico) y una diamina (1,6-hexanodiamina), segn muestra la siguiente ecuacin:
O O C(CH2)4 CNH(CH2)6 NH + n H2O n
Sntesis del nailon.
H O O HOC(CH2)4 COH + HN(CH2)6 NH2 cido 1,6-hexanodioico 1,6-hexanodiamina (cido adpico) (hexametilendiamina)
El nailon 66 fue sintetizado por primera vez por Wallace Carruthers, en la compaa DuPont, mediante el calentamiento del cido adpico con la hexametilendiamina. La designacin 66 indica el nmero de tomos de carbono de ambos compuestos. B. Polisteres. Se sintetizan de manera similar a las poliamidas, condensando un cido con un alcohol. Por ejemplo, en la formacin del polmero llamado polietilentereftalato (PET) reacciona el cido tereftlico (cido 1,4benzodioico) con el etilenglicol (1,2etanodiol), en presencia de un catalizador o bien por efecto de la presin o del calor. El grupo OH de uno de los grupos carboxilo del cido reacciona con el tomo de H de uno de los grupos hidroxilo del etilenglicol para formar un ster simple y agua (como subproducto).
n+
O OC
O C O CH2 CH2
n HOH
Estructura del polister.
Cada unidad del ster simple contiene un grupo carboxilo y un grupo hidroxilo, que pueden reaccionar con otras molculas y generar otras uniones steres y, por tanto, molculas ms grandes, que pueden seguir reaccionando, y as sucesivamente (ver estructura a la izquierda). El PET fue patentado en 1941 por John Whinfield y James Dickson. Las fuertes atracciones intermoleculares de sus cadenas polimricas le confieren la capacidad de formar hilos con una alta resistencia. A continuacin, se presenta la ecuacin de la formacin del PET, en medio cido:
O HO C
O C OH + HO CH2 CH2 OH Etilenglicol
cido tereftlico
H (medio cido)
O OC
O C O CH2 CH2 O + n HOH

n Ecuacin de formacin del PET.
30 I Unidad 1
C. Siliconas. Fueron descubiertas a principios del siglo XX por el qumico britnico Frederick Kipping. Son los polmeros inorgnicos ms comunes, donde el silicio es el tomo central, tetravalente. Su estructura presenta cadenas de tomos de silicio (Si) alternados con tomos de oxgeno (O) y unidos a grupos metilo (CH3). Presentan propiedades fsicas similares a las de las resinas y al caucho, pero son ms estables frente al calor y a la oxidacin. Las siliconas son muy poco reactivas, y por esta razn se emplean en el campo de la medicina, por ejemplo, en la fabricacin de corazones artificiales e implantes cosmticos.
Conceptos clave silicona: polmero inorgnico cuyo esqueleto principal est formado por tomos de silicio. resina: polmero que se descompone por efecto de la temperatura.
DE CONTENIDOS
CH3 n HO Si OH CH3 n H2O O
CH3 Si O CH3
CH3 Si O CH3
CH3 Si O CH3
CH3 CH3
CH3
CH3
Si Si Si O O O CH3 CH3 CH3 CH3 O O O O O Si Si Si CH3 CH3 CH3
D. Resinas. La baquelita fue la primera resina sintetizada por el qumico estadounidense de origen belga Leo Baekeland en 1907. Las resinas se caracterizan por sufrir una transformacin qumica cuando se funden, convirtindose en un slido que, si se vuelve a fundir, se descompone. La baquelita resulta de la reaccin entre el fenol y el formaldehdo (metanal). Es un polmero duro y quebradizo. La polimerizacin para obtener baquelita ocurre por condensacin, segn la siguiente ecuacin:
OH + Fenol H O H OH
Formaldehdo n
OH
OH
OH
+ H2O
Los telfonos antiguos estn hechos de baquelita.
Rincn del debate Lee la siguiente informacin y discute con tus compaeros y compaeras. En la dcada de 1950, las siliconas se hicieron famosas debido al explosivo incremento en los implantes mamarios. Los patrones de belleza impuestos por el mundo de hoy han motivado a hombres y mujeres a intervenir sus cuerpos para implantarse silicona, y as aumentar el volumen y mejorar la forma de determinadas partes del cuerpo. Qu opinas sobre los estereotipos de belleza impuestos por la sociedad?, ests de acuerdo con este tipo de intervenciones cuyo fin principal es la esttica?, por qu?
I 31
EJEMPLO RESUELTO 1 El kevlar: poliamida altamente resistente
Cul es la estructura del polmero llamado kevlar que resulta de la copolimerizacin del cido 1,4-benzodioico (a) con 1,4-diaminobenceno (b)? Cmo se clasifica el polmero formado? Qu utilidad podra tener a partir de su estructura?
a.
O HO C
O C OH NH2
b. H2N
1. Contamos con las frmulas estructurales de los monmeros y planteamos la ecuacin de polimerizacin.
O HOC O COH +
H H
El kevlar es una poliamida utilizada en la fabricacin de chalecos antibalas.
H N
N H
O C
O CN H
N + n HOH H n
2. Definimos el tipo de reaccin de polimerizacin. Ocurre una reaccin de condensacin, ya que se produce agua. El nmero de molculas de agua generado es igual al nmero de monmeros unidos (ejemplo: n) menos uno (es decir, igual n-1). 3. Clasificamos el polmero y deducimos sus posibles aplicaciones. El polmero resultante es un copolmero lineal de condensacin; se trata de una poliamida que se puede utilizar en la elaboracin de fibras textiles.
PARA TRABAJAR 1. Escribe las propiedades que debiera presentar el polmero que resulta de la condensacin de fenol y formaldehdo, segn la siguiente ecuacin de sntesis:
OH + H
O H
OH
OH OH
OH + H2O n
Fenol Formaldehdo
2. El monmero de poliisopreno es el isopreno (2- metil- 2,3- butadieno), (C5H8). Construye la reaccin de polimerizacin del isopreno y clasifcalo segn el tipo de polimerizacin.
32 I Unidad 1
4.1. Aplicaciones comerciales de algunos polmeros de condensacin

En la siguiente tabla se sealan algunas propiedades y aplicaciones de ejemplos de polmeros de condensacin. Polmero 1. Nailon 66
HO O
DE CONTENIDOS
Monmero(s)
O OH
Propiedades fsicas y qumicas Polmero termoplstico. Presenta resistencia al desgaste, al calor, al moho, a la accin de las polillas y a la abrasin. Polmero termoestable. Tiene alta resistencia qumica y trmica (427 C) y alta dureza. Estables al calor y a la oxidacin, e insolubles al agua. Son muy poco reactivas; por esta razn se emplean en medicina.
Aplicaciones Empleado en la elaboracin de fibras resistentes a la traccin. Adems, es utilizado en la fabricacin de hilo de pescar, cuerdas de guitarras, cerdas de cepillos de dientes. Se utiliza en la fabricacin de chalecos antibalas, candados para notebooks, guantes de seguridad y cascos militares.
cido 1,6-hexanodioico
H2N NH2
1,6-hexanodiamina
O HO C O C OH
2. Kevlar
cido tereftlico
H2N NH2
1,4 diaminobenceno
3. Siliconas
CH3 CH3
O Si O Si CH3 CH3
Se emplean en la elaboracin de lubricantes, selladores e impermeabilizantes de automviles. En medicina se utilizan para fabricar corazones artificiales e implantes cosmticos.
4. PET
HO
cido tereftlico
HOCH2CH2OH
OH
Polmero termoplstico. Tiene alta cristalinidad, es ligero y reciclable.
Etilenglicol
Empleado en la fabricacin de envases de alimentos, botellas de bebidas gaseosas. Al ser una fibra, tambin es utilizado en la confeccin de ropa. Se usa en la elaboracin de los mangos de algunas herramientas elctricas, conmutadores y enchufes elctricos, y en mangos de utensilios de cocina.
5. Baquelita
OH
O H H
Fenol
Formaldehdo
Polmero termoestable. Es resistente al agua, a los cidos y al calor. Es un buen aislante trmico.
I 33
TALLER
CIENTFICO
Qu propiedades esperaras encontrar en un polmero que se origina de la unin de un monmero de urea y uno de formaldehdo?
A. Observacin Como ya estudiaste en esta Unidad, la sntesis de polmeros se puede realizar de dos formas: por adicin o por condensacin. En la primera, el polmero se origina por la unin de sucesivos monmeros; en la segunda, el polmero se forma a partir de la reaccin entre dos monmeros con desprendimiento de una molcula de agua. La urea es un compuesto incoloro y cristalino, cuya frmula qumica es CO(NH2)2. Se encuentra en grandes concentraciones en la orina, ya que es uno de los productos que se obtiene del metabolismo de las protenas en los seres humanos y algunos mamferos. Este compuesto es soluble en agua y alcohol. Por su parte, el formaldehdo es un compuesto muy voltil y altamente inflamable, cuya frmula qumica es H2C=O. B. Hiptesis Formula una hiptesis a la pregunta inicial planteada. C. Diseo experimental Renanse en grupos de tres o cuatro integrantes y consigan los siguientes materiales que les permitirn realizar el procedimiento que se describe a continuacin. Materiales: - un tubo de ensayo - gradilla - pipeta de 10 mL - embudo y portaembudo - papel filtro - vaso de precipitado de 100 mL - agua destilada - 1 g de urea (CO(NH2)2) - cido clorhdrico diluido (HCl) - formaldehdo (HCHO) Procedimiento: Observen con atencin la reaccin de sntesis que realizar su profesor o profesora. Al finalizar el procedimiento anoten en sus cuadernos las caractersticas del slido formado (resina urea-formaldehdo).
34 I Unidad 1
UNIDAD 1 - TEMA 2
1. Se coloca 1 g de urea en el tubo de ensayo y luego se adiciona una solucin de cido clorhdrico diluido preparada previamente, tal como indica la fotografa A. Preparacin de la disolucin: mezclar 2 mL de HCl concentrado con 12 mL de agua destilada. 2. A continuacin, se adiciona 1 mL de formaldehdo (formalina) y se agita la mezcla en un lugar ventilado o al aire libre. 3. Se deja reposar el tubo durante algunos minutos y luego se filtra el precipitado blanco formado, tal como muestra la fotografa B. 4. Finalmente, se lava el precipitado con abundante agua y se deja secar a temperatura ambiente. D. Resultados Representen a travs de tablas o grficos los resultados obtenidos en la actividad experimental demostrativa. E. Anlisis y conclusiones Respondan las siguientes preguntas en sus cuadernos. a. Completen la ecuacin qumica que representa la siguiente reaccin.
O H2N C NH2 + O HCH
Precaucin La formalina comercial que se vende en farmacias y empresas de reactivos qumicos es una disolucin al 30% aproximadamente. Sus vapores son irritantes y txicos, por ello es necesario usar una mascarilla para no inhalarlos.
b. Identifiquen si se trata de una polimerizacin por adicin o por condensacin. c. Qu propiedades podra tener este polmero? Expliquen basndose en su estructura. d. De acuerdo con la estructura del polmero y al mecanismo de reaccin para esta polimerizacin, creen que es posible fundir este tipo de plstico? e. Tomando como ejemplo otros monmeros, propongan un diseo experimental que les permita representar este mismo tipo de polimerizacin. No olviden realizar todos los pasos descritos en estas pginas.
Conversemos
Con su grupo de trabajo comenten en torno a las siguientes preguntas: 1. Cumplieron con las normas de seguridad al momento de manipular los reactivos qumicos sealados? 2. Observaron detenidamente el procedimiento realizado por su profesor o profesora? 3. Colaboraron en la elaboracin de un nuevo diseo experimental?
I 35
DESARROLLO
DE CONTENIDOS
5. Industria de los polmeros

Inter@ctividad Ingresa a la pgina www.educacionmedia.cl/web y anota el cdigo 11Q4036. Encontrars informacin adicional sobre algunas tcnicas utilizadas en la industria de los polmeros. Selecciona dos de los mtodos cuyos mecanismos difieran entre s y elabora un cuadro comparativo. Dependiendo de la estructura qumica, los polmeros presentan un conjunto de propiedades fsicas, como ya mencionamos en la pgina 25 de esta Unidad, las que a su vez determinan el uso y aplicacin del material obtenido. Los polmeros, al estar fundidos, se pueden moldear de distintas formas, obtenindose materiales de gran utilidad, resistentes y livianos. Algunos mtodos utilizados para moldearlos son: extrusin, vaciado y conformado por vaco.
Extrusin. En este proceso, un tornillo

giratorio transporta los grnulos de plstico a unos calefactores para fundirlos, se forma un lquido espeso y pegajoso que se hace pasar a presin por una boquilla que moldea el plstico fundido, que al enfriarse se endurece. Este proceso se usa para formar tubos y lminas.
1 3 4
2 1. Grnulos de plstico. 2. Los grnulos pasan a los calefactores por presin. 3. En los calefactores los grnulos de plstico se funden. 4. Se moldea el plstico fundido. 1
Vaciado. Este proceso, tambin llamado

moldeado, da forma al plstico. Los grnulos entran a la mquina impulsados a presin. Luego, pasan a un calefactor, donde se funden. El plstico lquido es introducido en un molde, que se refrigera para solidificar el plstico. Este proceso se utiliza para fabricar cascos de ciclistas.
2 1. Grnulos de plstico. 2. Los grnulos se introducen a presin en la mquina. 3. Se funden los grnulos en un calefactor. 4. Luego, la mezcla lquida se moldea y se refrigera para obtener el producto.
Conformado por vaco. Este proceso

permite dar al plstico formas complicadas. Para ello, una lmina de plstico se coloca bajo un calefactor y sobre el molde, se calienta y luego se extrae de este el aire mediante una bomba de vaco. La lmina se ablanda con el calor y es absorbida por el molde por diferencias de presin. Al enfriarse, el plstico se endurece y toma la forma del molde. Este sistema sirve, por ejemplo, para fabricar los vasos plsticos.
1 3
1. Calefactor. 2. Molde. 3. Bajo el calefactor se coloca la lmina de plstico y se calienta. 4. La presin de aire hace que la lmina de plstico sea absorbida, tomando la forma deseada.
En la Unidad 4 de este texto profundizaremos an ms sobre los procesos industriales implicados en la fabricacin de otros materiales. 36 I Unidad 1
6. Impacto ambiental por la utilizacin de plsticos

6.1. Cdigo de identificacin de los polmeros
Con el propsito de conocer los distintos polmeros y favorecer su clasificacin, se ha difundido entre los fabricantes un cdigo de identificacin internacional. El sistema reconoce solamente los seis polmeros ms usados, que corresponden a los que se emplean en la fabricacin de casi todos los productos conocidos, y son reciclables. Se les identifica con un nmero dentro de un tringulo con flechas, indicando as que el material es reciclable. En cualquier caso, y dada la versatilidad de estos materiales, es posible encontrar un mismo tipo de polmero con aplicaciones muy diferentes. Tambin vemos distintas variedades de algunos de ellos; por ejemplo, el polietileno de baja densidad y el de alta densidad. Actividad 9
Seleccionar informacin y clasificar
Averigua en distintas fuentes sobre los seis polmeros ms utilizados que se indican en la tabla. Luego, compltala y responde en tu cuaderno. Caractersticas PET Polietilentereftalato Usos
PEAD Polietileno de alta densidad PVC Cloruro de polivinilo PEBD Polietileno de baja densidad PP Polipropileno
PS Poliestireno
1. En tu casa rene objetos plsticos en uso y desuso. Luego, clasifcalos segn los cdigos sealados en la tabla. 2. Selecciona dos de los polmeros indicados en la tabla y averigua cunto tiempo tardan en degradarse.
I 37
DESARROLLO
DE CONTENIDOS
6.2. Degradacin de los plsticos

Reflexionemos Lee y analiza la siguiente informacin y, luego, comenta con tus compaeros y compaeras. Si cada chileno genera diariamente en promedio 1 kg de residuos slidos en sus hogares. En todo Chile se produciran a diario 15 millones de kg de estos residuos, sobrepasando los 5000 millones de kg por ao. Estos desechos se depositan en rellenos sanitarios y vertederos. Las botellas plsticas forman parte de estos residuos y pueden tardar entre 400 y 1000 aos en degradarse. 1. Cul es el impacto medioambiental que puede significar la acumulacin de residuos plsticos? por qu? 2. Te preocupas de reciclar los desechos orgnicos e inorgnicos que provienen de tu hogar? Explica.
Rincn del debate Comenta esta informacin con tu grupo de trabajo. En el mercado podemos encontrar un sinnmero de productos de origen natural y sinttico. Por ejemplo, existen toallas de algodn que son mucho ms absorbentes que las de polister; sin embargo, estas ltimas son ms resistentes y duraderas. Si tuvieran que escoger entre ambos materiales de toallas, cul elegiran?, por qu? Qu es ms importante: el impacto ambiental que puede provocar la utilizacin de un producto o las ventajas que puede ofrecer determinado material? Fundamenten.
Los polmeros sintticos son materiales indispensables en la vida cotidiana; los empleamos para mantener calefaccionados nuestros hogares, para hacer ms ligeros los automviles y los computadores, para conservar ms frescos nuestros alimentos, en prendas de vestir, entre otros. Sin embargo, la explosiva utilizacin de estos polmeros ha generado consecuencias negativas para el medioambiente. Hace aproximadamente cuarenta aos, el planeta viene acumulando mil millones de desechos plsticos, lo que ha llevado a que la contaminacin por plstico sea una de las ms significativas en la actualidad. Se calcula que se producen cerca de ciento cincuenta bolsas plsticas por persona cada ao. Todo esto ha llevado a la elaboracin de nuevos materiales: degradables, biodegradables y oxo-biodegradables. Los polmeros degradables son aquellos en cuyo proceso de produccin se les agrega un aditivo que acelera la degradacin. Este aditivo hace que el plstico pierda sus propiedades fsicas; de este modo, la desintegracin acelerada no demora ms de dos aos. Por su parte, los polmeros biodegradables estn sintetizados a partir de monmeros de -glucosa (almidn) extrados del maz, y que, al igual que cualquier alimento que arrojamos a la basura, se descompone, como toda materia orgnica, en CO2 y H2O, y este proceso no tarda ms de ciento veinte das. Finalmente, los polmeros oxo-biodegradables contienen un aditivo que permite acelerar su proceso de descomposicin, hasta convertirlos en agua, CO2 y humus. Este proceso de degradacin puede demorar dieciocho meses.
38 I Unidad 1
UNIDAD 1 - TEMA 2
Lectura cientfica
Conjugados polimricos y su utilizacin como medicinas anticancergenas

Las ltimas estadsticas proporcionadas por la Organizacin Mundial de la Salud (OMS) nos informan que cada cuatro segundos muere una persona de cncer en el mundo. Por ello, resulta fundamental desarrollar nuevas y potentes drogas anticancergenas. Desde el descubrimiento de la nanociencia y la nanotecnologa (campo de las ciencias aplicadas dedicado al control y manipulacin de la materia a una escala menor que un micrmetro), el desarrollo de sistemas de transporte y liberacin controlada de molculas con actividad teraputica en los llamados conjugados polimricos ha despertado el inters de las grandes compaas farmacuticas. Se postula, cada vez con ms fuerza, que la aplicacin de la nanotecnologa en la medicina es clave para conseguir mejoras necesarias, tanto en el diagnstico como en el tratamiento del cncer. En la ltima dcada se ha observado un crecimiento exponencial, tanto en el desarrollo de estos sistemas como en la aprobacin de los mismos, en aplicaciones clnicas. La mayora son utilizados en terapias anticancergenas; sin embargo, su aplicacin clnica es mucho ms amplia, pues han sido descritos como posibles agentes inmunomoduladores antivricos o frmacos para reconstitucin enzimtica, entre otros. Dentro de los conjugados polimricos se distinguen dos grupos: los polmero-protena y los polmerofrmaco. Pese a que ambos grupos presentan una gran similitud, el objetivo o razn biolgica perseguida en cada caso es diferente, y por tanto, tambin lo son los parmetros a considerar en su construccin. Mientras que en los conjugados polmero-protena se persigue favorecer una mayor estabilidad en el suero y una disminucin en la inmunogenicidad, en los polmerofrmaco se pretende incidir en la farmacocintica del mecanismo de internalizacin celular, mejorando as la especificidad celular del frmaco de bajo peso molecular, su mecanismo de internalizacin y liberacin ptima al alcanzar el blanco molecular propuesto. En consecuencia, con bases bien establecidas y claras posibilidades para futuras mejoras, los conjugados polimricos pueden ser reconocidos como una nueva efectiva nanoterapia anticancergena.
Fuente: Tamborero, S. y Vicent, M. (2008). Conjugados polimricos y su utilizacin como nanomedicina anticancergena. Revista Iberoamericana de Polmeros, 10 (1).
Trabaja con la informacin

Lee y comenta las siguientes preguntas con tus compaeros y compaeras. 1. Cules son las ventajas de la utilizacin de conjugados polimricos? Explica. 2. En qu se diferencian los conjugados polmero-protena de los polmero-frmaco? 3. Cul es el aporte que la nanociencia y la nanotecnologa hacen a la medicina? 4. Crees que la utilizacin de estos nuevos elementos es una perspectiva viable para la salud y el bienestar de las personas?
I 39
SNTESIS - EVALUACIN
DE PROCESO
Sntesis del Tema 2

Lee y completa el siguiente esquema que resume los principales conceptos tratados en el Tema 2. Clasificacin de los polmeros sintticos
A. De acuerdo con el tipo de sntesis
B.
C. De acuerdo con su comportamiento frente al calor Fibras
Polmeros de condensacin
Termoplsticos
Mecanismo de polimerizacin
Plsticos
Catinica
Evaluacin de proceso I Lee las siguientes preguntas y responde en tu cuaderno.

1. Cules son las diferencias entre la polimerizacin por adicin y la por condensacin? Seala tres. 2. Escoge dos polmeros sintticos de adicin y dos de condensacin y construye una tabla que incluya: estructura del monmero, estructura del polmero y su nombre, propiedades fsicas y aplicaciones. 3. Seala dos ventajas y dos desventajas que tiene la fabricacin de polmeros sintticos.
II Observa las siguientes imgenes que te permitirn responder las preguntas 1, 2 y 3 de la pgina 41.
Las interrogantes 4 y 5 se responden a partir de lo aprendido en este Tema. A B C D
40 I Unidad 1
UNIDAD 1 - TEMA 2 SNTESIS - EVALUACIN DE PROCESO 1. Escribe en el recuadro la letra del artculo que corresponde al nombre del polmero del que est hecho. Nailon 66. Poliestireno. Poliisopreno. Polietileno.
2. Escribe la letra del artculo correspondiente a la estructura qumica del polmero del que est hecho.
CH3 (CH2 CH = C CH2)n (CH2 CH)n O O (HN (CH2)6 NH C (CH2)4 C)n
(CH2 CH2)n
3. Escribe la letra del artculo que corresponde a la propiedad que presenta el polmero del que est hecho. Fibra resistente y flexible. Resistente y aislante. Pegajoso y blando en caliente. Resistente y termoplstico.
4. El cloruro de polivinilo o PVC se utiliza para fabricar caeras que remplazan a las de cobre. Por qu? 5. El polietileno es un polmero termoplstico. Al polietileno de cadena lineal se le llama PEAD y se utiliza para fabricar recipientes de gran capacidad, como bidones. Al de cadena ramificada se le llama PEBD y es empleado en la fabricacin de bolsas plsticas. Por qu tienen diferentes usos?
Me evalo
Debera tem (preguntas) Total Puntaje Obtenido Qu debo hacer?
Reconocer las reacciones de sntesis que dan I (1) lugar a los polmeros. Identificar las propiedades y caractersticas de I (2) los polmeros de adicin y de condensacin. II (1, 2, 3, 4 y 5) Apreciar las ventajas y desventajas de la fabricacin de polmeros en el desarrollo de la industria qumica. I (3)
3 23 4
Segn los puntajes logrados, realiza las actividades que te indicar tu profesor o profesora.
I 41
SNTESIS
DE LA
UNIDAD
Algunas desventajas de la utilizacin y produccin de cientos de polmeros sintticos es que los residuos pueden permanecer por dcadas e incluso siglos sin degradarse; es por ello que una de las medidas para reducir el gran porcentaje de residuos plsticos es, por ejemplo, la utilizacin de bolsas de papel, ya que su proceso de degradacin tarda menos tiempo. Los polmeros de origen natural son aquellos que se obtienen de los seres vivos. Algunos ejemplos son: la celulosa, las protenas y el algodn.
El kevlar es un polmero que se obtiene por un mecanismo de condensacin. Se caracteriza por ser altamente resistente.
El caucho vulcanizado es un polmero que se obtiene por calentamiento del isopreno en presencia de azufre, generndose as un material rgido, pero con gran elasticidad y resistencia trmica.
42 I Unidad 1
UNIDAD 1 SNTESIS DE LA UNIDAD
Los plsticos, al igual que las fibras y los elastmeros, tienen propiedades mecnicas, como la resistencia, la dureza y la elongacin.
Los polmeros sintticos se obtienen a travs de procesos qumicos en laboratorios o en la industria qumica a partir de sus monmeros. Pueden clasificarse, segn su mecanismo de polimerizacin, en polmeros de condensacin o de adicin.
Los polmeros termoestables se caracterizan por ser materiales rgidos, en un amplio rango de temperatura, adems son frgiles y con cierta resistencia trmica. En cambio, los termoplsticos son rgidos a temperatura ambiente, pero se vuelven blandos y moldeables al elevar la temperatura. Se pueden fundir y moldear varias veces.
El tefln es un polmero termoplstico con propiedades antiadherentes. Se obtiene por un mecanismo de adicin.

A partir de lo aprendido en esta Unidad y lo representado en la ilustracin, lee y responde las siguientes preguntas en tu cuaderno. 1. Segn la estructura y composicin de sus cadenas, cmo se clasifican los polmeros? 2. En qu se diferencia la polimerizacin por condensacin de una por adicin? 3. Por qu las bolsas plsticas son fabricadas con polietileno?, qu propiedades presenta este polmero? 4. Qu polmero seleccionaran para la fabricacin de potes plsticos de cocina? Por qu? 5. Cul es la diferencia entre el caucho natural y el sinttico? En qu consiste el proceso de vulcanizacin?
I 43
QUMICA
EN LA HISTORIA
Charles Goodyear (1800-1860)

Inventor y comerciante estadounidense, no asisti a la universidad; sin embargo, su gusto por investigar lo llev en 1839 a mezclar accidentalmente azufre y caucho natural en una estufa caliente, y de este modo obtener un material que no se funda ni se pona pegajoso al calentarlo. Bautiz a este nuevo material con el nombre de caucho vulcanizado, en honor a Vulcano, dios del fuego. Aos ms tarde, y debido a su precaria situacin econmica, tuvo que vender su descubrimiento a una compaa liderada por Frank Seiberling.
Leo Baekeland (1863-1944)

Qumico estadounidense de origen belga. En 1907 descubri, de manera accidental, una sustancia plstica con propiedades muy diferentes a las ya conocidas, a la que bautiz como baquelita. Este polmero fue el primero de una serie de resinas sintticas que llegaron a revolucionar la economa mundial, dando inicio a la era del plstico. Gracias al xito de la baquelita, Baekeland se convirti en multimillonario, y en el ao 1940 recibi la Medalla Franklin.
Hermann Staudinger (1881-1965)

Qumico y profesor universitario alemn. Se dedic al estudio de los polmeros. En el ao 1922 public un artculo en el que utiliz por primera vez el trmino macromolcula, sentando las bases de la polimerizacin. En 1926 expone su hiptesis respecto de que los polmeros corresponden a cadenas de pequeas unidades enlazadas por enlaces covalentes. Recibi el Premio Nobel de Qumica en 1953 por sus descubrimientos y aportes en el campo de la qumica macromolecular.
44 I Unidad 1
UNIDAD 1 QUMICA EN LA HISTORIA
Karl Ziegler (1898-1973)

Qumico y profesor alemn. Se dedic al estudio de las reacciones entre algunos compuestos organometlicos, especialmente el butadieno y el litio. Descubri que los compuestos de aluminio se comportan de manera similar al etileno. Como resultado de este hallazgo, en 1953 se sintetiz el polietileno. En 1963 recibi y comparti el Premio Nobel de Qumica con el italiano Giulio Natta por sus investigaciones en el campo de la tecnologa y qumica de los polmeros.
Giulio Natta (1903-1979)

Qumico y profesor italiano. Sus primeros estudios se centraron en la creacin de nuevos mtodos de sntesis de metanol, permitindole de este modo conocer el mecanismo de estas reacciones y as mejorar la selectividad de los catalizadores. Sin embargo, a partir de la dcada de 1950 se dedic casi de manera exclusiva a la qumica de polmeros de alto peso molecular, lo que lo condujo a la obtencin de un material termoplstico: el polipropileno isotctico, que fue preparado industrialmente por primera vez en 1957. Tambin contribuy al conocimiento sobre los mecanismos de accin de catalizadores estereoespecficos y de polmeros de estructura espacial regular.
Stephanie Kwolek (1923-)

Qumica nacida en New Kensington, Pensilvania. Recin graduada de la universidad, ingres a la compaa cientfica DuPont. Su primer trabajo fue la obtencin de un precursor para la preparacin de polmeros de condensacin, promoviendo la sntesis de nuevos polmeros, incluyendo la pelcula de poliamida DuPont Kapton. Se dedic al estudio de compuestos de alto rendimiento, lo que la condujo en 1966 al descubrimiento de un material sinttico muy resistente y a la vez ligero, cinco veces ms fuerte que el acero: el kevlar, polmero altamente cristalino utilizado en la fabricacin de chalecos antibalas. Kwolek fue premiada, en 1966, con la Medalla Nacional de Tecnologa y, en 2003, fue admitida en el Saln Nacional de la Fama de las Mujeres por su capacidad creativa e inventiva.

Lee las siguientes preguntas y comenta con tu curso. 1. Qu opinas sobre el aporte realizado por Charles Goodyear?, qu piensas sobre el valor de la perseverancia manifestado por este personaje? 2. Qu consecuencias tuvo el descubrimiento del caucho vulcanizado? Explica. 3. Cul es la importancia prctica del descubrimiento del kevlar? 4. Qu importancia les atribuyes a los descubrimientos de cada uno de estos personajes? 5. Cul de los personajes sealados en la pgina te llama ms la atencin?, por qu?
I 45
EVALUACIN
FINAL
I Lee las siguientes preguntas y selecciona la alternativa correcta. 1. La forma comercial del polipropileno (PP) isotctico, se caracteriza por: A. su unidad monomrica es el isopreno (2-metil-1,3-butadieno). B. provenir de la polimerizacin entre el propileno y el eteno. C. sus grupos metilo se ubican a lo largo de la cadena en forma aleatoria. D. todos los grupos metilo se ordenan al mismo lado de la cadena. E. ser un polmero de condensacin. 2. Uno de los plsticos ms conocidos a nivel mundial es el polietileno, debido a su amplia utilizacin en la vida diaria. Respecto de l es correcto afirmar que se trata de un: A. derivado del acetileno. B. plstico sintetizado a partir del fenol. C. polmero sinttico producido por unidades repetidas de etileno (eteno). D. biopolmero constituido por monmeros de etilenglicol. E. polmero natural formado a partir del etileno (eteno). 3. Las fibras de poliamidas son utilizadas como cuerdas de alta resistencia a la tensin, debido a que estas presentan la propiedad de: A. ser moldeables. B. no conducir electricidad. C. ser qumicamente inertes. D. no deformarse fcilmente. E. alargarse sin romperse. 4. En la reaccin de polimerizacin por adicin catinica, la etapa de iniciacin se caracteriza por la formacin de un: A. carbonilo. B. electrfilo. C. nuclefilo. D. carbanin. E. carbocatin. 5. El nylon 610 es una poliamida que se obtiene a partir de la unin de la 1,6-hexanodiamina con un dicido. Cul de las siguientes alternativas corresponde al dicido en cuestin? O O [ HN ( CH2 ) 6 HN C ( CH2 )8 C ]n A. B. C. D. E. cido succnico (cido butanodioico). cido adpico (cido hexanodioico). cido pimlico (cido heptanodioico). cido subrico (cido octanodioico) cido sebcico (cido decanodioico).
6. Cul de las siguientes aseveraciones es correcta respecto de la finalidad de las reacciones de entrecruzamiento de los polmeros sintticos? A. B. C. D. E. Mayor rigidez. Menor elasticidad. Menor flexibilidad. Menor peso molecular. Mayor peso molecular.
7. Cul de las siguientes alternativas corresponde a las etapas de la polimerizacin radicalaria en forma secuencial? A. B. C. D. E. Iniciacin propagacin terminacin. Iniciacin purificacin propagacin. Iniciacin eliminacin propagacin. Iniciacin condensacin terminacin. Iniciacin propagacin purificacin.
8. Cules de los siguientes polmeros se obtienen a partir de una reaccin de adicin? I. Polipropileno. II. Cloruro de vinilo. A. B. C. D. E. Solo I Solo II I y II I, II y III I, II y IV III. Poliestireno. IV. Baquelita.
46 I Unidad 1
UNIDAD 1 EVALUACIN II Observa y analiza. 1. El cuadro muestra la relacin estructura-propiedad de los polmeros. Lee la informacin y, luego, responde las preguntas en tu cuaderno. Estructura Cadenas lineales Cadenas entrecruzadas Fuertes uniones intermoleculares entre cadenas Dbiles uniones intermoleculares entre cadenas Propiedad Alta flexibilidad (baja dureza) Alta rigidez (quebradizo) Alta resistencia Alto punto de fusin Baja resistencia Bajo punto de fusin
FINAL
a. Las fibras como el kevlar y el nailon tienen ms resistencia que dureza, casi no se deforman cuando se las somete a tensin y, en muchas ocasiones, pueden llegar a poseer una mayor resistencia a la tensin que un filamento de acero de caractersticas similares. Por qu? b. Para fabricar un artefacto que sea resistente, que absorba el impacto deformndose para luego volver a su forma original (resistencia a la traccin), puede utilizarse el caucho, en ningn caso la baquelita. Por qu? c. Qu estructura y propiedad presentan el polietileno y el policarbonato si ambos pueden soportar una gran tensin, pero no demasiada elongacin? 2. Lee e interpreta la informacin que aparece en la tabla y, luego, responde en tu cuaderno.
Tabla 2: Propiedades fsicas del polietileno segn su grado de cristalinidad
Polietileno Densidad (g cm ) Rango de fusin (C) Tensin (N cm )

-2 -3
Baja densidad (55% de cristalinidad) 0,93 100-110 1
Alta densidad (85% de cristalinidad) 0,96 133-135 6,6

th
Fuente: Handbook of Chemistry and Physics. 84 edition (2003-2004).
a. Cmo se relaciona el grado de cristalinidad con las dems propiedades de la tabla? Explica. b. Qu relacin existe entre las propiedades del polietileno de alta y de baja densidad y sus usos y aplicaciones? Explica.
I 47
EVALUACIN
FINAL
III Lee y aplica. 1. Si tuvieras que fabricar lentes de contacto y dispusieras de los monmeros que aparecen a continuacin, cul elegiras? Fundamenta tu eleccin. a.
CH3 H2C = C C CH2 CH2OH O
b.
CH3 H2C = C CH2 CH3
2. El nailon 66 es utilizado en la fabricacin de pantimedias. El nombre de este polmero se debe a que posee seis tomos de carbono en cada uno de sus monmeros. Un polmero ms resistente y con un punto de fusin ms alto que el nailon 66 se obtiene por la polimerizacin de 1,4-diaminobutano y el cido 1,6 -hexanodioico. a. Escribe la estructura de este nuevo nailon. b. Qu diferencias en cuanto a sus propiedades presentara en relacin con el nailon 66 (pgina 30)? Explica. c. Cul sera el nombre de este nuevo polmero?, por qu? 3. Elabora una tabla que incluya la siguiente informacin: los seis tipos de polmeros ms empleados, su cdigo de identificacin, usos de estos polmeros y dos caractersticas de cada uno. Seala tres ventajas y tres desventajas de la utilizacin de polmeros sintticos para el medioambiente.
Lo que ahora s
Te invitamos a que vuelvas a contestar en tu cuaderno las preguntas de la seccin Lo que s, de la pgina 10. Luego, compara tus respuestas iniciales con las sealadas en esta instancia. Adems, responde las preguntas que planteaste en la seccin Lo que me gustara saber. 1. Qu contenidos de la Unidad te resultaron ms difciles de aprender?, a qu crees que se debe? 2. Con respecto a tu respuesta anterior, cmo te hubiera resultado ms fcil aprenderlos? 3. Cules fueron los contenidos que aprendiste con mayor facilidad?, a qu lo atribuyes? 4. Cul fue la tcnica ms utilizada para aprender los contenidos de esta Unidad?
48 I Unidad 1
Proyecto cientfico
Reciclaje de residuos plsticos
Antecedentes
Tomando en cuenta que los seres humanos son los nicos responsables de la gran cantidad de residuos plsticos que se originan en nuestro planeta, cada uno de nosotros debe hacer el intento por remediar esta situacin y de este modo reducir el porcentaje de desechos plsticos que se eliminan anualmente. Para ello, algunas personas han ideado la estrategia llamada las 3-R, que consiste en:
reducir la cantidad de residuos que generamos en la casa, en el colegio o en el trabajo. reutilizar aquellos residuos que puedan ser usados nuevamente en su forma original. reciclar implica utilizar el residuo como materia prima para ser transformado en otro producto.
1. Objetivo
El propsito general de este proyecto es que ideen y apliquen estrategias o tcnicas de reciclaje de residuos plsticos al interior de sus colegios. Enuncien de manera clara y precisa los objetivos especficos del proyecto.
2. Planificacin
Para la planificacin de sus proyectos, pueden realizar previamente las siguientes acciones.
Analicen en sus propias casas la cantidad de basura plstica que se elimina diariamente. A qu porcentaje del total de basura corresponde aproximadamente? Inspeccionen los basureros de su colegio al trmino de la jornada escolar y hagan una estimacin del porcentaje de basura plstica que hay en ellos. Visiten un local de comida rpida y sorprndanse de la enorme cantidad de basura plstica que se elimina. Averigen cul es el destino de la basura plstica en su municipio. Organcense en grupos de trabajo y seleccionen informacin en diferentes fuentes sobre el reciclaje y en relacin a algunas tcnicas que podran implementar en sus colegios. Propongan una campaa de reciclaje y definan las etapas que considerarn en ella. Una vez planificadas y definidas las etapas del proyecto, realicen la experiencia. Sean rigurosos al momento de llevar a cabo el proyecto y analicen aquellos factores que no contemplaron inicialmente en el diseo del proyecto y que influyeron en sus resultados. Evalen su trabajo mediante la pauta que les indicar su profesor o profesora, e identifiquen las dificultades que tuvieron tanto en la planificacin como en la ejecucin de las etapas y las acciones que emplearon para resolverlas. A partir de los resultados obtenidos, de qu manera podran reducir la cantidad de basura plstica proveniente de sus hogares?
3. Ejecucin
4. Evaluacin y anlisis
5. Proyeccin
Unidad
I 49
Unidad
Polmeros naturales
En la naturaleza podemos encontrar una gran variedad de sustancias fundamentales que hacen posible nuestra vida o la facilitan: alimentos de origen vegetal y animal, madera y algodn. Asimismo, distintas partes de nuestro cuerpo, como el pelo, las uas, las clulas e incluso nuestro material gentico, estn constituidas por estas sustancias, las que permiten el funcionamiento de nuestro organismo. Aparentemente, no existe relacin entre ellas, pero s la hay desde un punto de vista qumico; la gran mayora de estas estructuras est constituida por macromolculas o polmeros.
Lo que s
Lee y comenta las siguientes preguntas con tus compaeros y compaeras. 1. Piensa en la estructura interna de tu pelo: cmo te la imaginas?, ser similar a la de la madera?, por qu? 2. Crees que exista relacin, desde el punto de vista qumico, entre el algodn, las papas, los tallarines y la carne? Explica. 3. Qu macromolculas o polmeros piensas que se encuentran en mayor abundancia en la naturaleza?, qu importancia tienen para los seres vivos? Fundamenta. 50 I Unidad 2
Lo que aprender
Identificar estructura, composicin y funcin de las protenas. Comprender el rol biolgico de ciertas protenas en funcin de sus estructuras. Reconocer la estructura de los cidos nucleicos y sus funciones.
Polmeros naturales
Tema 1 Carbohidratos y cidos nucleicos Monosacridos y polisacridos de inters Estructura y funcin de los cidos nucleicos Replicacin, transcripcin y traduccin de la informacin gentica
Tema 2 Protenas Estructura y propiedades de los aminocidos Niveles estructurales de las protenas Estructura y funcin biolgica de las protenas
Conversemos
Lee la siguiente informacin y, luego, comenta las preguntas con tus compaeros y compaeras. La ingeniera gentica se dedica a la manipulacin y modificacin del material gentico. Las finalidades son variables: van desde el tratamiento de enfermedades hasta fines exclusivamente experimentales. Para poder llevar a cabo estas tcnicas, fue necesario conocer la secuencia completa del ADN del ser humano. El Proyecto Genoma Humano, que se inici en 1989 y concluy en 2001, permiti develar los cdigos que contiene el cromosoma humano, secuenciando la informacin que transmite cada gen. Este hecho ha generado algunas controversias, como lo es la privacidad de esta informacin y su utilizacin como herramienta discriminatoria, al conocerse de antemano las potencialidades de una persona o las susceptibilidades a ciertas enfermedades. 1. Qu opinas sobre poder elegir, por ejemplo, los rasgos fsicos de tus hijos o guiarte por la gentica a la hora de escoger una pareja? Fundamenta. 2. Imagina que las empresas tuvieran acceso al cdigo gentico de cada persona. Qu crees que sucedera?, estaras de acuerdo o en desacuerdo?, por qu? 3. Cul sera tu postura si en la legislacin se estableciera como normativa la prohibicin de toda manipulacin gentica, exceptuando aquellas que apuntan a fines teraputicos?
Polmeros naturales
I 51
EVALUACIN
DIAGNSTICA
I Observa las fotografas y en tu cuaderno responde las siguientes preguntas.
1. Qu biopolmero se presenta en mayor proporcin en cada uno de estos alimentos: carbohidratos o protenas? 2. Seala dos caractersticas y una funcin biolgica de cada uno de estos polmeros.
II Observa las siguientes molculas y, luego, responde por escrito.

A
O C H HO H H C C C C OH H OH OH OH H H H
CH2OH C C C C O H OH OH
CH2OH Glucosa
CH2OH Fructosa
1. Qu similitudes existen entre estas molculas? Explica. 2. Qu diferencias hay entre ellas? Explica. 3. Crees que estas molculas son solubles en agua?, por qu? 4. Qu molcula se forma al unir la glucosa con la fructosa?, qu molcula se elimina a partir de esta reaccin qumica?
III Completa la siguiente tabla.

Biopolmero Protenas Polisacridos ADN ARN Unidad bsica que lo conforma Alimento en el que est presente Funcin en el organismo
52 I Unidad 2
UNIDAD 2 EVALUACIN DIAGNSTICA
IV Lee la siguiente informacin y, luego, responde las preguntas por escrito.

Determinada Asociacin de Consumidores y Usuarios, luego de realizar diversos estudios, detect en el mercado la presencia de quesos adulterados con almidn. Despus de tomar varias muestras de quesos mantecosos en diferentes puntos de venta, los anlisis de laboratorio revelaron que muchos de los productos en cuestin estaban adulterados con la citada sustancia vegetal. La norma establece que el queso debe ser preparado solo a partir de leche pasteurizada y cuajada con cultivos lcticos. La grasa y las protenas lcteas de los quesos no podrn ser sustituidas por elementos de origen no lcteo. 1. De qu manera podras comprobar que a los quesos adulterados se les agreg almidn? 2. Formula un problema cientfico y una hiptesis. 3. Propn un diseo experimental para comprobar la presencia de este carbohidrato en los quesos. Seala los materiales y el procedimiento a realizar.
V Observa y analiza los siguientes grficos. Luego, responde las preguntas.

Grfico N 1: Efecto de la temperatura en la actividad de la amilasa salival.
Actividad enzimtica (unidades arbitrarias)
Grfico N 2: Efecto del pH en la actividad de la tripsina.

Actividad enzimtica (unidades arbitrarias)
10
20 30 40 Temperatura (C)
50
8 pH
10
1. Qu son las enzimas?, cul es su funcin en el organismo? 2. Qu efectos producen la temperatura y el pH sobre la actividad enzimtica? Explica.

A partir de la seccin Lo que aprender, de la pgina 51, y de tus conocimientos e inquietudes, te invitamos a escribir en tu cuaderno cuatro o cinco preguntas cuyas respuestas te gustara encontrar en esta Unidad. Por ejemplo: 1. Qu importancia tienen para los seres vivos las protenas? 2. Qu semejanzas y diferencias podemos establecer entre una protena y un carbohidrato?
Polmeros naturales
I 53
Tema
Carbohidratos y cidos nucleicos
Qu diferencia estructural hay entre las molculas que constituyen los polmeros quitina, celulosa y almidn?
A. Antecedentes
La quitina, la celulosa y el almidn son polisacridos. Pese a que la estructura de estos polmeros est constituida por los mismos elementos qumicos, presentan diferencias en sus propiedades fsicas; por ejemplo, la quitina es ms rgida que la celulosa, y esta ltima, a su vez, es ms dura que el almidn.
B. Hiptesis
Formula una hiptesis a la pregunta inicial planteada.
C. Procedimiento
Renanse en parejas y observen las representaciones moleculares de la quitina, la celulosa y del almidn.
D. Anlisis y conclusiones
Lean y respondan en sus cuadernos. 1. Cul es la unidad fundamental que se repite en cada uno de los tres polisacridos? Expliquen. 2. El almidn es un polmero de reserva de energa; la celulosa y la quitina son los constituyentes de estructuras vegetales y del caparazn de insectos, respectivamente. Qu diferencias hay en la forma en que estn unidas las unidades elementales? 3. Qu similitud encuentran en las estructuras que estaran dando cuenta de la firmeza del caparazn de un insecto o de la corteza de los rboles en comparacin con la blandura de la harina de papa? Fjense en las uniones entre las cadenas de unidades. Sern algunas uniones ms fuertes que otras? Expliquen. 4. Qu haran para transformar la celulosa en glucosa? 54 I Unidad 2
CH3 CH3 C=O C=O CH2OH CH2OH H NH H NH O O H H H H H H O OH H O OH H H H O OH H O OH H O O O H H H H H NH H NH CH2OH CH2OH C=O C=O CH3 CH3
Quitina
Celulosa
CH2OH O H H O OH H H H OH OH H OH H H H H O CH2OH CH2OH O H H O OH H H H OH OH H OH H H H H O CH2OH O
Almidn
CH2OH O H H H O OH H O H OH CH2OH CH2OH CH2OH O OH H OH H H H H H OH H O OH H O OH H O H OH H OH H OH
1. Polmeros de inters biolgico

La mayor parte de la materia orgnica est formada por molculas complejas de gran tamao. Estas macromolculas se encuentran presentes en todos los organismos, desde aquellos ms simples, como las bacterias, hasta los ms complejos, como los animales y las plantas superiores. En la Actividad exploratoria pudiste observar que a pesar de su aspecto tan distinto, el caparazn de un insecto, las hojas y tallos de plantas y los tubrculos de papa estn formados por las mismas unidades monomricas. Sin embargo, estos monmeros se enlazan de manera distinta. Los organismos fabrican estas macromolculas a partir de sustancias mucho ms pequeas y simples que obtienen del medio que los rodea, como el dixido de carbono (CO2), el agua (H2O) y el nitrgeno (N2). Estas molculas simples, conocidas como precursores, generan, a su vez, molculas de mayor masa molecular, llamadas monmeros, los que se unen entre s, formando largas cadenas, originando de este modo, la enorme diversidad de biopolmeros o polmeros naturales existentes. Precursor CO2, H2O o N2 Monmero Polmero natural o biopolmero Conceptos clave biopolmero: macromolcula orgnica que cumple un rol biolgico.
De acuerdo con el tipo de unidad estructural que los integra, los biopolmeros que constituyen la materia viva corresponden bsicamente a tres grandes categoras: Polisacridos Protenas cidos nucleicos
La masa molecular de los polisacridos, de las protenas y de los cidos 3 9 nucleicos est comprendida entre 10 y 10 unidades de masa atmica (u). Este amplio rango se asocia con la enorme variedad de biopolmeros existentes. Cada uno de estos tipos de macromolculas cumple un rol biolgico especfico.
Actividad 1
Seleccionar informacin y comparar
Busca, en distintas fuentes, informacin sobre los elementos qumicos que forma parte de los polisacridos, las protenas y de los cidos nucleicos, y sobre sus funciones en el organismo. Compara y responde. 1. Qu semejanzas hay entre estos tres polmeros en cuanto a los elementos qumicos que los conforman?, qu diferencias? 2. Qu funciones desempean los polisacridos, las protenas y los cidos nucleicos en nuestro organismo? Seala dos en cada caso.
Polmeros naturales
I 55
DESARROLLO
DE CONTENIDOS
2. Carbohidratos
Actividad 2
Interpretar datos y seleccionar informacin
En la tabla se muestra el poder edulcorante de algunas sustancias naturales (azcares) y de una artificial (sacarina). Analiza la informacin y, luego, responde en tu cuaderno.
Tabla N 1: Poder edulcorante de algunas sustancias.
Edulcorante Fructosa Sacarosa Glucosa Sacarina Lactosa
Poder edulcorante 1,1-1,3 1 0,70 3 0,25 Frutas
Alimentos en los que est presente
Azcar de mesa y frutas Frutas Edulcorantes artificiales Lcteos

Fuente: Archivo Editorial.
1. Cul es el compuesto ms dulce? Fundamenta tu respuesta. 2. Averigua por qu en algunos alimentos utilizan fructosa como endulzante.
Debido al sabor dulce que tienen algunos monosacridos y disacridos, se les suele llamar azcares. El azcar ms comn que usamos en la casa es un disacrido denominado sacarosa.
2.1. Composicin de los carbohidratos

Los carbohidratos tambin denominados glcidos o hidratos de carbono, estn formados por carbono, hidrgeno y oxgeno. La glucosa, cuya frmula molecular es C6H12O6, fue el primer carbohidrato obtenido de manera pura. En principio se pens que eran carbonos hidratados (C(H2O)), ya que su relacin mnina de tomos es de 1:2:1 (C:H:O), razn por la cual se les denomin hidratos de carbono o carbohidratos. Sin embargo, esta idea se abandon pronto, pero esta denominacin se ha mantenido. Segn el nmero de monmeros, los carbohidratos se clasifican en:
Monosacridos: tienen una sola unidad monomrica, como la glucosa y la fructosa.
Disacridos: tienen dos unidades, como la maltosa.
Polisacridos: tienen cientos y miles de unidades, como el almidn, el glucgeno y la celulosa.
56 I Unidad 2
2.2. Estructura de los monosacridos y disacridos

A. Monosacridos Los monosacridos son las unidades elementales de los carbohidratos y, desde el punto de vista qumico, todos tienen en su estructura el grupo hidroxilo (OH) y el grupo carbonilo (C=O). Este ltimo puede estar en forma de aldehdo (CHO) o de cetona (CO), existiendo as aldosas y cetosas, respectivamente. De acuerdo con el nmero de carbonos, los monosacridos pueden clasificarse en triosas (tres), tetrosas (cuatro), pentosas (cinco), hexosas (seis), y as sucesivamente. Inter@ctividad Ingresa a la pgina www.educacionmedia.cl/web y anota el cdigo 11Q4057. Observa las animaciones que muestran cmo se cicla la glucosa y cmo se forma un disacrido. Adems, encontrars informacin sobre los principales carbohidratos. Construye un mapa conceptual que resuma lo expuesto en la pgina.
Comparar y clasificar
Actividad 3 Observa las imgenes y, luego, responde.

1
C C C C C
O H OH H OH OH H OH OH H
1 2 3 4 5 6
C C C C C
O H OH H H OH OH H H
1 2 3 4 5 6
H OH H H
2 3 4 5 6
CH2OH C O C C C H OH
CH2OH
CH2OH
OH CH2OH
Glucosa
Galactosa
Fructosa
1. Clasifica estos tres carbohidratos en aldosas y cetosas. 2. Qu diferencia y semejanza hay entre estas tres molculas? Explica. La estructura de los monosacridos puede representarse mediante cadenas abiertas o cerradas. Las cadenas cerradas se forman debido a la reaccin entre el grupo carbonilo y uno de los grupos hidroxilo. La glucosa se cicla originando as un anillo heterociclo hexagonal. Producto de esta ciclacin se pueden generar dos estructuras de glucosa distintas. Observa las imgenes de la derecha, de -glucosa y -glucosa, y compralas. B. Disacridos La unin de dos monosacridos da origen a un disacrido. En la mayora de los casos, la reaccin ocurre entre el hidroxilo de un monosacrido y el hidroxilo del otro. El nuevo enlace que se origina entre ambos monosacridos se llama enlace glucosdico. Este enlace se forma debido a que un tomo de oxgeno sirve de puente entre las dos unidades monomricas.
H
4
H
4
CH2OH H OH
3
O H
2
H
1
OH
OH
H
6
OH
-glucosa
CH2OH
OH
H OH
3
O H
2
OH
1
OH
-glucosa
Qu diferencias existen entre ambas conformaciones para la glucosa?
Polmeros naturales
I 57
DESARROLLO
DE CONTENIDOS
2.3. Formacin de polisacridos de glucosa

Actividad 4
Construir
Construye el modelo cclico de la glucosa (C6H12O6) utilizando esferas de plumavit. Ocupa distintos tamaos y colores para cada tomo. Une las esferas entre s con palos de fsforos o mondadientes. Haz dos modelos y elimina los tomos que sea necesario para unir ambas molculas de glucosa mediante un enlace glucosdico. Luego, responde las preguntas en tu cuaderno. 1. Qu ocurre cuando la molcula de glucosa se cicla?, se produce liberacin de alguna molcula o es simplemente una reaccin de adicin? Explica. 2. Crees que existe alguna diferencia si se utiliza la forma o de la glucosa?, por qu? 3. Averigua, en distintas fuentes, qu disacrido se origina al unir una molcula de glucosa con una de fructosa; y al unir dos molculas de glucosa. Seala las caractersticas estructurales de cada disacrido que se forma e indica dnde los podemos encontrar.
Cuando se unen ms de diez monosacridos hablamos de polisacridos, los que pueden llegar a contener hasta 90 000 unidades. En la naturaleza, el almidn y la celulosa son los polisacridos ms abundantes y comunes. Ambos son polmeros de glucosa. A. Almidn
Amilosa
CH2OH Enlace (1, 6) O H H H OH H O O H OH
CH2 CH2OH O H H H H H O O OH H OH H OH H
O H H OH O
El almidn es un polisacrido de reserva producido por los vegetales a partir del CO2 que incorporan desde el aire y del H2O que obtienen del suelo. Est formado por dos polmeros: amilopectina y amilosa, en distintas proporciones. La amilopectina es un polmero ramificado constituido por 1000 o ms molculas de - glucosa, unidas por enlace (1,4) y (1,6); en tanto, la amilosa es un polmero lineal formado por 300 o ms molculas de -glucosa, unidas solo por enlace (1,4) (ver imagen). B. Celulosa La celulosa es un polmero presente en todos los vegetales. Est formado por miles de unidades de -glucosa enlazadas por uniones 1,4--glucosdicos. Las diferentes molculas de celulosa interactan a travs de puentes de hidrgeno, originando as una gran estructura, que otorga resistencia y rigidez a los vegetales. Las hojas, la corteza de los rboles y el algodn corresponden en gran medida a celulosa. Este polmero es utilizado tambin en la fabricacin de papel.
CH2OH H O H H OH O OH H O H H H H OH - glucosa
Seccin de celulosa
Enlace (1,4)
Seccin de amilopectina
La celulosa es la materia prima del papel.
CH2OH O H H H H O O OH H H H O H OH CH2OH Enlace (1,4) OH
H OH H
OH H H O
O CH2OH
58 I Unidad 2
UNIDAD 2 - TEMA 1
TALLER
CIENTFICO
Reconocimiento de azcares
A. Observacin Los monosacridos que presentan en su estructura molecular un grupo aldehdo tienen poder reductor (actan como dadores de electrones). Se oxidan fcilmente para originar el cido carboxlico correspondiente. Los que tienen un grupo cetona no se oxidan con facilidad. Es posible evidenciar este poder reductor a travs de una reaccin redox entre el reactivo de Fehling y un azcar. Si la solucin cambia de color, 2+ significa que se ha producido la reduccin del catin Cu y que, por lo tanto, el azcar analizado acta como reductor. Si bien existen disacridos que tambin presentan este poder reductor, hay otros que no, como es el caso de la sacarosa. Este disacrido al hidrolizarse se descompone en los monosacridos que lo forman. B. Planteamiento del problema A partir de los antecedentes planteados en la observacin, propn una pregunta de investigacin, la que ser respondida a travs de la ejecucin del diseo experimental. Guate por el siguiente ejemplo de problema: Qu relacin hay entre el poder reductor de la sacarosa y la hidrlisis de esta? C. Hiptesis Renanse en grupos de tres integrantes y, una vez definido el problema de investigacin, identifiquen las variables involucradas, segn corresponda (dependiente e independiente). Luego, planteen una hiptesis. Recuerden que la hiptesis es una posible respuesta al problema de investigacin y debe ser redactada como una afirmacin. D. Diseo experimental Esta etapa corresponde a la formulacin del plan de trabajo que realizarn para validar o rechazar la hiptesis. Deben considerar los materiales que necesitarn y el procedimiento a realizar. Adems, es importante incluir la forma en que sern registrados los resultados (tablas, grficos, esquemas u otros), para su posterior anlisis. E. Anlisis y conclusiones Esta etapa tiene como finalidad interpretar y analizar los resultados obtenidos, para as dar respuesta a la o las preguntas formuladas que dieron origen a la hiptesis y, de este modo, verificar la validez de esta. Tengan presente que toda hiptesis, aun cuando se deba replantear, es una instancia de aprendizaje.
Tips El licor de Fehling (solucin del sulfato de cobre (II), color azul) es un reactivo que se utiliza en el reconocimiento de azcares reductores. Al producirse la reaccin de xido-reduccin, la disolucin se vuelve de una coloracin rojiza, debido al xido de cobre (I) formado.
Conversemos
Comenten con sus compaeros y compaeras en torno a las siguientes preguntas. 1. Participaron colaborativamente en el planteamiento y desarrollo de cada etapa? 2. Cumplieron con las tareas asignadas por el grupo? 3. Respetaron las ideas de sus compaeros y compaeras?
Polmeros naturales
I 59
DESARROLLO
DE CONTENIDOS
3. cidos nucleicos
Como ya has estudiado en Biologa, los cidos nucleicos son biopolmeros que se encuentran en el ncleo y en el citoplasma de la clula. Existen dos tipos: cido desoxirribonucleico (ADN) y cido ribonucleico (ARN). Mientras el ADN almacena la informacin gentica que es transmitida a la descendencia, el ARN transporta la informacin gentica del ADN (ncleo) al citoplasma celular, donde es traducida, leda y puede expresarse.
3.1. Composicin de los cidos nucleicos

Los cidos nucleicos son polmeros constituidos por unidades estructurales llamadas nucletidos, que constan de tres componentes: una pentosa (carbohidrato), un grupo fosfato y una base nitrogenada. A. Pentosa Es un monosacrido formado por cinco tomos de carbono. En el ADN, la pentosa es la desoxirribosa; mientras que en el ARN, la pentosa es la ribosa.
HO
El ADN es la molcula biolgica ms importante, formada por dos cadenas de nucletidos que se unen entre s a travs de las bases nitrogenadas y luego se enrolla como una verdadera escalera de caracol.
4
CH2 H H
3
O
2
OH H H
1
HO
CH2 H H
3
O
2
OH H H
1
OH H Desoxirribosa (ADN)
OH OH Ribosa (ARN)
B. Grupo fosfato Proviene de la molcula inorgnica cido fosfrico (H3PO4), que al perder los tomos de hidrgeno puede unirse a otros tomos, como grupo fosfato. El grupo fosfato est presente en ambos cidos nucleicos unido a la pentosa.
OH OH OH cido fosfrico O P O O P O Fosfato

C. Base nitrogenada Es una estructura cclica con propiedades bsicas. Como el ciclo tiene ms de un tipo de tomo, estas bases se llaman bases heterocclicas. Hay cinco bases heterocclicas que se encuentran en las molculas de ADN y/o ARN. Dos derivadas de la purina y tres, de la pirimidina.
NH2 N HC C N C C N CH NH
O HN C C C C
N CH
O HN O C C NH CH CH N O C
NH2 C NH CH CH HN O C
O C NH C CH3 CH
Adenina (ADN y ARN)
N NH H2N Guanina (ADN y ARN)
Uracilo (ARN)
Citosina (ADN y ARN)
Timina (ADN)
60 I Unidad 2
3.2. Comparacin entre ADN y ARN

Actividad 5
Comparar
Observa la estructura molecular del ADN y la del ARN. Luego, responde en tu cuaderno. ADN ARN 1. Qu diferencias hay entre la molcula de ADN y ARN? Seala tres. 2. Qu pares de bases estn siempre unidas en el ADN? 3. Considerando la siguiente secuencia de la hebra de ADN: CCT TAT TCC GAC CCT TGC, escribe la secuencia de la hebra complementaria de ADN y la de ARN que se formara a partir de cada una de ellas.
Tomando como base la realizacin de la Actividad 5, se pueden establecer las siguientes diferencias entre las molculas de ADN y ARN. Por ejemplo: la molcula de ARN es una hebra simple, a diferencia del ADN, que es una doble hebra; el azcar del ARN es una ribosa; en cambio, el azcar del ADN es una desoxirribosa; el ARN posee tres de las cuatro bases nitrogenadas que tiene el ADN: adenina (A), guanina (G) y citosina (C) y, en lugar de la timina (T), posee uracilo (U). La polimerizacin de los nucletidos es catalizada por enzimas, y da lugar al polinucletido o cido nucleico. Estos polmeros poseen una columna vertebral de fosfato-pentosa a la que estn unidas covalentemente las bases heterocclicas.
Rincn del debate Lee y comenta con tus compaeros y compaeras. Actualmente, la ley permite utilizar los exmenes de ADN como una prueba para demostrar la paternidad en aquellos casos en que el padre se niega a reconocer a su hijo, o bien la madre niega la paternidad de este. Qu opinas al respecto? Discute con tu curso.
Polmeros naturales
I 61
DESARROLLO
DE CONTENIDOS
3.3. Estructura de los cidos nucleicos

Los cidos nucleicos presentan diferentes niveles de organizacin, conocidos como estructuras: primaria, secundaria y terciaria.
Estructura primaria. Es la secuencia de nucletidos de una sola cadena o hebra. Puede presentarse como un simple filamento extendido, o bien doblado sobre s mismo. Estructura secundaria. En el ADN existe una disposicin espacial de dos hebras de polinucletidos antiparalelas (en sentido contrario), complementarias (con las bases nitrogenadas enfrentadas y unidas mediante puentes de hidrgeno) y enrolladas una sobre otra, formando una espiral o doble hlice. En esta biomolcula de ADN se establecen pares de bases nitrogenadas complementarias, unidas mediante puentes de hidrgeno. Aunque los puentes de hidrgeno son enlaces fciles de romper, la accin conjunta de cientos de miles de ellos otorga estabilidad al ADN. El ARN, pese a estar constituido por una cadena simple, esta se pliega, generando regiones de apareamiento entre sus bases.
5
H O N
G
N
3
O H H N
N
H
H
O
N
N
N HH H N
N
A
Las flechas de color rojo representan el sentido en que se ubican las hebras complementarias de ADN en el espacio.
3.4. Transferencia de la informacin gentica

Para que la informacin gentica contenida en el ADN pueda ser transmitida de clula madre a clula hija, este debe copiarse, proceso conocido como replicacin. Durante la replicacin, la doble hlice del ADN se desenrolla parcialmente y sobre cada una de estas hebras se van ubicando los nucletidos, que contienen la base complementaria a la hebra original. La replicacin del ADN es un proceso semiconservativo, puesto que cada vez que se replica la molcula, se conserva una hebra original y se sintetiza una hebra complementaria nueva. Es decir, cada hebra de la doble hlice sirve de molde para la sntesis de las nuevas hebras, generndose, de esta forma, dos hlices de ADN.
62 I Unidad 2
O HO P O O CH2 O H H H H H O HO P O O CH2 O H H
HO P O O CH2 O C H H N H H H O HO P O O H3C CH2 O T H H N H H H O HO P O O
Estructura terciaria. Corresponde a los diferentes niveles de empaquetamiento de la doble hlice del ADN para formar los cromosomas. Generalmente, el ADN se asocia con protenas especiales (histonas) para lograr un mayor grado de compactacin. De esta forma, estas gigantescas molculas pueden ser contenidas dentro del ncleo. El ARN presenta tambin estructura terciaria, la que se relaciona con la forma en que se disponen y unen entre s las distintas hebras de ARN.
La transcripcin, en tanto, es el proceso por el cual la informacin contenida en el ADN se copia en el ARN mensajero (ARNm). A
ARN polimerasa Enzima que separa las hebras de ADN (helicasa) Factor de transcripcin
DE CONTENIDOS
Secuencia de inicio Proceso de transcripcin. Las hebras de ADN se separan por accin de la enzima helicasa; luego la protena llamada factor de transcripcin se une a una de las hebras de ADN, cerca de la secuencia del nucletido de inicio (A). Despus, comienza la sntesis de ARNm por accin de la enzima ARN polimerasa, la que finaliza al llegar a la secuencia de trmino (B).
ARNm Secuencia de trmino
Actividad 6 Lee y responde en tu cuaderno las siguientes preguntas. 1. Explica en qu consiste el proceso de transcripcin de la informacin gentica.
Explicar y analizar
2. Un codn es la secuencia de tres bases nitrogenadas. Observa la tabla de codones que aparece en el Anexo 1 de la pgina 208 del Texto y seala qu secuencia de aminocidos codifica el segmento de ARNm: GGAAUAUUAGCUGGAACC. 3. Averigua la funcin que desempean las enzimas helicasa y polimerasa en el proceso de replicacin y transcripcin del material gentico.
Finalmente, la traduccin es la ltima etapa de la expresin gnica, y corresponde a la sntesis de protenas o polipptidos a partir de la lectura del ARNm. Hay ciertas secuencias de nucletidos que codifican para aminocidos especficos. Es as como los codones GUU, GUC, GUA y GUG codifican para el aminocido valina.
Transcripcin Traduccin
ADN Replicacin
ARN
Protenas
Conexin con... Tecnologa Renete con un compaero o compaera y propongan un modelo tridimensional para las molculas de ADN y ARN. Para orientar mejor el diseo de ambos modelos, guense por las caractersticas planteadas en la pgina 61 de esta Unidad.
Polmeros naturales
I 63
SNTESIS - EVALUACIN
DE PROCESO
Sntesis del Tema 1

Lee y completa el siguiente esquema que resume los principales conceptos tratados en el Tema 1. Polmeros naturales por ejemplo
Polisacridos estn constituidos por Almidn Azcar
ARN
como Glucosa Fructosa Glucgeno
Fosfato

1. Cul es el monmero constituyente del almidn? A. Ribosa. B. Glucosa. C. Sacarosa. D. Fructosa. E. Galactosa. 2. Cul de las siguientes molculas es utilizada en primer lugar como reservorio energtico? A. ADN. B. ARN. C. Enzimas. D. Protenas. E. Glucosa. 3. Cul de las siguientes alternativas es incorrecta respecto de la molcula de ADN? A. El azcar que lo constituye es la desoxirribosa. B. Est formada por bases nitrogenadas heterocclicas. C. Es idntica a la molcula de ARN y solo difiere en una base nitrogenada. D. Corresponde a dos cadenas polinucleotdicas que forman una doble hlice. E. Las bases nitrogenadas que lo constituyen son: adenina, timina, citosina y guanina.
64 I Unidad 2
UNIDAD 2 - TEMA 1 SNTESIS - EVALUACIN
4. La unin de las siguientes molculas da origen a:

O

5. Cul es la diferencia entre la molcula de -glucosa y la -glucosa? A. El nmero de tomos de carbono. B. El nmero de tomos de oxgeno. C. La ubicacin del grupo hidroxilo. D. Una es cclica y la otra es de cadena abierta. E. No existen diferencias estructurales. 6. Imagina una sola hebra de ADN que contiene una seccin con la siguiente secuencia de bases nitrogenadas: A C T C G A. Cul es la secuencia de bases nitrogenadas de la hebra complementaria? A. A C T C G A B. C A G A T C C. T G A G C T D. G T C T A G E. T G T C A G
A. glucosa. B. nucletido de ARN.

O
P O
C. nuclesido de ARN. D. nucletido de ADN. E. cadena de cido nucleico.
DE PROCESO
Fosfato HOCH2 O OH OH Pentosa NH2 N O N H Citosina OH
II Explica, por escrito, en qu consiste el proceso de replicacin, transcripcin y traduccin del

material gentico. Luego, observa la siguiente hebra de ADN y responde en tu cuaderno. 1. Cul sera la secuencia de bases nitrogenadas en la molcula de ARNm? ADN: AAT GGG TCA CCA TAA CCC ARNm: 2. Qu aminocidos representara la seccin de las protenas formadas por la molcula de ARN? Para responder esta pregunta, revisa la tabla que aparece en el Anexo 1 de la de pgina 208 del Texto.
Me evalo
Identificar la estructura y funcin biolgica de los carbohidratos y cidos nucleicos. Describir los procesos de replicacin, transcripcin y traduccin en los que intervienen los cidos nucleicos.
12
II
Polmeros naturales
I 65
Tema
Protenas
En qu fraccin de la leche cortada hay mayor concentracin de protenas: en la slida o lquida?

A. Antecedentes
La leche es una mezcla de nutrientes, los que pueden ser identificados a travs de distintos reactivos qumicos. Por ejemplo, para el reconocimiento de protenas se utiliza cido ntrico. Cuando esta sustancia reacciona con las protenas, la solucin toma una coloracin amarilla. Al agregar jugo de limn a la leche, podemos observar que esta se corta, es decir, la leche se separa en una porcin slida y una lquida, con diferentes nutrientes.
B. Hiptesis
Renanse en grupos de tres o cuatro integrantes y formulen una hiptesis que les permita responder la pregunta inicial.
C. Diseo experimental
Materiales: 200 mL de leche entera lquida, jugo de limn, un vaso de precipitado, mechero, varilla de agitacin, trpode, rejilla, embudo, pipeta, cido ntrico concentrado, tres tubos de ensayo. Procedimiento: 1. Pongan los 200 mL de leche en el vaso de precipitado y calintenla en el mechero hasta que hierva. 2. Retiren el vaso de precipitado, y mientras la leche se enfra, separen cuidadosamente la nata y pnganla en un tubo de ensayo. 3. A la leche que mantuvieron en el vaso, sin nata, agrguenle 5 mL de jugo de limn hasta que se corte. Obtendrn una fase lquida (suero) y una porcin slida (cogulo). 4. Tomen un tubo de ensayo y agreguen con la pipeta 5 mL del suero obtenido en el paso anterior. 5. Retiren una porcin de cogulo y pnganla en un tubo de ensayo. 6. Agreguen cido ntrico a cada muestra: nata, suero y cogulo. Registren sus observaciones.
nata
suero
cogulo
D. Resultados
Propongan una forma de comunicar los resultados; recuerden que pueden utilizar tablas, grficos o esquemas.
E. Anlisis y conclusiones
a. En qu fraccin de la leche hay mayor proporcin de protenas? b. Estn en condiciones de validar su hiptesis?, por qu? c. Si quisieran reconocer la presencia de otros nutrientes en la leche, por ejemplo, carbohidratos y lpidos, qu procedimiento realizaran? Expliquen.
66 I Unidad 2
1. Qu son las protenas?

Las protenas son las macromolculas ms abundantes de la clula, ya que intervienen tanto en aspectos estructurales como en los procesos metablicos de todos los seres vivos. El 50% o ms de la masa libre de agua (peso seco) del cuerpo humano se compone de protenas. Los monmeros de estos biopolmeros son aminocidos unidos en largas cadenas. Cada aminocido presenta en su estructura un grupo amino (NH2) y un grupo carboxilo (COOH), representados por la siguiente estructura molecular:
H H O Grupo Grupo H N C C OH carboxilo amino R
La carne, la leche y las legumbres son alimentos ricos en protenas.
DE CONTENIDOS
Cuando dos aminocidos se unen, forman un dipptidos; si son tres, un tripptidos, y as sucesivamente. Si la masa molecular de la macromolcula es inferior a 5000 uma, se denomina polipptidos; en tanto, si la masa es superior a 5000 uma o el nmero de aminocidos que la componen excede las 100 unidades monomricas, estamos en presencia de una protena. Las protenas cumplen innumerables funciones en nuestro organismo; por ejemplo: forman parte de estructuras corporales, como los msculos, la piel, el pelo y las uas; participan en la reparacin de tejidos; regulan la mayora de las reacciones metablicas (enzimas); participan en la defensa del organismo (anticuerpos), en la regulacin de funciones corporales (hormonas), e intervienen en la transmisin de impulsos nerviosos (neurotransmisores).
Reflexionemos Lee y analiza la siguiente informacin y, luego, comenta con tus compaeros y compaeras. Las protenas son biopolmeros fundamentales que desempean importantes funciones en nuestro organismo. Si la alimentacin carece de protenas, el organismo no obtendr todos los aminocidos que necesita. No todos los alimentos proporcionan cantidades suficientes, ni todos los tipos de aminocidos. Es por ello que nuestra dieta debe ser variada; la carne, por ejemplo, contiene aminocidos esenciales que no estn presentes en vegetales como el trigo, el maz o las legumbres. 1. En tu alimentacin diaria, incluyes una amplia variedad de alimentos que aportan protenas, como la leche, carne, huevos y legumbres? 2. Qu importancia le atribuyes a una alimentacin balanceada en protenas? 3. Qu enfermedades de las que conoces son producidas por una dieta baja en protenas?
Polmeros naturales
I 67
DESARROLLO
DE CONTENIDOS
1.1. Estructura de los aminocidos

O H2N OH
Si analizamos la estructura general de los aminocidos, veremos que el carbono (vecino al grupo carboxilo) est unido a cuatro sustituyentes distintos, es decir, se trata de un carbono asimtrico. Producto de la asimetra del carbono, los aminocidos presentan dos ismeros pticos, cada uno con su ordenamiento espacial caracterstico: la estructura A, que tiene el grupo NH2 hacia la izquierda, corresponde a la configuracin L, y la estructura B, que presenta este grupo hacia la derecha, se denomina configuracin D, tal como se aprecia a continuacin.
A H2N
OH
Glicina
O HO OH O NH2 cido asprtico
COOH C R H H
COOH C R NH2
NH H2N N H Arginina
O NH2
Representacin molecular de los ismeros pticos, L-aminocido y D-aminocido.
O H2N NH2 Lisina OH
Todos los aminocidos presentes en las protenas de los organismos tienen la configuracin relativa L. Veinte aminocidos diferentes constituyen las unidades para la construccin de las decenas de miles de protenas distintas que participan en prcticamente todos los procesos biolgicos. Estos aminocidos solo se diferencian en los grupos funcionales que aporta la cadena lateral R; pueden ser alifticos o aromticos, polares o apolares, cidos o bsicos. El cuerpo humano solo puede sintetizar diez de los veinte aminocidos. Los otros diez, llamados aminocidos esenciales, deben ser aportados por las protenas de los alimentos que consumimos. En el Anexo 2 de la pgina 209 de tu Texto, encontrars una tabla donde se seala la estructura molecular de diecisis de estos aminocidos.
O OH NH2 Fenilalanina
O H3C S OH NH2 Metionina
Actividad 7
Comparar
Observa y analiza la estructura molecular de los aminocidos que aparecen en esta pgina. Luego, responde DESARROLLO DE CONTENIDOS en tu cuaderno. 1. Cul o cules de estos aminocidos tendr(n) propiedades bsicas?, por qu? 2. Cul(es) tendr(n) propiedades cidas?, por qu? 3. Qu crees que sucedera con el cido asprtico si es expuesto a un medio neutro? Explica.
68 I Unidad 2
1.2. Propiedades de los aminocidos

Los aminocidos se distinguen de otras sustancias orgnicas porque tienen propiedades peculiares. Por ejemplo, a temperatura ambiente son slidos, pues tienen puntos de fusin superiores a los 200 C, en tanto que otros compuestos orgnicos de similar masa molecular son lquidos. Adems, son bastante solubles en agua, y muy poco solubles en disolventes orgnicos, al igual que los compuestos inicos. Respecto de su pH, los aminocidos son menos cidos que los cidos carboxlicos y menos bsicos que las aminas. Actividad 8
Interpretar
DE CONTENIDOS
A partir de la representacin de un aminocido cuyo R no representa caractersticas cidas ni bsicas y que se encuentra en un medio acuoso, completa los espacios con los conceptos: bsico, cido o neutro, segn corresponda. Luego, responde en tu cuaderno.
+ NH3 R CH COOH + NH3 R CH COO
NH2 R CH COO
ion dipolar Medio = Medio = Medio =
1. En qu intervalos de pH el aminocido cede un protn y se convierte en un anin?, en qu condiciones acepta un protn y se transforma en catin? 2. En qu medios el aminocido generar dipolos? Explica. 3. Qu ocurrira si el grupo R del aminocido fuera cido?, y si fuera bsico? Explica.
Como pudiste analizar en la actividad anterior, los aminocidos pueden comportarse como cidos, cediendo un protn, o como bases, aceptando el protn, segn el pH del medio en que se encuentren disueltos. Esto se debe a que tienen en su molcula un grupo carboxilo (cido) y un grupo amino (bsico). El pH en el cual el aminocido presenta una carga neta cero se denomina punto isoelctrico. Todos los aminocidos se comportan como base en un medio cido y como cidos en medio bsico; es por eso que se dice que los aminocidos son anfteros. Un aminocido podr aumentar o disminuir su carcter cido o bsico mientras el radical R contenga, a su vez, otros grupos carboxilo o amino.
Conceptos clave anftero: sustancia que puede comportarse como cido o base, dependiendo del medio en que se encuentre.
Polmeros naturales
I 69
DESARROLLO
DE CONTENIDOS
1.3. Enlace peptdico: unin entre aminocidos

Actividad 9
Identificar y aplicar
Observa la siguiente ecuacin, que representa la unin de dos aminocidos. Luego, responde en tu cuaderno.
Enlace peptdico H O H H O H O H H O H2N C C N C C OH + H2O R1 R2 Dipptido
H2N C C OH + H N C C OH R2 R1
1. Qu grupos funcionales participan en la unin entre estos aminocidos? Explica. 2. A qu tipo de reaccin corresponde la polimerizacin de las protenas: adicin o condensacin? Justifica tu respuesta. 3. Qu molcula se libera como consecuencia de la formacin del enlace peptdico? Como pudiste analizar en la ecuacin de la Actividad 9, las reacciones de polimerizacin que dan origen a las protenas son reacciones de condensacin similares a las que se utilizan en la fabricacin de algunos plsticos, como estudiaste en la primera unidad de este Texto. Cuando dos aminocidos se unen entre s, forman el llamado enlace peptdico, dando como resultado un dipptido, que ahora presenta un grupo amida, que caracteriza a las protenas. Al formarse el enlace peptdico, el hidroxilo (OH) del grupo carboxilo de uno de los aminocidos se combina con el hidrgeno (H) del grupo amino del otro aminocido, y se libera una molcula de agua. El dipptido que se obtiene presenta un grupo amino y un grupo carboxilo. Cualquier otro aminocido puede reaccionar con uno de estos grupos y unirse, formando as largas cadenas, es decir, polipptidos o protenas.
H R H C * C * N * C * C * O
* O
Representacin del enlace peptdico.
La figura muestra el modelo molecular del enlace peptdico. Los tomos sealados con un asterisco se sitan en un mismo plano, con distancias y ngulos fijos. Solamente es posible una libre rotacin entre los carbonos inidicados por las flechas de color rojo. Adems, el grupo R de uno de los aminocidos va hacia delante y en el otro aminocido el mismo grupo se dirige hacia atrs; de este modo se disminuye el efecto estrico entre ellos.
70 I Unidad 2
UNIDAD 2 - TEMA 2
EJEMPLO RESUELTO 1 Enlace peptdico

El dipptido alanilglicina puede unirse al aminocido cistena para formar dos tripptidos distintos. a. Cul es la ecuacin que representa la formacin de los tripptidos? Cmo la escribiras? b. Anota la secuencia de aminocidos usando letras. 1. Entender el problema e identificar la incgnita Debemos representar la formacin de dos tripptidos mediante una ecuacin y escribir las secuencias de aminocidos usando letras. 2. Anotar los datos que nos entrega el problema Contamos con la frmula estructural del dipptido y del aminocido.
O CH3 Alanilglicina (Ala-Gly) O H2N CH C OH CH2 SH Cistena (Cys) O
H2N CH C NH CH2 C OH
Sabemos que la unin entre el dipptido y el aminocido debe ser un enlace peptdico.
3. Disear un plan de accin Enfrentamos las frmulas estructurales del dipptido y del aminocido que son los reactantes, separados por un signo +.
Unimos el grupo carboxilo (COOH) del aminocido por el lado del grupo amino (H2N) del
dipptido y escribimos la frmula del primer tripptido.
Unimos el grupo amino (H2N) del aminocido por el lado del grupo carboxilo (COOH) del
dipptido y escribimos la frmula del segundo tripptido.
Anotamos las secuencias de aminocidos en cada tripptido.

4. Ejecutar plan Ecuacin para la formacin de los tripptidos: 5. Respuesta Cuando el aminocido se une por el lado del grupo amino del dipptido, se origina el tripptido Cys-Ala-Gly; cuando lo hace por el lado del grupo carboxilo, se forma el tripptido Ala-Gly-Cys. Observa que si los tres aminocidos (Ala, Gly, Cys) estuvieran de manera independiente, se podran formar seis tripptidos distintos.
1
O O O O
H2N CH C NH CH2 C OH + H2N CH C OH CH2 CH3 SH 2

O O O O H2N CH C NH CH2 C NH CH C OH CH3 CH2 SH
H2N CH C NH CH C NH CH2 C OH CH2 CH3 SH
Tripptido 1: Cys-Ala-Gly
Tripptido 2: Ala-Gly-Cys
PARA TRABAJAR La pepsina es una enzima digestiva encargada de descomponer protenas en pptidos ms pequeos. Parte de la estructura primaria de esta protena tiene la siguiente secuencia: AsnGlnHisLeuCysFenFenTyr. Escribe la secuencia usando sus frmulas estructurales. Observa el Anexo 2 de la pgina 209.
Polmeros naturales
I 71
DESARROLLO
DE CONTENIDOS
2. Niveles estructurales de las protenas

Inter@ctividad Ingresa a la siguiente pgina web: www.educacionmedia.cl/web y escribe el cdigo 11Q4072. Identifica los enlaces peptdicos en la secuencia de aminocidos y los puentes de hidrgeno entre las cadenas polipeptdicas organizadas -hlice y -lmina plegada. Adems, responde las preguntas que ah se sealan. El uso de mtodos fsicos, como la difraccin de rayos X, ha permitido conocer los niveles de organizacin de las protenas que corresponden a las estructuras primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria.
2.1. Estructura primaria

Es la secuencia de aminocidos que componen la cadena polipeptdica en el orden en que se encuentran. Esta secuencia se escribe enumerando los aminocidos desde el grupo amino terminal hasta el grupo carboxilo terminal. As, un polipptido podra tener la siguiente estructura primaria:
H2N Ser Gly Ala COOH
2.2. Estructura secundaria

Corresponde a la disposicin espacial de la cadena polipeptdica. Los puentes de hidrgeno que se establecen entre los grupos C=O y NH tienden a plegar la cadena, dndole a esta una conformacin espacial estable o estructura secundaria. Hay dos tipos de conformaciones espaciales estables: -hlice y -lmina plegada. En la conformacin -hlice, la cadena polipeptdica se enrolla helicoidalmente en torno a un eje, y se mantiene unida debido a la gran cantidad de puentes de hidrgeno que se producen entre los grupos C=O de un aminocido y el grupo NH del cuarto aminocido que le sigue en la secuencia. Los grupos R ms voluminosos quedan orientados hacia la periferia de la hlice, logrando disminuir el efecto estrico. Las protenas que forman el pelo tienen una estructura -hlice. En la conformacin -lmina plegada, las cadenas polipeptdicas se alinean unas junto a otras, formando lminas. La estabilidad de esta conformacin se debe a la asociacin de varias molculas con la misma disposicin espacial. Entre estas molculas se establecen puentes de hidrgeno, formando as una lmina plegada. Los grupos R de los aminocidos se disponen por encima o por debajo del plano de la lmina. Las protenas que constituyen la piel se encuentran como cadenas fuertemente unidas entre s, adoptando la estructura de -lmina plegada.
Estructura secundaria -hlice.
La estabilidad de la estructura secundaria es una consecuencia de la formacin de puentes de hidrgeno entre los tomos que participan en el enlace peptdico a lo largo de la cadena polipeptdica; los grupos alquilo (R) de los aminocidos no participan en estas uniones. Estructura secundaria -lmina plegada.
72 I Unidad 2
2.3. Estructura terciaria

La estructura secundaria de la cadena polipeptdica puede plegarse, adoptando una estructura globular o fibrosa. La forma tridimensional que tiene la protena es su estructura terciaria. La estructura terciaria es la disposicin de toda la estructura secundaria en el espacio y, por lo tanto, del tipo de conformacin que posee la protena en su totalidad. Esta estructura es consecuencia de la existencia de puentes de hidrgeno sobrantes o de interacciones diversas que se dan entre los grupos funcionales presentes en los radicales R de los aminocidos situados en distintas posiciones de la cadena polipeptdica. A menudo, entre cadenas polipeptdicas que contienen el aminocido cistena se enlazan tomos de azufre, formando puentes disulfuro, SS.
La mioglobina es una protena globular que est presente en los msculos.
2.4. Estructura cuaternaria

Est presente solo en las protenas que tienen ms de una cadena polipeptdica. As, las cadenas pueden plegarse entre s, conformando la estructura cuaternaria. En esta estructura, cada una de las cadenas constituye una subunidad que se relaciona espacialmente con las restantes a travs de uniones intermoleculares, formando un complejo proteico. La mayor parte de las protenas presentan las estructuras primaria, secundaria y terciaria en conjunto, es decir, su estructura molecular comprende las tres conformaciones. La funcin que desempean las protenas en el organismo est ntimamente relacionada con su estructura molecular.
La protena ecoRV es una enzima que presenta estructura cuaternaria formada por dos dmeros iguales. Al centro se observa la molcula de ADN. La funcin de la ecoRV es cortar secuencias de ADN.
Actividad 10
Representar y seleccionar informacin
1. Consigue una cinta para regalo de un metro de longitud y representa la estructura secundaria y terciaria de una protena. Luego, responde en tu cuaderno. a. Qu plegamientos son necesarios para dar origen a la estructura terciaria?, cmo se estabiliza? Explica. b. Qu otro material utilizaras para representar las interacciones entre los aminocidos y as lograr una conformacin estable? 2. Averigua, en diferentes fuentes, sobre los niveles estructurales de las siguientes protenas: colgeno, queratina, insulina, albmina del suero y proteasas. Represntalas.
Polmeros naturales
I 73
TALLER
CIENTFICO
Qu cambios pueden experimentar las protenas frente al calor y a la agitacin?

A. Observacin La albmina es una protena que est presente en la clara del huevo. Al igual que las otras protenas, puede sufrir alteraciones a nivel estructural, debido a la accin de distintos factores. B. Hiptesis Formen grupos de cuatro integrantes y planteen una hiptesis para la pregunta inicial. Luego, renan los materiales necesarios para el montaje experimental que les permitir poner a prueba su hiptesis. C. Diseo experimental Materiales: - vaso de precipitado de 500 mL - vaso de precipitado de 250 mL - probeta de 100 mL - pipeta de 10 mL - varilla de agitacin - equipo de filtracin - papel filtro Procedimiento: 1. Separen la clara del huevo de la yema, con mucho cuidado. Coloquen la clara en el vaso de precipitado de 500 mL. 2. En la probeta midan 100 mL de agua destilada y agrguenla sobre la clara de huevo. Viertan el agua lentamente por las paredes del vaso mientras van agitando de manera suave con la varilla de agitacin. Repitan este paso dos veces ms, de modo que la clara de huevo quede mezclada con 300 mL de agua (lo que forma un coloide). 3. Monten el equipo de filtracin, como muestra la imagen superior. Sujeten el aro al soporte universal, luego coloquen el embudo en el aro y, finalmente, ubiquen el vaso de precipitado o matraz debajo del embudo, teniendo precaucin en que el extremo inferior de este quede tocando las paredes internas del vaso para que el lquido escurra y no se pierda muestra. Dispongan de papel filtro como un cono y colquenlo dentro del embudo. 74 I Unidad 2 Tips Deben adicionar lentamente el agua para no alterar la estructura de la protena. Recuerden: la filtracin es una tcnica fsica que se utiliza para separar un slido que se encuentra en suspensin en un lquido. - tres tubos de ensayos y gradilla - mechero - tenedor - trpode y rejilla - agua destilada - un huevo
UNIDAD 2 - TEMA 2
4. Numeren los tubos de ensayo del 1 al 3. Con la pipeta, agreguen 6 mL del coloide filtrado en cada uno de los tubos. El tubo 1 ser su control. a. Efecto del calor
Tips El vaciado de la mezcla coloidal desde la pipeta al tubo debe hacerse lentamente, dejando que el lquido fluya por las paredes internas del tubo.
Hiervan aproximadamente 200 mL de agua potable en el vaso

de 250 mL y luego apaguen el mechero.
Sumerjan el tubo 2 en el agua caliente y djenlo durante 5 minutos. Retiren y comparen la mezcla del tubo 2 con la del tubo 1. Anoten lo que observan.
b. Efecto de la agitacin
Viertan el contenido del tubo 3 en el plato y con el tenedor agiten la clara, tal como si
hicieran merengue.
Comparen el resultado obtenido con el del tubo 1 y registren sus observaciones.

D. Resultados Propongan una forma de representar los resultados obtenidos en la actividad. Recuerden que pueden utilizar grficos, tablas, esquemas u otros. E. Anlisis y conclusiones a. Cules son las variables dependiente e independiente (la variable independiente es la controlada de la actividad)? Expliquen. b. De qu manera se modifica el aspecto general de la mezcla coloidal frente a ambos factores? Expliquen. c. Cul de los dos ensayos tiene mayor efecto sobre la mezcla coloidal? Expliquen lo ocurrido en ambos casos. d. Qu piensan que ocurre a nivel estructural en la protena de cada ensayo?, son reversibles estos cambios?, por qu? e. Qu creen que sucede con los enlaces: se rompen enlaces dbiles como puentes de hidrgeno o enlaces peptdicos? Fundamenten su respuesta. f. Validan o rechazan su hiptesis?, por qu? g. Planteen un procedimiento similar al descrito, pero esta vez para comprobar el efecto que tiene el pH sobre la protena del huevo.
Conversemos
Comenten con sus compaeros y compaeras en torno a las siguientes preguntas. 1. Participaron en el montaje del experimento? 2. Se organizaron para realizar las actividades de manera colaborativa? 3. Fueron responsables al momento de trabajar con calor? 4. Emplearon los conceptos aprendidos en la Unidad? 5. Fueron respetuosos y respetuosas con las ideas expresadas por sus compaeros y compaeras?
Polmeros naturales
I 75
DESARROLLO
DE CONTENIDOS
2.5. Estabilidad de las protenas

Actividad 11
Inferir
Observa la siguiente figura que representa las uniones intermoleculares que se establecen en una protena. 1. Cmo crees que se relaciona la cantidad de uniones intermoleculares de una protena con su estabilidad? 2. Qu ocurre con las uniones intermoleculares que se generan en la protena si modificamos su medio, ya sea variando el pH o la temperatura? Explica. 3. Averigua y explica qu sucede con la casena (protena presente en la leche), si variamos el pH de su medio, hacindolo ms cido.
Si analizamos la figura de la Actividad 11, podemos observar que las protenas mantienen su estabilidad estructural gracias a las uniones que existen entre los radicales (R) de los aminocidos que la componen, las que pueden ser de dos tipos: uno formado por enlaces covalentes entre los tomos de S, denominados puentes disulfuro, y el otro constituido por uniones intermoleculares que son ms dbiles que los enlaces covalentes, como son: puentes de hidrgeno, fuerzas de dispersin y atracciones iondipolo y dipolo-dipolo. Estas uniones intermoleculares cumplen una doble funcin. Por una parte, confieren la flexibilidad necesaria a las molculas para romper estos enlaces dbiles mediante las enzimas y, por otra, un gran nmero de estas interacciones, actuando simultneamente, impiden que la estructura colapse, proporcionndole as una gran estabilidad en el tiempo. Cuando las protenas estn en su conformacin normal decimos que se encuentran en su estado nativo. Si cambian las condiciones fsicas y qumicas del medio, por ejemplo, variaciones en el pH o la temperatura, como analizaste en la actividad planteada en el Taller cientfico de las pginas 74 y 75, la estructura de la protena se altera; este proceso se conoce como desnaturalizacin. La conformacin de una protena desnaturalizada se ve drsticamente alterada y pierde su actividad biolgica. Por ejemplo, la protena del huevo se desnaturaliza al cocinarlo o batirlo, transformndose la albmina en un compuesto fibroso e insoluble en agua. 76 I Unidad 2
UNIDAD 2 - TEMA 2
Lectura cientfica
Piel artificial chilena:

nuevo material biotecnolgico
El doctor Galo Crdenas Trivio y su equipo de trabajo extraen quitina del caparazn de algunos crustceos. La quitina es un polmero natural, especficamente un polisacrido, precursor del quitosano el que se procesa para la obtencin de pelculas de piel artificial. Este material favorece la cicatrizacin y no provoca alergias. El quitosano es un polmero natural que se est empezando a utilizar en el tratamiento de quemaduras de primer y segundo grado, ulceraciones y erosiones de la piel producto de la diabetes y tambin en algunas lesiones provocadas por accidentes. La membrana elaborada con este polmero protege y mantiene la humedad en la regin lesionada mientras esta cicatriza, lo que evita alteraciones en la piel. Por ser una sustancia biodegradable, es eliminada a medida que la lesin va cicatrizando. Adems, posee propiedades fungicidas y bactericidas, lo que permite mantener las heridas libre de infecciones. El quitosano es utilizado como soporte de crecimiento celular, por lo cual la piel se regenera sin retraccin. A la aplicacin mdica del quitosano se suma su posible implementacin en la agricultura.
Crustceos de los que se obtiene la quitina, precursor del quitosano.
Actualmente se investiga como material para encapsular semillas y pesticidas. En semillas permitira remplazar los productos de uso actual que no son biodegradables, y su empleo en pesticidas podra mejorar la accin de estos productos al reducir el efecto de dilucin por lluvia y riego, y disminuir las cantidades que se aplican a los cultivos. El quitosano tambin puede ser usado como soporte para biopesticidas.
Fuente: www.explora.cl/index.php?option=com_docman&task=cat_view&gid=229&Itemid=663 (Boletn 29, pgina 4).

Lee las preguntas y comenta con tus compaeros y compaeras. 1. Qu ventajas crees que tiene la utilizacin de polmeros naturales versus los artificiales para la elaboracin de insumos mdicos? 2. Qu beneficios tiene para los pacientes que presentan quemaduras el uso de vendajes elaborados con quitosano? Explica. 3. Cules son las proyecciones en la utilizacin de quitosano en otros campos de la ciencia, adems de la medicina?
Polmeros naturales
I 77
DESARROLLO
DE CONTENIDOS
3. Protenas funcionales: las enzimas

Las enzimas tienen una propiedad muy caracterstica: la especificidad de accin. Esto significa que cada enzima realiza una determinada funcin, ya que tienen la capacidad de reconocer solo una molcula o una familia de molculas parecidas en cuanto a su estructura. Esto ltimo se debe a que la conformacin de la protena es flexible, y que al interactuar con la primera molcula, inicia pequeas alteraciones en su conformacin, facilitando as el mximo nivel de interaccin con otras molculas similares en estructura. La base de esta especificidad de accin de las enzimas es la conformacin de la protena que establece una regin espacial localizada, que permite una interaccin muy especfica con otra estructura qumica complementaria a travs de las interacciones intermoleculares. La especificidad de accin puede manifestarse, por ejemplo, frente a un receptor (accin fisiolgica, farmacolgica o txica). Actividad 12
Asociar y seleccionar informacin
Observa la siguiente imagen que representa la especificidad de accin de la hexoquinasa, enzima que participa en la degradacin de la glucosa al interior de las clulas. Luego, responde en tu cuaderno. 1. Qu relacin hay entre el sitio activo de una enzima y el reconocimiento del sustrato? Explica. 2. Qu funcin desempean las enzimas en las reacciones qumicas en las que intervienen? 3. Averigua con el profesor o profesora de Biologa cmo se produce la unin sitio activo-sustrato y explcalo a travs de un dibujo.
Productos
Reactantes
Conceptos clave sitio activo: regin especfica de la superficie de una protena responsable del reconocimiento de otras molculas.
Las enzimas son protenas altamente especficas formadas por: aminocidos estructurales, que constituyen el esqueleto de la enzima; aminocidos de unin, que intervienen directamente en la formacin del complejo enzima-sustrato, y aminocidos catalticos, que actan en la transformacin qumica del sustrato. Estos tres tipos de aminocidos explican la anatoma de una enzima, la que se modifica por un cambio conformacional para crear el sitio activo apropiado que se acomoda al sustrato sobre el que acta. Cualquier cambio en estos aminocidos produce la disminucin e incluso la prdida total de la actividad enzimtica. En cada enzima es posible reconocer uno o ms sitios activos. La unin sitio activo-sustrato est determinada por el tipo de grupos radicales que se presentan en esta regin de la enzima. Algunos radicales cargados positivamente, por ejemplo, se unen a los sitios elctricamente negativos de la molcula del sustrato.
78 I Unidad 2
UNIDAD 2 - TEMA 2
DESARROLLO DE CONTENIDOS
3.1. Las enzimas: catalizadores biolgicos

Las enzimas aceleran la velocidad de las reacciones qumicas que se producen en el organismo y que son necesarias para mantener su actividad biolgica. Estas reacciones consisten principalmente, en transferir grupos de tomos de una molcula a otra; romper los enlaces en una molcula y formar nuevos enlaces, y reordenar las molculas en nuevas conformaciones. Se conocen unas 2000 enzimas diferentes, cada una de ellas con una funcin especfica. La catalasa, por ejemplo, est presente en todas las clulas (vegetales y animales), y participa en la descomposicin del perxido de hidrgeno (H2O2), que se produce durante el metabolismo. Sin su accin descomponedora, la clula no podra seguir funcionando, ya que el perxido de hidrgeno es txico y es imprescindible retirarlo a medida que se va formando.
Actividad 13 Renanse en parejas y realicen la siguiente actividad. 1. Consigan los siguientes materiales: gradilla, perxido de hidrgeno (agua oxigenada) de 20 o 30 volmenes, cinco tubos de ensayo, pipeta de 10 mL, muestras de 3 g de hgado de pollo (panita), carne, papa, tomate y leche, agua destilada. 2. Numeren los tubos de ensayo del 1 al 5. 3. Maceren cada muestra y colquenla en los tubos de ensayo con agua destilada. En el tubo 1 coloquen la muestra de hgado; en el 2, la de carne; en el 3, la de papa; en el 4, la de tomate y finalmente en el 5, la de leche. 4. Con la pipeta, aadan a cada tubo 5 mL de perxido de hidrgeno y observen qu sucede en cada caso. 5. Elaboren una tabla con los resultados de cada tubo. Respondan en sus cuadernos las siguientes preguntas. a. Averigen y escriban la ecuacin que representa la reaccin qumica que se produce en esta actividad. Qu gas se libera? Expliquen. b. Qu tejidos de los estudiados piensan que tienen una mayor concentracin de catalasa?, cmo llegaron a esa conclusin? c. Qu beneficios creen que les brinda la catalasa a las clulas?
Experimentar y analizar
d. Qu creen que ocurrira con la enzima catalasa si se cocinaran estos alimentos? Planteen una hiptesis. e. Propongan un diseo experimental que les permita poner a prueba la hiptesis planteada.
Polmeros naturales
I 79
DE PROCESO
Lee y completa el siguiente esquema que resume los principales conceptos tratados en el Tema 2. Polmeros naturales por ejemplo Protenas
Enlace peptdico Grupo carboxilo Niveles estructurales
Primaria
Terciaria

1. Cul(es) de las flechas representa(n) el enlace peptdico? 1 4 A. 1 R3 O R4 O R2 O R1 O B. 2 H2N C C N C C N C C N C C N C. 2 y 3 H H H H D. 3 3 2 5 E. 4 y 5 2. Cul de las siguientes afirmaciones respecto de las enzimas es correcta? A. Actan sobre cualquier sustrato. B. Son estables a altas temperaturas. C. Cuando intervienen, forman un complejo enzima-sustrato. D. Presentan una conformacin diferente a las dems protenas. E. Actan a cualquier pH y temperatura, lo que es muy beneficioso para nuestro organismo. 3. Cuando hablamos de estructura terciara de una protena, nos referimos a: I. secuencia de aminocidos. II. interaccin entre cadenas polipeptdicas individuales. III. disposicin espacial en una direccin de la cadena polipeptdica. IV. plegamiento tridimensional de la molcula. A. Solo I B. Solo IV C. I y III D. II y III E. III y IV
80 I Unidad 2
UNIDAD 2 - TEMA 2
SNTESIS - EVALUACIN DE PROCESO
4. Qu tipo de reaccin de polimerizacin se produce entre los aminocidos para formar protenas? A. Adicin. B. Condensacin. C. Saponificacin. D. Descomposicin. E. xido-reduccin. 5. Cul de las siguientes alternativas es correcta respecto del enlace peptdico? A. Es un enlace inico. B. Se origina por la unin del hidrgeno de los grupos amino de ambos aminocidos. C. Se produce por la unin del grupo hidroxilo de los grupos carboxilos de ambos aminocidos. D. Se forma por la unin entre el grupo hidroxilo del grupo carboxilo de un aminocido y el hidrgeno del grupo amino del otro aminocido. E. Ninguna de las anteriores.
6. Con respecto a la conformacin -hlice es incorrecto sealar que: I. en general, las protenas que forman la piel, adoptan la conformacin -hlice. II. los grupos radicales de los aminocidos no participan en las uniones que le confieren estabilidad a la protena. III. la cadena polipeptdica se enrolla helicoidalmente debido a la gran cantidad de enlaces puentes de hidrgeno que existen. A. B. C. D. E. Solo I Solo II Solo III II y III I y II
II Lee la informacin y, luego, responde las preguntas en tu cuaderno.

La tripsina y la pepsina son dos enzimas que intervienen en la digestin de las protenas. Ambas enzimas actan a un pH ptimo: la tripsina, presente en el intestino, lo hace en un rango de pH de 7 a 9 y la pepsina, en el estmago, en un rango de 1,5 a 2,5. La tripsina se inactiva cuando el pH del medio est en un valor bajo 5 o sobre 10; en tanto, la pepsina lo hace cuando el medio tiene un pH inferior a 1 o superior a 4. 1. Grafica la actividad enzimtica de la tripsina y la pepsina, considerando sus pH ptimos y aquellos que se encuentran bajo o sobre estos (como referencia, ver pgina 53). 2. Qu le sucedera a la pepsina si el pH del estmago aumentara por sobre los niveles ptimos?, qu nombre recibe este proceso?, qu otros agentes pueden provocar un efecto similar? 3. Explica por qu estas enzimas intervienen en la degradacin de protenas y no en la de carbohidratos. A qu propiedad corresponde lo anterior?
Me evalo
Identificar la estructura y funcin biolgica de las protenas. Reconocer los niveles de organizacin de las protenas. Comprender en qu consiste la desnaturalizacin de una protena e identificar los factores que regulan la actividad enzimtica.
I (1, 2 y 5) I (3, 4 y 6) II (1, 2 y 3)
6 6 6
Polmeros naturales
I 81
SNTESIS
DE LA
UNIDAD
El almidn es un polisacrido producido por los vegetales a partir de la glucosa obtenida durante el proceso de fotosntesis. Est formado por amilopectina y amilosa en distintas proporciones.
Las protenas son polmeros formados por aminocidos que cumplen variadas funciones en los seres vivos. Por ejemplo, la hemoglobina es una protena globular cuya funcin es transportar el oxgeno en la sangre; las enzimas son otro tipo de protenas que intervienen en muchas reacciones qumicas al interior de la clula.
La desnaturalizacin es la alteracin estructural de una protena que tiene como consecuencia la prdida de su funcionalidad. Las variaciones de pH y temperatura pueden ocasionarla.
82 I Unidad 2

La fructosa es un monosacrido que est presente en la fruta y en la miel. Tiene la misma frmula emprica que la glucosa; sin embargo, su estructura molecular es distinta. La glucosa es el ms comn de los monosacridos y forma parte de la mayora de los polisacridos. La podemos encontrar en cereales, pastas y pan. Su principal funcin es aportar energa inmediata al organismo.
La celulosa es un polisacrido estructural de los vegetales; forma parte de la pared celular. Est constituida nicamente por monmeros de glucosa, unidos por un enlace glucosdico.
ARN
ADN
El ADN almacena la informacin gentica que es transmitida a la descendencia. El ARN transporta la informacin gentica del ADN, desde el ncleo hacia el citoplasma, donde es traducida, leda y puede expresarse.
Los cidos nucleicos son biopolmeros presentes en el ncleo y citoplasma de la clula. Las unidades bsicas son los nucletidos, que estn constituidos por: pentosa, grupo fosfato y bases nitrogenadas.

A partir de lo aprendido en esta Unidad responde las siguientes preguntas y comenta tus respuestas con tus compaeros y compaeras. 1. Qu diferencias estructurales existen entre el almidn y la celulosa? Explica. 2. Cuntos niveles estructurales pueden presentar las protenas? Representa cada nivel mediante un dibujo. 3. Qu diferencias hay entre el ADN y el ARN? Explica. 4. En qu procesos celulares intervienen los cidos nucleicos?
Polmeros naturales
I 83
QUMICA
EN LA HISTORIA
Friedrich Whler (1800-1882)

Qumico alemn y pedagogo. Es considerado un precursor de la qumica orgnica. Famoso por la sntesis de un compuesto orgnico llamado urea, lo que tuvo gran repercusin, ya que hasta entonces se pensaba que los compuestos orgnicos no podan ser sintetizados en laboratorios. Tambin realiz importantes investigaciones sobre el cido rico. Escribi varios textos de qumica orgnica e inorgnica.
Hermann Emil Fischer (1852-1919)

Qumico alemn. Al inicio del siglo XX, describi el enlace peptdico y defini las protenas como cadenas donde existe la repeticin de una serie de elementos. A partir de esto se identificaron todos los aminocidos. Propuso el modelo de llave cerradura para explicar el tipo de especificidad que se produce entre dos molculas. Tambin determin la estructura molecular de la glucosa y la fructosa, entre otros. Varios procesos qumicos llevan su nombre: proyeccin de Fischer; sntesis de pptidos de Fischer, reduccin de Fischer, entre otros.
Linus Pauling (1901-1994)

Qumico estadounidense, fue uno de los cientficos ms importantes del siglo XX. Obtuvo los Premios Nobel de Qumica (1945) y el de la Paz (1962), por su campaa contra las guerras nucleares. Fue uno de los fundadores de la biologa molecular. Realiz importantes trabajos sobre los enlaces qumicos y la estructura de las protenas; investig sobre la importancia de las uniones dbiles, centrndose en los enlaces puentes de hidrgeno; describi por primera vez, hacia 1940, la estructura de la hlice alfa (la forma de enrollamiento secundario de las protenas).
84 I Unidad 2
UNIDAD 2 QUMICA EN LA HISTORIA
Jacques Monod (1910-1976)

Bilogo francs. Fue condecorado con la Cruz de Guerra por sus servicios en la resistencia francesa durante la Segunda Guerra Mundial. Fue pionero en la biologa molecular obtuvo el Premio Nobel de Medicina por sus descubrimientos relacionados con el control gentico de las enzimas y sntesis de virus. En conjunto con Franois Jacob, postulan el primer modelo de regulacin de la expresin gentica, conocido como opern lac.
James Watson (1928-)

Naci en Chicago, Estados Unidos. Bilogo y zologo, propuso junto con Francis Crick el modelo de doble hlice del ADN. Este modelo postula la existencia de una doble hlice con hebras antiparalelas, las que se mantienen unidas gracias a la complementariedad de las bases nitrogenadas y los puentes de hidrgeno que se establecen entre ellas. Por este trabajo obtuvieron el Premio Nobel de Fisiologa o Medicina en 1962. Adems, particip en el proyecto Genoma Humano.
Har Gobind Khorana (1922-)

Bilogo molecular, nacido en la India britnica. Obtuvo la nacionalidad estadounidense en 1966. En la actualidad reside en Cambridge, Massachusetts y trabaja en la Facultad de Qumica del MIT. En 1968 recibi el Premio Nobel de Fisiologa o Medicina (compartido con Robert W. Holley y Marshall W. Nirenberg) por sus estudios en la interpretacin del cdigo gentico y su funcin en la sntesis de protenas.

Lee las siguientes preguntas y comntalas con tus compaeros y compaeras. 1. De qu manera se pueden relacionar los diferentes descubrimientos citados en estas pginas? 2. Piensas que es importante que la sociedad y los gobiernos consideren las ideas y aportes de los cientficos en temticas que estn relacionadas con la tica, poltica u otras reas?, por qu? 3. Por qu crees que es importante que exista una conexin directa entre las diferentes disciplinas cientficas; por ejemplo, entre la Qumica y la Biologa? 4. De los cientficos sealados, cul te parece ms interesante? Investiga en distintas fuentes sobre su vida y aportes a la ciencia. Luego, prepara una breve disertacin para el grupo curso.
Polmeros naturales
I 85
EVALUACIN
FINAL
I Lee las siguientes preguntas y selecciona la alternativa correcta. 1. A qu biomolculas corresponden las siguientes estructuras moleculares, respectivamente?
H H C OH OH H HO OH H H OH O H H C OH OH H OH H OH H
OH
4. Qu le ocurrira al aminocido lisina si es expuesto a un medio cido? I. Se comportara como un cido.

CH3
H3C
II. Se comportara como una base. III. Se neutralizara. IV. No le sucedera nada, ya que presenta una estructura estable. A. Solo I H B. Solo II H2N C COOH CH2 C. Solo III CH 2 D. Solo IV CH2 E. I y II
CH2 NH2 Lisina
HC O H2N C C OH H
A. Nucletido y aminocido. B. Pentosa y aminocido. C. Disacrido y aminocido. D. Polisacrido y cido nucleico. E. cido nucleico y aminocido. 2. El ADN se diferencia del ARN en: I. una base nitrogenada. II. el grupo fosfato. III. la pentosa. A. Solo I B. Solo II C. I y III D. II y III E. I, II y III 3. Un investigador ha marcado uracilo con un compuesto radiactivo que permite localizar dicho monmero en el interior celular; y lo ha inyectado en el ncleo de las clulas de dos cultivos. Solo en un cultivo aadi una toxina X. Luego detect que en el cultivo sin la toxina X el uracilo estaba presente en el ncleo y en el citoplasma; mientras que en el con la toxina X el uracilo solo se localizaba en el ncleo. Cul es el efecto ms probable de esa toxina sobre el funcionamiento celular? A. Bloqueo de la replicacin. B. Bloqueo de la traduccin. C. Bloqueo de la transcripcin. D. Bloqueo de la sntesis de nucletidos. E. Ninguna de las anteriores. 86 I Unidad 2
5. Cul de las siguientes alternativas es correcta con respecto a las protenas? A. Son polmeros de aminocidos. B. Resisten cambios de pH y temperatura. C. Presentan una estructura primaria de -hlice. D. Contienen bases nitrogenadas en su estructura. E. La hemoglobina es un ejemplo de protena de estructura secundaria. 6. Con respecto al enlace peptdico, es incorrecto que: I. se establece entre los grupos amino de dos aminocidos contiguos. II. se establece entre los grupos carboxilo de dos aminocidos contiguos. III. se establece entre los grupos amino y carboxilo de dos aminocidos. A. Solo I B. Solo II C. Solo III D. I y II E. II y III
UNIDAD 2 EVALUACIN II Observa, analiza y responde. 1. Observa los siguientes grficos y, luego, responde las preguntas en tu cuaderno.
Grfico N 5: Efecto del pH en la actividad enzimtica de la tripsina.
Velocidad de reaccin
FINAL
Grfico N 6: Efecto del pH en la actividad enzimtica de la pepsina.

Velocidad de reaccin
10
pH
pH
a. b. c. d. e.
Cul es el pH ptimo de cada enzima?, a qu nos referimos con pH ptimo? Qu ocurrira si la enzima tripsina fuera expuesta a un medio cido?, por qu? Qu factores pueden alterar la funcionalidad de una enzima? Qu uniones intermoleculares se ven alteradas por estos factores? Explica. La pepsina es una enzima presente en el estmago que participa en el proceso de digestin de las protenas. Por qu solo interviene en la digestin de pptidos?, a qu propiedad de las enzimas corresponde esta caracterstica?
2. Un grupo de investigadores analiz una muestra orgnica, encontrando cuatro tipos de protenas diferentes, las que caracterizaron segn la informacin que se seala en el siguiente cuadro. Protena 1 2 3 4 Caracterizacin de las protenas analizadas Cadena polipeptdica que ya encontrndose enrollada, al plegarse, adopta una estructura globular. Cadena polipeptdica con secuencia lineal. Unin de cuatro cadenas polipeptdicas. Las cadenas se mantienen unidas por interacciones dbiles. Cadena polipeptdica enrollada en forma helicoidal en torno a su propio eje.
a. Indica a qu tipo de nivel estructural corresponde la descripcin sealada para cada protena. b. Qu tipo de uniones se establecen entre los aminocidos que conforman la protena 1? c. Segn lo estudiado, en cul de los niveles estructurales la protena adopta una estructura tridimensional? d. Por qu la estructura terciaria de una protena depende de sus estructuras primaria y secundaria?
Polmeros naturales
I 87
EVALUACIN
FINAL
III Lee, aplica y responde las siguientes preguntas en tu cuaderno. 1. Para extraer ADN de un tejido se puede realizar el siguiente procedimiento: se trituran 10 g de hgado de pollo con 50 mL de agua potable en una licuadora. Luego se filtra varias veces sobre el papel filtro. Se agrega al filtrado un volumen igual de una solucin acuosa 2 M de NaCl. A continuacin se agrega 1 mL de detergente al 20% para formar un complejo de protenas y separarlas del ADN. Se aaden 50 mL de alcohol de 96. En la interfase, precipita el ADN. a. Qu crees que se obtiene al triturar el tejido con agua en la licuadora? b. Cul es el objetivo de adicionar la solucin acuosa de NaCl 2 M? c. Por qu piensas que es necesario agregar alcohol de 96? Explica. 2. Se colocaron unos trocitos de pescado en un tubo de ensayo y luego se les agreg jugo de limn hasta que los trozos quedaron sumergidos. Se dejaron reposar durante media hora. Finalmente se agregaron unas gotas de solucin de bicarbonato de sodio. a. Qu debera suceder al agregar jugo de limn a la carne de pescado? Explica. b. Qu factor es el responsable de este cambio? c. Por qu se le agreg bicarbonato de sodio a la mezcla? d. Qu otros factores puede generar un efecto similar al descrito? Explica. 3. A continuacin se indica la secuencia de bases nucleotdicas para un ARNm: ARNm= A G C G U U C U A A G C G C C a. Indica el nmero de codones de este ARN mensajero. b. Cuntos aminocidos tendra el polipptido que codifica? c. Qu ocurrira con la expresin gnica si se inhibiera el proceso de transcripcin? Explica.
Lo que ahora s
Te invitamos a que vuelvas a contestar en tu cuaderno las preguntas de la seccin Lo que s, de la pgina 50. Luego, compara tus respuestas iniciales con las sealadas en esta instancia. Adems, responde las preguntas que planteaste en la seccin Lo que me gustara saber. 1. Qu contenidos de la Unidad te resultaron ms difciles de aprender?, a qu crees que se debe? 2. Con respecto a tu respuesta anterior, cmo te hubiera resultado ms fcil aprenderlos? 3. Cules fueron los contenidos que aprendiste con mayor facilidad?, a qu lo atribuyes? 4. Cul fue la tcnica que ms utilizaste para aprender los contenidos de esta Unidad?
88 I Unidad 2
Unidad
Proyecto cientfico
Salud y alimentacin: evaluacin del estado nutricional de las personas

Antecedentes
En los ltimos aos se ha registrado un aumento en los ndices de obesidad y sobrepeso en Chile. La principal causa de algunas enfermedades crnicas no transmisibles (hipertensin arterial, diabetes, cncer) est vinculada a una mala alimentacin y a un estilo de vida sedentario. Existe una visible proliferacin de comidas envasadas con altos contenidos de grasa, azcares y sal, siendo necesario controlar su consumo. Para eso se requiere conocer el estado nutricional de las personas, a fin de ayudarlos a tomar medidas para disminuir los factores de riesgos que influyen en el desarrollo de las enfermedades ya sealadas.
1. Objetivo
Deben enunciar de manera clara y precisa los objetivos de la investigacin y, a partir de estos, planificar (metodologa, procedimiento, materiales, entre otros) el proyecto. Un trabajo de investigacin es evaluado por el logro de los objetivos planteados. Organcense en grupos de trabajo y seleccionen informacin que les permita evaluar el estado nutricional de una muestra determinada. Definan la muestra (ejemplo: compaeros y compaeras del colegio). Consiga una balanza de pie y una huincha de medir. Elaboren una encuesta que incorpore preguntas sobre hbitos alimenticios y actividad fsica. En diversas fuentes escritas, busquen informacin sobre el ndice de Masa Corporal (IMC) y cmo calcularlo. Diseen una forma de registrar y comparar los datos obtenidos. Una vez planificado el proyecto, realicen la experiencia. Sean rigurosos al momento de llevar a cabo cada etapa y analicen aquellos factores que no contemplaron inicialmente en el diseo del proyecto y que pueden influir en sus resultados. Una vez finalizada la evaluacin del estado nutricional de la muestra seleccionada, evalen su procedimiento a travs de una pauta de cotejo, donde comparen los resultados esperados con los obtenidos a partir de la realizacin de las actividades. Identifiquen las dificultades que se les presentaron tanto en la planificacin como en la ejecucin del proyecto y las acciones que emplearon para resolverlas. A partir de los resultados obtenidos, de qu manera motivaran a la comunidad educativa a cambiar aquellos hbitos alimenticios inadecuados y el estilo de vida sedentario?
2. Planificacin
3. Ejecucin
5. Proyeccin
Polmeros naturales
I 89
UNIDAD 3_12ene _QUIMICA 26-07-11 15:08 Pgina 90
Unidad
Los ncleos atmicos encierran secretos que los cientficos han ido develando en el tiempo y as han podido dar explicacin a muchos fenmenos que son consecuencia de sus propiedades. La enorme cantidad de energa que hay en los ncleos puede liberarse a travs de reacciones nucleares que ocurren de manera natural y otras que son inducidas y controladas por el ser humano. La energa nuclear puede ser aprovechada para diversos fines: unos blicos, que destruyen, y otros pacficos, que construyen. Entre los usos pacficos destaca su aplicacin en diversas reas de la medicina, la industria y la agricultura.
Lo que s
Lee y comenta las siguientes preguntas con tus compaeros y compaeras. 1. 2. 3. 4. 5. Cmo es el ncleo de los tomos?, qu partculas lo constituyen? Cmo crees que se obtiene la energa del ncleo atmico? Has odo hablar de la radiactividad?, cmo piensas que se produce? Qu aplicaciones beneficiosas para el ser humano tiene la utilizacin de istopos radiactivos? Cules son los peligros de manipular sustancias radiactivas? Explica.
90 I Unidad 3
Lo que aprender
Identificar los factores determinantes de la estabilidad nuclear. Distinguir las diferentes clases de emisiones radiactivas y sus propiedades. Aplicar el concepto de vida media de desintegracin radiactiva. Reconocer los principales beneficios de la utilizacin de tecnologas nucleares para el ser humano. Reconocer y evaluar los riesgos para el ser humano de las emisiones radiactivas naturales y aprender sobre mtodos de proteccin.
Tema 1 Propiedades del ncleo atmico
Tema 2 Radiactividad natural
Tema 3 Fenmenos nucleares inducidos y su aplicacin
Caractersticas del ncleo
Istopos
Estabilidad nuclear
Decaimiento radiactivo
Fisin nuclear
Fusin nuclear
Conversemos
Lee la siguiente informacin y, luego, comenta las preguntas con tus compaeros y compaeras. La fabricacin y utilizacin de armas nucleares es, sin lugar a dudas, uno de los captulos ms lamentables de la historia de la humanidad. En 1945, dos ciudades de Japn sufrieron la devastacin de un ataque nuclear, a manos de tropas estadounidenses. Las emisiones radiactivas y las altsimas temperaturas y energas generadas por las bombas atmicas significaron para algunos habitantes de Hiroshima y Nagasaki, y seres vivos all presentes, la muerte de manera instantnea, y para el medioambiente, innumerables efectos nocivos. 1. Qu opinas de la investigacin y desarrollo de la energa nuclear? 2. Conoces alguna aplicacin pacfica de este tipo de energa? Explica. 3. Qu opinas sobre el ataque nuclear que afect a Hiroshima y Nagasaki? 4. Por qu crees que la energa nuclear se sigue utilizando?
I 91
EVALUACIN
DIAGNSTICA
I Lee las siguientes preguntas y selecciona la alternativa correcta.

1. Cul de los siguientes personajes plante, por primera vez, la existencia del tomo? A. Platn. B. Dalton. C. Thomson. D. Aristteles. E. Demcrito. 2. Qu representan los rayos catdicos en la experiencia en tubos de descarga? A. Protones. B. Neutrones. C. Electrones. D. Partculas alfa. E. tomos neutros. 3. Qu representa el nmero msico de un elemento? A. El nmero de protones. B. La cantidad de electrones. C. El nmero de neutrones. D. La suma de protones y electrones. E. La suma de la cantidad de protones y neutrones. 6. El tomo de sodio puede perder 1 e. Cuntos electrones tiene este nuevo ion? (Na: Z=11). A. 7 e B. 9 e C. 10 e D. 11 e E. 12 e 5. El tomo de flor se convierte en un ion al ganar 1 e. Con cuntos electrones queda? (F: Z=9). A. 2 e B. 4 e C. 7 e D. 9 e E. 10 e 4. Qu representan los orbitales atmicos en el modelo atmico actual? A. Distancia del electrn al ncleo. B. Disposicin de los neutrones en el ncleo. C. Posicin exacta donde se ubican los electrones. D. Regin de probabilidad de encontrar electrones. E. Trayectoria definida del electrn alrededor del ncleo.
II Lee y analiza las siguientes preguntas.

1. La tabla muestra la composicin de algunos tomos. Analiza e identifica: a. tomos neutros. tomo A Z p+ b. iones positivos. c. iones negativos. A 12 6 6 B C D 14 40 32 7 20 16 7 20 16
e 6 10 18 16
n 6 7 20 16
92 I Unidad 3
UNIDAD 3 EVALUACIN DIAGNSTICA 2. Completa la tabla y define, brevemente, qu es un istopo. Istopo

12 6C
Z = nmero atmico
A = nmero msico
Composicin 6 protones 6 neutrones 6 electrones
13 C 6
1 1
2 1
H 1 protn 2 neutrones 1 electrn
3 1
3. Observa las siguientes imgenes, que representan algunos de los modelos atmicos propuestos a lo largo de la historia. Relacinalas con el personaje que los postul. 1 2 3
A. Dalton.
B. Thomson.
C. Rutherford.
Ordnalos segn el orden cronolgico en que fueron postulados estos modelos atmicos.

Te invitamos a que, a partir de la seccin Lo que aprender, de la pgina 91, y de tus conocimientos e inquietudes, escribas en tu cuaderno cuatro o cinco preguntas sobre la radiactividad y propiedades del ncleo atmico cuya respuesta te gustara encontrar en esta Unidad.
I 93
Tema
Propiedades del ncleo atmico
Modelo atmico de Rutherford

A. Antecedentes
En 1903, Thomson postul el modelo atmico que se ha denominado budn de pasas. En este modelo, los tomos eran representados como esferas slidas de materia cargada positivamente de manera uniforme, con los electrones, de carga negativa, incrustados en un nmero adecuado, para que, de este modo, la carga total del tomo fuese nula. Aos ms tarde, y con el propsito de tener una idea ms exacta sobre la estructura interna del tomo, Ernest Rutherford junto con su equipo de trabajo, aplicando la tcnica de dispersin por choque, realizaron el experimento que se describe a continuacin.
B. Procedimiento
Observa la siguiente imagen que representa el experimento efectuado por Rutherford y lee la informacin.
Lmina de oro Rutherford bombarde, desde una fuente radiactiva, una delgada lmina de oro, con un tipo de partculas cargadas positivamente. Alrededor de la lmina puso una pantalla circular fluorescente, la que le permiti detectar las partculas que atravesaban o se desviaban por la lmina de oro. Los resultados obtenidos fueron inesperados para Rutherford y se traducen, bsicamente, en: la mayora de las partculas alfa atravesaban la lmina sin desviarse o con una pequea desviacin; una pequea fraccin rebotaba en la lmina hacia la fuente radiactiva emisora, y algunas de las partculas, que atravesaban la lmina, se desviaban con ngulos muy grandes.
Pantalla circular fluorescente
Fuente radiactiva
Haz de partculas alfa
C. Anlisis y conclusiones del experimento

Lee y responde las siguientes preguntas. 1. 2. 3. 4. 5. Por qu Rutherford utiliz una pantalla circular fluorescente? Explica. Cmo crees que es la composicin atmica de la lmina de oro?, por qu? Qu habra sucedido si el modelo atmico de Thomson hubiese sido correcto? Qu pudo concluir Rutherford a partir del experimento realizado? Explica. Qu hiptesis piensas que formul Rutherford anterior y posteriormente a la realizacin del experimento?
94 I Unidad 3
1. Ncleo atmico
Quines fueron los primeros en imaginar el interior de la materia?, qu resultados experimentales han demostrado la existencia de los tomos?, qu cientficos contribuyeron a dilucidar la estructura atmica? Todas estas interrogantes, y muchas otras, ya fueron respondidas cuando estudiaron el tomo y su estructura. En la Actividad exploratoria, pudiste analizar el experimento realizado por Rutherford, a travs del cual se pudo concluir que el tomo posee un ncleo donde se concentra ms del 99% de la masa que tiene carga positiva. El resto del tomo es un espacio prcticamente vaco, donde se ubican electrones girando alrededor del ncleo, los que describen rbitas circulares y constituyen la corteza atmica. Tiempo despus, el cientfico dans Niels Bohr perfeccion el modelo de Rutherford, asignndoles a los electrones lugares definidos en rbitas que giraban en torno al ncleo. A partir de 1925, el modelo atmico de Bohr fue objeto de sucesivas modificaciones hasta llegar al modelo actual; que es un modelo matemtico, que explica el comportamiento del electrn en tomos con varios electrones. En 1932, James Chadwick descubri otra partcula presente en el tomo; el neutrn, que carece de carga elctrica y posee una masa muy semejante a la del protn. As, se lleg a definir la estructura bsica del ncleo del tomo, que + contiene en su interior protones (partculas positivas, p ) y neutrones (partculas neutras, n) y orbitando a su alrededor estn los electrones (partculas negativas, e-). Las partculas que se encuentran en el interior del ncleo reciben el nombre de nucleones. Actividad 1
Aplicar
Con el fin de aclarar ms la estructura atmica, Ernest Rutherford (1871-1937), a partir de sus estudios sobre la penetrabilidad de las radiaciones alfa, plante la existencia del ncleo atmico, hiptesis hoy plenamente confirmada.
Recuerda que para caracterizar un tomo es necesario conocer su nmero atmico y nmero msico. + El nmero atmico (Z) corresponde al nmero de protones (p ) contenidos en el ncleo; en tanto, el + nmero msico (A) es la suma del nmero de protones y de neutrones (p + n) en el ncleo. Completa la tabla con los datos correspondientes para los siguientes tomos. Luego, responde las preguntas en tu cuaderno. Elemento Plomo Cobalto Aluminio Smbolo Z 82 27 14 p+ n (neutrones) 125 60 27 eA
1. Cul de los elementos sealados en la tabla es el ms pesado? 2. Qu partculas se encuentran en mayor abundancia al interior del ncleo? 3. Por qu en el tomo el nmero de protones debe ser igual al de electrones?, qu sucede si hay ms partculas positivas que negativas?, qu nombre recibe ese tomo?
I 95
1.1. Istopos
Conceptos clave istopos: del griego iso = igual: topos = lugar. Corresponden a tomos de un mismo elemento que contienen diferente nmero de neutrones en su ncleo. El qumico ingls Frederick Soddy (1877-1956) demostr experimentalmente la existencia de varios tomos que, perteneciendo a un mismo elemento, no tenan la misma masa. Los llam istopos. Por ejemplo, el nen tiene tres tipos de tomos: algunos con A=20, y otros con A=21 y A=22. Como el nen posee un Z=10, todos tienen 10 protones en su ncleo, solo vara el nmero de neutrones, es decir, son todos istopos del nen. Para anotar los istopos de un tomo, basta escribir el nombre o smbolo del elemento seguido de un guin y, luego, el nmero msico. Por ejemplo, carbono-14 (C-14). Otra forma de simbolizar un istopo es la siguiente: se escribe el nmero msico (A) como superndice y el nmero atmico (Z) como subndice. Estos nmeros se anotan a la izquierda del smbolo del elemento (E). De esta manera: A E Actividad 2
Z Comparar
Utilizando los datos de la tabla N 1, calcula y compara la masa atmica promedio del carbono, del hidrgeno y del nitrgeno. Recuerda que la masa de los tomos se mide en unidades de masa atmica (uma). Para cada istopo de un elemento, el valor de la masa atmica es prcticamente igual a su nmero msico.
As, por ejemplo, los istopos del elemento hidrgeno son:

1 1H 2 1H 3 1H
(Protio)
(Deuterio)
(Tritio)
Cuando caracterizamos un ncleo por su nmero atmico y por su nmero msico lo llamamos nclido. La mayora de los elementos estn formados por dos o ms istopos naturales en distinta proporcin; por ejemplo, el estao tiene 10 istopos diferentes. Los istopos tienen iguales propiedades qumicas, ya que poseen el mismo nmero de electrones, pero sus propiedades fsicas son diferentes.
Tabla N 1: Composicin isotpica de los elementos hidrgeno, carbono y nitrgeno.
Nombre del ncleo Hidrgeno-1 Hidrgeno-2 Hidrgeno-3 Carbono-12 Carbono-13 Carbono-14 Nitrgeno-14 Nitrgeno-15
Abundancia en Nmero atmico Nmero msico la naturaleza (Z) (A) 99,985 0,015 Trazas 98,89 1,10 Trazas 99,63 0,37 1 1 1 6 6 6 7 7 1 2 3 12 13 14 14 15
Protones 1 1 1 6 6 6 7 7
Neutrones 0 1 2 6 7 8 7 8
Fuente: Archivo editorial.
96 I Unidad 3
2. Qu mantiene unidas a las partculas del ncleo?

Parece extrao y contradictorio que el ncleo atmico, un espacio tan pequeo, pueda contener partculas de igual carga elctrica, tan prximas entre s. Para entenderlo, se plantea que existe una fuerza de unin muy intensa, capaz de vencer la repulsin entre protones y de mantener unido al ncleo; esta fuerza se llama interaccin nuclear fuerte. La interaccin nuclear fuerte es una fuerza atractiva de corto alcance que -15 acta a distancias entre partculas del orden de 10 m. Esta fuerza acta entre dos protones, dos neutrones o entre un protn y un neutrn y existe solo en el ncleo atmico. Cuanto mayor es la interaccin nuclear fuerte, tanto ms estable es el ncleo atmico. De dnde proviene la energa que mantiene unidas a las partculas del ncleo? Imagina que tienes una manzana y la partes por la mitad; la suma de ambos trozos equivale a la masa total de la manzana. Algo que resulta tan evidente no ocurre a nivel atmico, pues si se mide la masa de los nucleones (neutrones y protones) unidos, se obtiene un valor mayor con respecto al de la masa de los neutrones y protones por separado. Por qu existe esta diferencia de masa? Para resolver esta interrogante, Albert Einstein (1879-1955) plante que la masa no se pierde ni se crea, sino que se transforma en energa, la que es necesaria para mantener unidas a las partculas del ncleo, segn la relacin de equivalencia masa-energa expresada a continuacin: E=m.c
2
Actividad 3
Aplicar
Lee y responde por escrito las siguientes preguntas. 1. Si 0,1 mg (1 x 10-7 kg) de masa de un pequeo grano de sal se transforma en energa, cunto vale E? (Ten en cuenta que la masa final es cero y la inicial es 0,1 mg). 2. Cunta masa de carbn se necesita quemar para obtener la misma energa, del punto 1 si la combustin de 1 mol libera 394 kJ? Explica.
Donde c representa la velocidad de la luz, 3 x 108 m/s. Si la variacin de masa es m (masa final masa inicial), entonces la energa que mantiene ligadas las partculas del ncleo es: E = m . c2 Al encontrarse la masa en kilogramos, la energa de ligadura E se expresa en joules (unidad de energa del SI). Esta ecuacin nos indica que parte de la masa del ncleo tiene una equivalencia en energa, la que se necesita para mantener los protones y neutrones unidos.
I 97
TALLER
CIENTFICO
Qu relacin se puede establecer entre la fuerza magntica y la fuerza nuclear?

A. Observacin Como ya estudiamos, la fuerza nuclear fuerte acta entre los nucleones (partculas constituyentes del ncleo, es decir, prontones y neutrones). Esta fuerza tiene efectos en -15 distancias del orden de los 10 m. La fuerza nuclear se explica a travs de la accin de otras partculas ms pequeas y de masa casi nula, llamadas mesones. Es as que los protones y/o neutrones se atraen entre s por el intercambio de mesones. A continuacin, te proponemos una actividad para establecer una analoga entre la fuerza magntica y la nuclear. B. Diseo experimental Materiales: Renanse en parejas y consigan dos imanes. Luego, realicen el procedimiento que se describe a continuacin. Procedimiento 1. Acerquen ambos imanes por sus polos opuestos, hasta que queden unidos. 2. Traten de separar los imanes manteniendo una mnima distancia de separacin entre ellos. Observen y registren lo que sucede. C. Anlisis y conclusiones a. Es necesario aplicar energa para separar los imanes? Expliquen. b. Si estableciramos una relacin entre los imanes y el ncleo atmico, qu representara cada uno de los imanes? c. Existe prdida de masa de los imanes cuando estos son separados? d. Qu similitudes y diferencias se pueden establecer entre la fuerza magntica y la nuclear? e. Podr explicarse la fuerza magntica en trminos del intercambio de alguna partcula? Averigen. Tips Los mesones son partculas elementales responsables de mantener los nucleones (protones y neutrones) unidos.
Conversemos
Comenten con sus compaeros y compaeras en torno a las siguientes preguntas. 1. Trabaj de manera rigurosa y ordenada? 2. Aport con ideas para el establecimiento de conclusiones? 3. Respet las ideas planteadas por mis compaeros y compaeras?
98 I Unidad 3
UNIDAD 3 - TEMA 1
EJEMPLO RESUELTO 1 Calcular la masa atmica promedio

Los tomos de un elemento tienen istopos que difieren en el nmero de neutrones, y, por lo tanto, en sus masas atmicas. La masa atmica promedio de un elemento se establece considerando la abundancia de cada uno de los istopos en la naturaleza. Se sabe que el carbono tiene tres istopos (el istopo C-14, ampliamente utilizado en la estimacin de las edades de fsiles orgnicos, se encuentra en muy baja proporcin en la naturaleza, por lo que su aporte se puede despreciar), y que la abundancia del istopo C-12 es 98,89% y del istopo C-13 es de 1,11%. Cul es la masa atmica promedio del carbono? 1. A partir de los datos se puede establecer que el istopo C-12 es mucho ms abundante que el C-13, por lo que es lgico pensar que la masa atmica promedio estar en un rango ms cercano al primero que al segundo. Desde el punto de vista matemtico, esto se logra multiplicando la masa de cada istopo por un factor que represente la importancia (abundancia en la naturaleza) que este tiene. 2. Se aplica la siguiente frmula matemtica para estimar la masa atmica promedio del carbono:
C=
(12 x 98,89%) + (13 x 1,11%) 100%
3. Respuesta La masa atmica promedio del C es 12,0111 u.
PARA TRABAJAR 1. El cloro tiene dos istopos, cuya abundancia en la naturaleza es Cl-35: 75,5%; Cl-37: 24,5%. a. Cul es la masa atmica promedio del cloro? Considera que la masa atmica del cloro-35 es 35 u, y la del Cl-37 = 37 u. b. Si dispusiramos de 80 g de cloro, a qu masa correspondera cada istopo (asumiendo la misma abundancia)? 2. El elemento galio tiene dos istopos: Ga-69 y Ga-71. La masa atmica promedio del galio es 69,72 u. Cul es la abundancia relativa de cada istopo?
I 99
SNTESIS - EVALUACIN
DE PROCESO
Sntesis del Tema 1

Lee y completa el siguiente esquema que resume los principales conceptos tratados en el Tema 1. Ncleo atmico descubierto por constituido por
Z
se identifica a travs de
quien postul: 1. 2. 3.
se mantienen unidos debido a
236 92 U
239
92U
son ____________
de un mismo elemento. Tienen igual nmero de protones, pero difieren en el nmero de neutrones.
Evaluacin de proceso I Lee las siguientes preguntas y marca la alternativa correcta.

1. Cuntos protones y neutrones tiene el azufre-31? Recuerda que la especie neutra posee 16 electrones. A. 2 protones y 16 neutrones. B. 16 protones y 31 neutrones. C. 16 protones y 15 neutrones. D. 15 protones y 16 neutrones. E. 31 protones y 16 neutrones. 2. Cierto elemento qumico tiene 22 protones, 20 electrones y 26 neutrones. De qu istopo se trata? A. B. C. E.
26 47 26 48 22 48 22 48 22 48
3. Cuntos electrones, protones y neutrones hay 80 en un tomo de 35Br-? A. 35 electrones, 36 protones y 45 neutrones. B. 80 electrones, 35 protones y 45 neutrones. C. 36 electrones, 35 protones y 45 neutrones. D. 125 electrones, 80 protones y 35 neutrones. E. 45 electrones, 36 protones y 35 neutrones. 4. Cul de las siguientes series corresponde a istopos? A. B. C. D. E.
16 17 18 8O; 8 O; 8O 1 4 2 1H; 2 He; 1H 16 17 18 8C; 8 N; 8O 26 27 28 8O; 8 N; 8 O 238 239 235 92 U; 91 Pa; 90Th
Fe Fe Ti Ti2+
D. Ti2-
100 I Unidad 3
UNIDAD 3 - TEMA 1 SNTESIS - EVALUACIN DE PROCESO
5. Cul de las siguientes afirmaciones con respecto del tomo y sus partculas es falsa? A. Casi toda la masa del tomo est concentrada en el ncleo. B. El volumen de los electrones es muy grande en relacin al ncleo. C. En un tomo neutro, el nmero de electrones y protones es siempre el mismo. D. La fuerza que mantiene unida a las partculas del ncleo se llama interaccin nuclear fuerte. E. Los protones y los neutrones se encuentran a una pequea distancia unos de otros.
6. Qu representa el smbolo 18 8O? A. Ocho tomos de oxgeno con dieciocho neutrones. B. Un tomo de oxgeno con ocho protones y diez neutrones. C. Un tomo de oxgeno con ocho neutrones y diez protones. D. Un tomo de oxgeno con ocho protones y diez electrones. E. Dieciocho tomos de oxgeno con ocho neutrones cada uno.
II Lee y responde las siguientes preguntas.

1. La abundancia relativa en la naturaleza de cada uno de los istopos del nen es: 90,0% de Ne-20, 0,27% de Ne-21 y 9,73% de Ne-22. Calcula la masa atmica promedio del nen. 2. La composicin isotpica del uranio es la siguiente: 99,28% de U-238 y 0,72% de U-235. Calcula su masa atmica promedio. 3. Un istopo de Z = 56 y A = 141 tiene una masa atmica de valor 140,91 u. La masa de los protones es de 1,007276 u y la de los neutrones, es 1,008665 u. Por qu la suma de la masa de los nucleones no coincide con el valor sealado?
Me evalo
Comprender los conceptos de modelo atmico nuclear y de istopo. Calcular masas atmicas promedio.
16
II
I 101
Tema
Radiactividad natural
Estabilidad nuclear
A. Antecedentes
La mayora de los ncleos atmicos son estables y permanecen inalterables en el tiempo. La estabilidad del ncleo depende de la proporcin que hay entre el nmero de neutrones y protones Estos ncleos inestables emiten partculas o radiaciones electromagnticas, proceso conocido como radiactividad. La radiactividad de ciertos elementos qumicos, principalmente istopos, est relacionada con la inestabilidad nuclear.
Grfico N 1: Relacin entre el nmero de neutrones y protones para una serie de istopos conocidos.
B. Procedimiento
Observaciones empricas han determinado que la estabilidad nuclear depende de la relacin entre el nmero de protones y de neutrones, tal como se muestra en el grfico N 1.
C. Anlisis y conclusiones
Analiza el grfico y responde las preguntas. 1. Qu representa la lnea recta que cruza el grfico? 2. Qu relacin hay entre los protones y los neutrones de los ncleos estables de nmero atmico pequeo (hasta alrededor de 20)? 3. Qu ocurre con los ncleos de mayor nmero atmico?, cmo se relaciona el nmero de neutrones y de protones? 4. Por qu crees que el nmero de neutrones necesario para mantener un ncleo estable aumenta al haber ms protones? 5. En qu elemento termina la franja de estabilidad?, por qu? 6. Qu sucede con los elementos de Z > 83?
Fuente: Archivo Editorial. El rea sombreada representa la franja de estabilidad, es decir, la mayor parte de los ncleos radiactivos se encuentra fuera de esta franja.
102 I Unidad 3
1. Radiactividad
Como pudiste analizar en la Actividad exploratoria, no todos los ncleos atmicos permanecen inalterables en el tiempo. Algunos se vuelven inestables y esta inestabilidad depende de la relacin entre el nmero de protones y neutrones. Pero qu significa que un ncleo sea inestable? Un ncleo es inestable cuando emite partculas y/o radiacin electromagntica de manera espontnea, proceso conocido como emisin radiactiva o radiactividad. En 1896, el fsico alemn Henri Becquerel (1852-1908) observ casualmente este fenmeno (radiactividad) por primera vez. Descubri que los minerales de uranio (Z = 92) eran capaces de velar una placa fotogrfica en ausencia de luz externa, por lo que concluy que posean la propiedad de emitir radiaciones en forma espontnea. Poco despus de este descubrimiento, la qumica polaca Marie Sklodowska Curie (1867-1934) y su esposo, el fsico francs Pierre Curie (1859-1906), iniciaron una bsqueda sistemtica de otras sustancias que emitieran radiaciones. Comprobaron que todos los minerales de uranio las emitan y adems aislaron otros dos elementos con idnticas propiedades: el polonio (Z = 84) y el radio (Z = 88), a los que llamaron elementos radiactivos. Como la radiactividad no se puede percibir a travs de los sentidos, no tiene olor ni sabor, fue necesario idear dispositivos para detectar las radiaciones provenientes de los elementos radiactivos. El instrumento ms usado es el llamado contador Geiger-Muller.
El funcionamiento del contador Geiger-Muller se basa en la ionizacin de la materia producida por la radiacin ionizante. Los iones y electrones generados por la radiacin pueden ser conducidos en forma de una corriente elctrica. La pulsacin de dicha corriente es amplificada por el contador, asignando a cada pulsacin una medida de la cantidad de radiacin.
Actividad 4
Otro mtodo para detectar radiaciones es el llamado contador de centelleo. Averigua en diferentes fuentes cmo funciona este dispositivo y qu ventajas y desventajas presenta frente al contador Geiger-Muller.
I 103
2. Decaimiento radiactivo y tipos de radiacin

La liberacin de radiacin por los istopos radiactivos o radioistopos se conoce como decaimiento radiactivo; los ncleos inestables de estos istopos experimentan un proceso de desintegracin nuclear, con el fin de corregir la relacin cuantitativa entre protones y neutrones. En las reacciones nucleares, un ncleo inestable, llamado ncleo padre, emite radiaciones en forma espontnea, convirtindose as en un ncleo ms estable, llamado ncleo hijo. Adems, en el proceso se emite una cierta cantidad de energa que designaremos con la letra Q. Entre 1896 y 1903 se realizaron una serie de experimentos para estudiar la naturaleza de las distintas radiaciones. Los resultados permitieron clasificarlas en tres tipos de emisiones: alfa (), beta () y gamma (). Si una determinada muestra de un elemento radiactivo, por ejemplo el radio (Ra), se somete a la accin de un campo magntico, se comprueba que existen tres tipos de emisiones radiactivas: partculas alfa (), con bajo poder de penetracin y con carga positiva; partculas beta (), cuyo poder de penetracin es superior al de la emisin alfa y cuya carga es negativa; y rayos gamma (), con un poder de penetracin superior al de los dos tipos de emisiones sealadas anteriormente y no presenta carga ni masa.
Partculas beta (): tienen un poder mediano de penetracin y carga negativa (aunque en algunos casos puede ser positiva).
Bloque de plomo +
Campo electromagntico
Placa fotogrfica
Partculas alfa (): tienen bajo poder de penetracin y carga positiva. Muestra de radio (radiactivo) sometido a la accin de un campo magntico.
Rayos gamma (): tienen un alto poder de penetracin y carecen de carga elctrica, por lo que no se ven afectados por el campo magntico.
104 I Unidad 3
Emisin alfa ( o 4 2He)

La radiacin alfa consiste en un flujo de partculas formadas por dos protones y dos neutrones. Una partcula tiene una masa de 4 u y una carga igual a +2, y es idntica a un ncleo de helio (un tomo de helio sin 4 sus dos electrones). Su smbolo es: 2He. Se producen en los ncleos de gran masa (Z > 83); donde la fuerza de repulsin que se genera entre los protones tiende a superar la fuerza que permite que el ncleo se mantenga unido. Esto hace que sean radiactivos. Para estabilizarse, emiten radiacin alfa, transformndose en ncleos de menor masa. As, se obtiene un ncleo cuyo Z es dos unidades menor y su A es cuatro unidades menor, segn: A 4 A-4 + 2 He +Q ZX Z-2 Y X Y
Emisin beta
0 Emisin beta ( o -1 e) Es un proceso mediante el cual un ncleo inestable emite una partcula idntica a un electrn, con el fin de mejorar la relacin neutrones/protones. Tambin se simboliza como - para reforzar el hecho de que su carga es -1. Se caracteriza porque un neutrn del ncleo atmico se transforma en protn, liberando en el proceso un electrn, el cual es expulsado; en tanto, el protn permanece al interior del ncleo sin cambiar la masa atmica. A Z
Y X
A 0 Z+1Y + -1
e +Q X Y
0 Emisin de positrones o beta positiva (+o 1 e) Los ncleos inestables tambin pueden emitir partculas cuya masa es idntica a la de un electrn, pero su carga es positiva (+1). Este tipo de emisiones ocurre generalmente en ncleos cuya cantidad de protones es superior a la de neutrones. La partcula emitida se denomina positrn. La masa atmica permanece inalterada. A Z
A 0 Z-1 Y + 1
e +Q
Reflexionemos Lee y analiza la siguiente informacin y, luego, comenta con tus compaeros y compaeras. Los descubridores e investigadores de los elementos radiactivos de principios del siglo XX jams sospecharon los riesgos de trabajar en contacto con las radiaciones. De hecho, no usaban vestimentas protectoras, lo que en muchos casos afect su salud e incluso les provoc la muerte. Hoy sabemos que las emisiones alfa pueden penetrar la capa ms externa de la piel; las emisiones beta, una distancia entre los 0,06 y 4 mm, y los rayos gamma atraviesan sin dificultad la totalidad del cuerpo, lo que puede ocasionar severos daos en el organismo. 1. Qu medidas preventivas podemos adoptar para protegernos de estas radiaciones? 2. Qu efectos tiene para la salud de las personas la continua y permanente exposicin a las radiaciones ultravioleta? Comenta.
I 105
Emisin gamma ()
Este tipo de radiacin es muy distinta a las radiaciones y . Es una radiacin electromagntica como la de la luz, pero con un contenido energtico muy superior (de alta frecuencia). Los rayos gamma no poseen carga ni masa; por lo tanto, la emisin de rayos gamma por parte de un ncleo no produce cambios en su estructura, sino simplemente la prdida de una determinada cantidad de energa. Muchas veces los rayos gamma acompaan a las emisiones alfa y beta. Con la emisin de estos rayos, el ncleo compensa el estado inestable que sigue a los procesos alfa y beta.
A Z
X*
A Z
Y +
Tambin se pueden producir emisiones gamma cuando un ncleo es impactado por una partcula de masa elevada, dejndolo excitado; entonces, para volver a su estado fundamental emite una radiacin gamma. Los rayos X, la luz ultravioleta, visible e infrarroja y las ondas de radio son otros ejemplos de radiaciones electromagnticas. La diferencia entre estos tipos de radiaciones es su energa, la que est relacionada con la frecuencia y longitud de onda. Por ejemplo, los rayos X y tienen energas muchsimo ms altas que las otras radiaciones. Pueden ionizar las molculas o fragmentarlas rompiendo sus enlaces; produciendo, adems, excitaciones de las molculas originales y de los fragmentos, desencadenando una serie de reacciones en las que intervienen iones, electrones y radicales libres. Actividad 5
Busca en tu texto de Qumica de Segundo Ao Medio el esquema que representa el espectro electromagntico, con todas las formas de radiacin. Cpialo en tu cuaderno y explica las diferencias que hay entre las radiaciones, en funcin de sus frecuencias y de sus longitudes de onda.
Rincn del debate Lee la siguiente informacin y comntala con tus compaeros y compaeras. En julio de 2009, la agencia para la investigacin del cncer de la Organizacin Mundial de la Salud (OMS) elev la clasificacin de los rayos ultravioleta de las lmparas bronceadoras, de "probablemente cancergenas" a "cancergenas". La investigacin estableci que la exposicin a los rayos UV artificiales, antes de los 30 aos, aumenta a 75% el riesgo de desarrollar melanoma, la forma ms agresiva de cncer de piel. 1. Qu opinas sobre la medida adoptada por la OMS? 2. Crees que las personas que asisten a los solriums conocen los riesgos que esto conlleva?
106 I Unidad 3
2.1. Comparacin de las emisiones radiactivas

Actividad 6
Identificar y aplicar
Lee y responde las siguientes preguntas. 1. Identifica a qu tipo de emisin corresponden las siguientes ecuaciones; seala cules son los elementos que interactan y explica brevemente en qu consiste el proceso. 0 14 e+ Q a. 14 6C 7 N + -1 b. c.
12 7N 1 0 12 6C 238 92 U
0 1
e+Q
239 U+ 92
n+
239 92 U*
(*) Ncleo exitado. 2. Plantea la ecuacin de decaimiento radiactivo de los siguientes elementos: a. U-238, que es un emisor de partculas . b. K-40, que es un emisor de positrones ( ). Caractersticas Masa y volumen Radiaciones alfa Elevados. Radiaciones beta 7000 veces menor con respecto a las partculas . Viajan a una velocidad cercana a la de la luz. Cien veces inferior al de la radiacin . Radiaciones gamma Carecen de masa, pero debido a su altsimo contenido energtico se comportan como sutiles agujas. Viajan a la velocidad de la luz. Alto poder ionizante, debido a que su energa es superior a la de los rayos X. Producto de la gran velocidad a la que viajan, su poder de ionizacin es menor respecto de las emisiones alfa y beta.
+
Velocidad a la que viajan
Viajan a un dcimo de la velocidad de la radiacin .
Poder ionizante Chocan fcilmente con las molculas de aire, perdiendo parte de su energa. Si las partculas chocan con los electrones perifricos de un tomo, estos pueden ser arrancados por ellas, provocando que el tomo se ionice. Por lo tanto, la radiacin tiene gran poder ionizante. Poder de penetracin Pueden ser detenidas por una hoja de papel y solo penetran la piel unos pocos milmetros.
Atraviesan la piel, pero son detenidas antes de alcanzar los rganos vitales.
Son capaces de atravesar la materia y de realizar amplios recorridos sin encontrar obstculos. Traspasan fcilmente la piel y otras sustancias orgnicas, por lo que pueden causar graves daos en los rganos internos. Se necesitan gruesas capas de plomo para poder detenerlas.
I 107
2.2. Poder ionizante

Interactividad Ingresa a la pgina web: www.educacionmedia.cl/web y escribe el cdigo 11Q4108. Aqu encontrars informacin sobre los tipos de radiaciones estudiadas y su interaccin con la materia. Elabora un cuadro comparativo en tu cuaderno. La radiacin puede provocar excitacin o ionizacin de la materia. La ionizacin es un proceso fsico-qumico a travs del cual se producen iones, producto del exceso o falta de electrones. Las radiaciones , y tienen energa suficiente como para arrancar electrones de los tomos con los que chocan, es decir, convertirlos en iones. A esta capacidad se le denomina poder ionizante, y es diferente en las distintas radiaciones: se ha calculado que el poder ionizante de las radiaciones alfa es cien veces superior al de la radiacin , y las emisiones beta cien veces superior al de la radiacin . El poder ionizante de las emisiones radiactivas vara en sentido inverso al poder de penetracin. De este modo, por ejemplo, las radiaciones poseen una bajsima capacidad para penetrar en la materia, pero un altsimo poder de ionizacin. Las radiaciones nucleares, al ser ionizantes, son muy peligrosas para la salud, ya que pueden, entre otras cosas, provocar mutaciones en el material gentico de los seres vivos, lo que en algunos casos puede ocasionar cncer.
Actividad 7
Identificar y asociar
Completa la tabla y luego responde las preguntas en tu cuaderno. Radiacin alfa

-1e
0
Identificacin
Carga elctrica
Masa
Poder de penetracin bajo
Smbolo
Poder ionizante
-1 no tiene
medio alto
mediano
gamma
1. Cul de estas radiaciones es ms peligrosa para el ser humano?, por qu? 2. Cul es la aplicacin que se les da a estas radiaciones? 3. Explica, brevemente, cmo fueron descubiertas estas radiaciones.
108 I Unidad 3
3. Series radiactivas
Qu sucedera si todos los elementos qumicos presentes en la naturaleza estuvieran constituidos por ncleos atmicos inestables?, permaneceran siempre en esa condicin?, por qu? Alrededor de ochenta de los elementos de la tabla peridica son estables, es decir, estn formados a lo menos por un istopo no radiactivo, incapaz de sufrir una desintegracin nuclear; algunos ejemplos son el helio-4, carbono-12, carbono-13, oxgeno-16 y, aproximadamente, 260 ncleos ms. Los ncleos radiactivos, en cambio, sufren desintegraciones hasta convertirse en un ncleo estable. Esta estabilidad se logra, en una o en varias etapas, a travs de emisiones y . Se denomina serie radiactiva al conjunto secuenciado de reacciones nucleares que comienzan con un ncleo radiactivo y terminan con un ncleo estable. En la naturaleza existen tres series conocidas; una de ellas es la del uranio. Empieza con el U-238 y termina con el Pb-206, despus de 14 desintegraciones sucesivas. Primero, el U-238 emite una partcula , para dar Th-234. Este istopo radiactivo emite una partcula para dar a lugar a Pa-234. Luego, el Pa-234 emite otra partcula para continuar la serie, que termina en el Pb-206. Es necesario aclarar que las emisiones o van acompaadas frecuentemente, por radiaciones . Como liberan energa, los procesos de desintegracin nuclear son exergnicas.
Grfico N 2: Serie radiactiva de la desintegracin del U-238 hasta el Pb-206.
238 234 230
U Th Th Ra Rn Po Pb Pb Pb
81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92
Pa
Nmero msico (A)
226 222 218 214 210 206
Bi Bi
Po Po
Nmero atmico (Z)

Las flechas que van hacia la derecha ( ) indican una desintegracin por emisin de rayos y las flechas en diagonal ( ), orientadas hacia abajo, sealan desintegraciones por emisin de partculas .
Actividad 8 Lee y responde las siguientes preguntas.
Interpretar y representar
1. Basndote en el grfico N 2, escribe las cuatro primeras ecuaciones nucleares que ocurren, desde la desintegracin del U-238, por emisin de partculas alfa, hasta llegar al Th-230. 2. Los esposos Curie descubrieron los primeros elementos radiactivos: el polonio (Po) y el radio (Ra). De este ltimo deriva el nombre radiactividad. Cuando el radio (Z = 88; A = 226) se desintegra, se transforma en radn (Rn) y emite partculas alfa; por su parte, el polonio (Z = 84; A = 218) origina el astato (At (Z = 85; A = 218)), liberando partculas beta. Con la informacin, escribe las ecuaciones nucleares del radio y del polonio.
I 109
4. Velocidad de desintegracin radiactiva

Cmo podemos determinar la edad aproximada de la Tierra? El pasado de la Tierra est registrado en los estratos de la corteza terrestre. Gracias a las desintegraciones nucleares de los materiales contenidos en las rocas, hoy se puede conocer la edad aproximada de la Tierra. La velocidad de desintegracin corresponde al nmero de tomos que se desintegran en un tiempo determinado; esto se expresa como se muestra en la ecuacin 1, donde Vt es la velocidad de desintegracin a un tiempo t y N = N0 - Nt siendo N0, el nmero de ncleos radiactivos iniciales y Nt el nmero de ncleos radiactivos que quedan transcurrido el tiempo t. Por lo tanto N es el nmero de ncleos radiactivos que se han desintegrado en el intervalo de tiempo t. Debido a que los decaimientos radiactivos siguen una cintica de primer orden, su velocidad es directamente proporcional al nmero de ncleos radiactivos presentes. La ley de velocidad (v) para el decaimiento radiactivo, en un tiempo determinado, est dada por la expresin representada en la ecuacin 2, donde k es la constante de velocidad de primer orden. Para determinar la constante de velocidad de cualquier reaccin de primero orden, se utiliza la Ecuacin 3, donde N0 es el nmero de ncleos radiactivos iniciales y t es el tiempo. Igualando las ecuaciones 1 y 2, se obtiene N/ t = -k Nt. Trabajando esta expresin matemticamente, se obtiene la ecuacin 3.
Ecuacin 1
Vt = N t
Ecuacin 2
Vt = -k Nt
Ecuacin 3
In
Nt = kt N0
Actividad 9
Analizar e interpretar
Observa y analiza el grfico. Luego, responde las preguntas en tu cuaderno. 1. Determina el tiempo en que el nmero de ncleos radiactivos es N0/2, N0/4 y N0/8. 2. Qu puedes concluir acerca de la informacin indicada en el grfico?
Grfico N 3: Nmero de ncleos radiactivos de un istopo.
N
N0
N de ncleos radiactivos (N)
N0 2 N0 4 N0 8
2t
3t
4t
5t
t
Tiempo
110 I Unidad 3
N /2
4.1. Vida media

Se ha comprobado que los istopos de los elementos radiactivos presentan distintos grados de inestabilidad. Algunos se desintegran tan rpidamente, que casi es imposible detectarlos; en tanto, otros decaen con lentitud. Para referirse a la velocidad con que ocurren las desintegraciones nucleares se utiliza el concepto de vida media. La vida media (t1/2) es el tiempo que tarda en desintegrarse la mitad de los ncleos de cualquier sustancia radiactiva en relacin a su valor inicial. La vida media tambin se conoce como perodo de semidesintegracin. Analicemos a continuacin un experimento imaginario; sigmosle la pista al decaimiento radiactivo de uno de los istopos del radio, el226 88 Ra. Como ya hemos visto, el Ra-226 se transforma en gas radn (Rn-222) por emisin de partculas . Supongamos que medimos 226 g de este istopo y luego dejamos esa cantidad sobre una mesa; 1600 aos ms tarde volvemos al lugar y determinamos la cantidad de radio en la muestra. Qu cantidad encontraramos de la muestra original? Al transcurrir ese tiempo, muchos de los tomos de Ra-226 ya no estaran, puesto que se habran transformado en radn (Rn-222). Despus de 1600 aos, se determin que quedaba exactamente la mitad de los tomos de Ra-226, es decir, 113 g. Si dejramos pasar otros 1600 aos y volviramos a medir la masa de los tomos que quedan, nos dara un valor de 56,5 g. Al analizar la tabla N 2 del decaimiento radiactivo del Ra-226, observamos que en cualquier perodo de 1600 aos, la cantidad de Ra-226 decrece siempre en la mitad de la muestra original. Esta cantidad vara en forma exponencial, es decir, en vez de cambiar por una cierta cantidad en cada perodo de tiempo, cambia por un cierto factor, en este caso, 1/2. La vida media del Ra-226 es, entonces, 1600 aos. Las vidas medias (y por tanto las constantes de velocidad) de los istopos radiactivos varan mucho de un ncleo a otro; pueden comprender desde fracciones de segundos hasta miles de trillones de aos.
Tabla N 2: Los ncleos radiactivos se desintegran en forma exponencial.
Actividad 10
Calcular
Lee y responde las siguientes preguntas. Un istopo tiene un perodo de semidesintegracin de 5 3 x 10 aos. Si una muestra 18 tiene 10 tomos: 1. Cuntos tomos quedan luego de una vida media? 2. Cuntos aos deben transcurrir para que la cantidad de ncleos radiactivos disminuya a la cuarta parte?
Tiempo despus de iniciado el experimento (en aos) Comienzo 1600 3200 4800
Masa de la muestra de Ra-226 (en gramos) 226 113 56,5 28,25
Nmero de tomos de Ra-226 que permanecen 6 x 1023 3 x 1023 1,5 x 1023 0,75 x 1023
Fraccin que permanece de la muestra original Comienzo 1/2 1/4 1/8

I 111
TALLER
CIENTFICO
Qu relacin hay entre el lanzamiento de una moneda y el decaimiento radiactivo?

A. Antecedentes El decaimiento de un ncleo radiactivo es un evento aleatorio. Es imposible saber en qu momento va a decaer el ncleo de un determinado tomo radiactivo. Sin embargo, se puede predecir en cunto tiempo va a decaer una fraccin dada de la muestra. El propsito de esta actividad es realizar una analoga entre el decaimiento radiactivo de un ncleo y la inversin de la posicin inicial de una moneda. B. Hiptesis Renanse en grupos de cuatro o cinco integrantes y propongan una posible respuesta a la pregunta inicial planteada. Luego, consigan los materiales que se indican y realicen el procedimiento descrito. C. Diseo experimental Materiales: - una caja de zapatos, cien monedas de un peso, un cronmetro o reloj con segundero. Procedimiento: 1. Pongan cien monedas, con la cara hacia arriba, en el fondo de la caja de zapatos. 2. Tapen la caja y sujtenla con firmeza. Agtenla veinte veces y midan el tiempo (en segundos) transcurrido. 3. Apoyen la caja sobre una mesa, retiren la tapa y cuenten las monedas que estn con el sello hacia arriba y squenlas. Resten este nmero al valor inicial; de este modo, obtendrn el nmero de ncleos padres que quedan en la caja. 4. Repitan los pasos dos y tres, cinco veces ms. Procuren que el ritmo, el tiempo y la fuerza de la agitacin sean constantes en cada ensayo. D. Resultados Elaboren una tabla y un grfico de ncleos padres versus tiempo para representar los resultados. E. Anlisis y conclusiones a. Observen el grfico: qu forma tiene la curva obtenida?, podran afirmar que la variable dependiente e independiente son directamente proporcionales? Justifiquen su respuesta. b. A partir del grfico, determinen la vida media de las monedas, es decir, el tiempo que debe transcurrir para que el nmero de ncleos padres iniciales disminuya exactamente a la mitad. c. Ideen un diseo experimental similar al descrito, pero esta vez realicen la simulacin de la desintegracin radiactiva, colocando granos de maz (curagua) en un sartn y calculen la vida media del maz sometido a calentamiento constante. 112 I Unidad 3 Tips La cara de la moneda representar el ncleo que se desintegrar, tambin denominado ncleo padre. El lado sello de la moneda representar el ncleo que se originar, denominado ncleo hijo.
TALLER
CIENTFICO
Qu relacin hay entre el lanzamiento de una moneda y el decaimiento radiactivo?

A. Antecedentes El decaimiento de un ncleo radiactivo es un evento aleatorio. Es imposible saber en qu momento va a decaer el ncleo de un determinado tomo radiactivo. Sin embargo, se puede predecir en cunto tiempo va a decaer una fraccin dada de la muestra. El propsito de esta actividad es realizar una analoga entre el decaimiento radiactivo de un ncleo y la inversin de la posicin inicial de una moneda. B. Hiptesis Renanse en grupos de cuatro o cinco integrantes y propongan una posible respuesta a la pregunta inicial planteada. Luego, consigan los materiales que se indican y realicen el procedimiento descrito. C. Diseo experimental Materiales: - una caja de zapatos, cien monedas de un peso, un cronmetro o reloj con segundero. Procedimiento: 1. Pongan cien monedas, con la cara hacia arriba, en el fondo de la caja de zapatos. 2. Tapen la caja y sujtenla con firmeza. Agtenla veinte veces y midan el tiempo (en segundos) transcurrido. 3. Apoyen la caja sobre una mesa, retiren la tapa y cuenten las monedas que estn con el sello hacia arriba y squenlas. Resten este nmero al valor inicial; de este modo, obtendrn el nmero de ncleos padres que quedan en la caja. 4. Repitan los pasos dos y tres, cinco veces ms. Procuren que el ritmo, el tiempo y la fuerza de la agitacin sean constantes en cada ensayo. D. Resultados Elaboren una tabla y un grfico de ncleos padres versus tiempo para representar los resultados. E. Anlisis y conclusiones a. Observen el grfico: qu forma tiene la curva obtenida?, podran afirmar que la variable dependiente e independiente son directamente proporcionales? Justifiquen su respuesta. b. A partir del grfico, determinen la vida media de las monedas, es decir, el tiempo que debe transcurrir para que el nmero de ncleos padres iniciales disminuya exactamente a la mitad. c. Ideen un diseo experimental similar al descrito, pero esta vez realicen la simulacin de la desintegracin radiactiva, colocando granos de maz (curagua) en un sartn y calculen la vida media del maz sometido a calentamiento constante. 112 I Unidad 3 Tips La cara de la moneda representar el ncleo que se desintegrar, tambin denominado ncleo padre. El lado sello de la moneda representar el ncleo que se originar, denominado ncleo hijo.
4.2. Datacin radiactiva

Qu tiene en comn una momia encontrada en el desierto de Atacama con un utensilio de madera hallado en el extremo sur de nuestro pas? Ambos son materiales orgnicos y contienen carbono. Este hecho es clave para calcular la edad de los objetos gracias a la desintegracin del istopo carbono-14 (C-14). La datacin radiactiva se usa para determinar la edad de objetos de inters arqueolgico; se basa en el clculo de la cantidad relativa o concentracin de un istopo inestable, de vida media relativamente larga. El C-14 se forma por la accin de los rayos csmicos sobre el nitrgeno atmosfrico, segn la reaccin de la derecha. El C-14 se encuentra en el aire 14 en forma de dixido de carbono radiactivo ( CO2), que es absorbido por las plantas e incorporado a sus clulas. Luego, a travs de la cadena trfica, los seres vivos van absorbiendo un porcentaje de este istopo. Cuando la planta o el animal muere, deja de intercambiar materia y energa con el medio, por lo que el contenido de C-14 comienza a disminuir a travs de sucesivas desintegraciones nucleares, transformndose el C-14 en N-14 (tomo estable) y emitiendo radiacin , segn la reaccin de la derecha. Uno de cada billn de tomos de carbono que hay en la naturaleza es un istopo de carbono-14, razn por la cual un gramo de carbono natural emite entre doce y trece partculas por minuto. Pasados 5730 aos (vida media del C-14) de la muerte del organismo, el contenido de C-14 disminuye a la mitad. Por lo tanto, luego de dos perodos de vida media (11 460 aos) quedar la cuarta parte del contenido original; despus de tres perodos, la octava parte, y as sucesivamente. Cuanto menor es la cantidad de C-14 que permanece en los restos orgnicos que se desean datar, ms antiguos son. Es importante sealar que el mtodo del carbono-14 permite datar organismos que vivieron hasta 50 000 aos atrs. Esto se debe a que la proporcin C-14 fijada en la atmsfera ha sido relativamente constante los ltimos 50 000 aos. Reflexionemos Lee y analiza la siguiente informacin y, luego, comenta con tus compaeros y compaeras. El plomo-210, cuya vida media es de 22 aos, es un istopo radiactivo que se utiliza para datar objetos. Se ha empleado para determinar la antigedad de obras de arte, que estn pintadas con pinturas que contienen plomo. As, se han descubierto falsificaciones de cuadros famosos que, de otro modo, no hubieran sido detectadas. Un caso es el de las obras del pintor Jan Vermeer (1632-1675), que fueron copiadas y pintadas por otro pintor del siglo XX para ser vendidas como autnticas. 1. Qu opinan sobre lo ocurrido con las obras del pintor Jan Vermeer?, por qu? 2. Conocen otro caso en el que exista este tipo de plagio? Expliquen.
14 7N
+ 0n
1 14 6 C + 1H
14 6C
0 14 7 N +-1 e
La encajera, Jan Vermeer.
I 113
EJEMPLO RESUELTO 2 Vida media

En los huesos de un gato desenterrado en Egipto se han encontrado 0,125 g de C-14. Si se tiene en cuenta el tiempo de vida media del carbono-14 (5730 aos), y se estima que la masa inicial de carbono-14 en los huesos era de 0,5 g, a. cul es la antigedad del fsil? b. Interpreta tus resultados en un grfico de masa de C-14 versus tiempo. 1. Entender el problema e identificar la incgnita. Debemos averiguar cul es la antigedad de un fsil de acuerdo con una masa dada de C-14 e interpretar grficamente el desarrollo del ejercicio. 2. Anotar los datos que nos entrega el problema. Contamos con la masa de carbono-14 encontrada en el fsil: 0,125 g de carbono-14, y con la masa inicial estimada de C-14 cuando el gato estaba vivo: 0,5 g de carbono-14. 3. Disear un plan de accin. Construimos una tabla donde se calculan las masas de C-14 segn el nmero de vidas medias que hayan transcurrido; confeccionamos el grfico de masa de C-14 versus tiempo en aos; finalmente, podemos estimar la antigedad del fsil. 4. Ejecutar el plan
Tabla N 3: Tiempos medios y masas C-14 versus tiempo.
Vida media 0 1 2 3
Masa C-14 (en gramos) 0,5 0,25 (0,5/2) 0,125 (0,25/2) 0,0625 (0,125/2)
Tiempo (en aos) 0 5730 11 460 = (5730 x 2) 17 190 = (5730 x 3)
Grfico N 3: Masas del C-14.

Masa de C-14 (g) 0, 500
Estimamos la antigedad del fsil: a partir del grfico, se observa que cuando quedan 0,125 g de C-14 han transcurrido dos vidas medias.
0, 250 0, 125 t (aos) 11 460 (dos vidas medias)
5. Respuesta Han transcurrido dos vidas medias; la antigedad del fsil es de 11 460 aos.
5730 (una vida media)
PARA TRABAJAR 1. Se determina que el sudario de tela que envuelve a una momia tiene originalmente 200 mg de C-14. Cunto C-14 habr al cabo de 1,5 vidas medias? 2. El radn-222 se desintegra en un perodo de cuatro das. Si inicialmente se dispone de 20 mg, cunto quedar al cabo de un mes y dos das?
114 I Unidad 3
UNIDAD 3 - TEMA 2
Lectura cientfica
Polonio-210: elemento radiactivo presente en los cigarrillos

Inhalar un paquete y medio de cigarrillos diariamente por un perodo de un ao es similar a recibir la radiactividad equivalente a 300 radiografas de trax. El polonio-210 es un elemento altamente radiactivo y venenoso que est presente en los cigarrillos que consume un gran porcentaje de personas a nivel mundial. Este elemento radiactivo es un derivado de los fertilizantes fosfatados utilizados en las plantaciones tabaqueras; la planta absorbe a travs de sus races el polonio radiactivo y lo almacena en sus hojas, donde permanece durante todo el proceso de secado e industrializacin. Durante la combustin del cigarrillo, que se realiza entre 600 y 800 C, el polonio-210 se volatiliza e inhala en el humo, provocando que sus partculas se depositen rpidamente en los tejidos del sistema respiratorio. Los filtros de cigarrillos, si bien son capaces de retener el alquitrn y otros componentes cancergenos, no son lo suficientemente efectivos al momento de retener estos vapores radiactivos, por lo que una parte del polonio contenido en un cigarrillo se deposita en los pulmones del fumador y la otra
parte queda a disposicin de todo aquel que respira el humo ambiental. Vincenzo Zag, investigador italiano, public ya en 1996 el artculo: Humo de tabaco y radiactividad alfa (polonio 210), en el que se seala y explica que el Po-210 constituye un alto riesgo a nivel pulmonar, ya que se considera un iniciador de tumores broncopulmonares por radiactividad alfa en cuatro casos sobre 10 000 fumadores, sin considerar su rol como promotor (co-carcingeno) de tumores broncopulmonares, debido a su accin conjunta con otras sustancias cancergenas.
Fuente: Muro, A. Fumar paquete y medio de cigarrillos al da durante un ao es como recibir la radioactividad equivalente a 300 radiografas. Discovery DSALUD. N 92. Recuperado de: www.dsalud.com/index.php?pagina=articulo&c=360

Lee y comenta las siguientes preguntas con tus compaeros y compaeras. 1. Crees que las industrias tabaqueras dan a conocer a sus clientes la informacin respecto de todas las sustancias qumicas contenidas en los cigarrillos y los efectos que provocan en la salud? 2. Piensas que hay que apelar a la responsabilidad individual de los fumadores en relacin con el al dao que produce el cigarrillo, o las autoridades deberan promulgar leyes que regulen su consumo, como las existentes para otras drogas? Fundamenta. 3. Si la poblacin estuviera ms informada, sera menor el consumo de cigarrillos?, por qu?
I 115
4.3. Efectos de las emisiones radiactivas en los seres humanos

Diariamente y de manera constante estamos expuestos a distintos tipos de radiacin, ya sea electromagntica o de partculas. Aproximadamente, el 80% total de la radiacin proviene de fuentes naturales, por ejemplo, de los rayos csmicos que llegan del espacio exterior; la radiacin infrarroja, visible y ultravioleta provenientes del sol y de los radioistopos naturales, especialmente del gas radn. El 20% restante proviene de fuentes artificiales, por ejemplo, de las estaciones radiales y de televisin de donde recibimos ondas de radio; de los hornos microondas recibimos precisamente microondas; de los rayos X al tomarnos radiografas, entre otros. Este bombardeo constante de radiacin tanto de fuentes naturales como artificiales al que estamos expuestos se denomina radiacin de fondo. Algunas radiaciones como las , y pueden alterar, entre otras cosas, el mecanismo regulador del crecimiento de las clulas, lo que las induce a reproducirse sin control, es decir, a producir cncer.
4.4. Cmo afectan las radiaciones a los tejidos vivos?

Las radiaciones ionizantes tienen un mayor efecto nocivo en los seres vivos, respecto de las no ionizantes, pues son capaces de arrancar electrones de los tomos o de las molculas. Este tipo de radiaciones se caracteriza por tener un alto nivel energtico. Las partculas , y las radiaciones electromagnticas, como la radiacin ultravioleta, los rayos X y la radiacin , son ejemplos de este tipo de radiacin. Como analizamos en la tabla de la pgina 107, las radiaciones alfa y beta tienen menor poder de penetracin, por lo que son menos nocivas que las radiaciones gamma, cuyo poder de penetracin es mayor. Estas ltimas pueden llegar al ncleo de la clula y actuar sobre el ADN, resultando ms peligrosas para la salud. Debido a que los tejidos vivos siempre contienen un alto porcentaje de agua, sus molculas son las que mayoritariamente absorben la radiacin y + generan radicales libres. Al pasar la radiacin, se forman iones H2O . A su vez, estos pueden reaccionar con otras molculas de agua para producir iones hidronio (H3O+) y un radical libreOH, segn la siguiente ecuacin: H2O++ H2O H3O + OH
+
Actividad 11
Averigua, en distintas fuentes bibliogrficas, si las radiaciones han tenido algn impacto positivo en los seres vivos.
116 I Unidad 3
El dao producido por la radiacin depende de muchos factores, como el tipo de radiacin, la dosis recibida, el tiempo de exposicin, el tipo de tejido afectado y la sensibilidad individual. En general, los rayos X y pueden penetrar los tejidos, por lo que el dao no se limita a la piel, como es el caso de las radiaciones y . La transferencia de energa de las radiaciones produce daos en todas las molculas que constituyen los seres vivos. Son especialmente significativos los daos a las macromolculas, como el ADN, y a todo el mecanismo portador de la informacin gentica de las especies. Los daos pueden ser agudos y casi inmediatos, como quemaduras de la piel, pero tambin existen efectos tardos, como el cncer. Para medir la energa absorbida de una cantidad dada de radiacin se utilizan varias unidades. La unidad SI de dosis absorbida es el gray (Gy), que corresponde a la absorcin de 1 J de energa por kilogramo de tejido. El rad (radiation absorbed dose) es la unidad de uso ms frecuente en medicina, con una equivalencia igual a: 1 Gy = 100 rad. Para expresar el dao biolgico en trminos de la cantidad real de radiacin absorbida, se utilizan el rem y el sievert (Sv), donde 1 Sv = 100 rem. Para poner estas unidades en un contexto, la radiacin ionizante de fondo proveniente de fuentes naturales representa una dosis de unos 0,003 Sv por ao para cada persona.
Algunas radiaciones daan el mecanismo regulador del crecimiento de las clulas, lo que las induce a reproducirse sin control. Por lo tanto, es importante protegerse de los rayos UV.
Actividad 12
Analizar
Lee y analiza la informacin que aparece en la tabla donde se sealan los posibles efectos biolgicos de una sola dosis de radiacin. Dosis (Sv) 0 - 0,25 > 0,25 - 0,50 > 0,50 - 1,0 > 1,0 - 2,0 > 2,0 - 5,0 > 5,0 Efecto biolgico No hay efecto inmediato. Disminucin temporal del recuento de glbulos blancos. Disminucin importante del recuento de glbulos blancos. Nuseas. Cada del cabello. Hemorragias internas. Posible muerte. 50% de probabilidad de muerte en el plazo de 30 das.
1. Expresa estos valores en rem. 2. Dentro de qu rango se encuentra la dosis de una radiografa de trax?, por qu no produce daos en el organismo? 3. Por qu crees que Marie Curie muri de leucemia?
I 117
DE PROCESO
Lee y completa el siguiente esquema que resume los principales conceptos tratados en el Tema 2. Radiactividad natural
Reacciones nucleares Estabilidad nuclear ejemplos Emisiones radiactivas Velocidad de desintegracin
Decaimiento radiactivo Aplicaciones
se caracteriza por ...

1. El istopo de un determinado elemento tiene una vida media de 400 aos. Considerando que inicialmente la muestra tiene 2 g del istopo radiactivo, qu cantidad permanecer sin desintegrarse al cabo de 1200 aos? A. 1 g B. 0,5 g C. 0,25 g D. 0,125 g E. 0,062 g 2. Cul de las siguientes alternativas es correcta respecto de los ncleos inestables en general? A. Emiten solo electrones. B. Emiten solo neutrones. C. Emiten solo radiaciones . D. Tienen igual nmero de protones y neutrones. E. Sufren desintegraciones sucesivas hasta convertirse en ncleos estables. 118 I Unidad 3
20 10
3. Al estudiar la desintegracin radiactiva de un istopo, se obtiene un grfico como el siguiente. Cul es la vida media de este istopo?
masa (gramos)
40
tiempo (horas)
0 4 8 12 16 20
A. 2 horas. B. 3 horas. C. 4 horas. D. 8 horas. E. 16 horas.
UNIDAD 3 - TEMA 2 SNTESIS - EVALUACIN 4. Cuando un istopo radiactivo decae, emitiendo radiaciones alfa, qu modificacin experimenta? A. Aumenta su nmero atmico en 1 unidad. B. Aumenta su nmero msico en 4 unidades. C. Disminuye su nmero msico en 2 unidades. D. Aumenta su nmero atmico en 2 unidades. E. Disminuye su nmero atmico en 2 unidades. 5. Si al emitir radiacin un tomo aumenta su nmero atmico en una unidad, sin cambiar su nmero msico, podemos concluir que est emitiendo: A. partculas +. B. neutrones. C. rayos gamma. D. partculas alfa. E. partculas - .
DE PROCESO
II Completa la tabla con la informacin que se pide.

Radiacin Alfa Beta Gamma Naturaleza Carga elctrica Masa Smbolo Poder ionizante
III Analiza y responde las siguientes preguntas por escrito.

1. El tritio es un istopo radiactivo del hidrgeno que tiene un perodo de semidesintegracin de 12,3 aos. Si tenemos una muestra de 10 mg, qu cantidad de istopo habr despus de 61,5 aos? 2. Un fsil de un vegetal contiene 10 moles de C-14, si cuando estaba vivo contena 1,28 x 103 moles de C-14. Calcula la edad del fsil (t1/2 = 5730 aos). 3. Qu concentracin sangunea habr alcanzado una sustancia, cuya vida media es de tres das, al -6 cabo de doce das si su concentracin inicial era de 2 x 10 mg?
IV Lee y responde en tu cuaderno.

1. Cules son los efectos de las emisiones radiactivas sobre los seres vivos? Seala tres. 2. Qu relacin hay entre el poder de penetracin de las radiaciones y sus efectos sobre los organismos?
Me evalo
Caracterizar los tipos de emisiones radiactivas: alfa, beta y gamma. Reconocer la relacin entre estabilidad nuclear y emisin radiactiva. Calcular el tiempo de vida media, siguiendo un mtodo de resolucin de problemas. Identificar y describir algunos efectos de las radiaciones.
tem II tem I tem III tem IV
15 16
I 119
Tema
Fenmenos nucleares inducidos y sus aplicaciones
Cmo se puede transformar artificialmente un ncleo en otro?

A. Antecedentes
La transmutacin es la conversin de un ncleo en otro, por medios naturales o artificiales. Como ya estudiaste en el Tema 2, la transmutacin ocurre de manera espontnea en las desintegraciones radiactivas naturales. Pero se podra realizar artificialmente? Ernest Rutherford, aos despus de su famoso experimento con la lmina de oro, precisamente en 1919, logr la primera transmutacin inducida; debido a este hecho, muchos lo llamaron el primer alquimista exitoso de la historia.
B. Procedimiento
Lee y analiza el siguiente procedimiento realizado por Rutherford, quien pensaba que bombardeando ncleos estables con partculas pequeas, conseguira penetrarlo y as transmutar un elemento en otro. 1. Para comprobarlo, mont una experiencia muy sencilla en la que bombarde nitrgeno gaseoso con partculas alfa que emite el elemento radio. 2. Rutherford logr la transmutacin del nitrgeno, obteniendo dos partculas distintas: por un lado, protones, y por otro, un tomo diferente al original, el que tena un nmero msico (A) de 17 y un nmero atmico (Z) de 8.
Lee y responde las siguientes preguntas. a. Los resultados de la experiencia de Rutherford se pueden representar a travs de una ecuacin. Identifica X (recuerda que el ncleo de hidrgeno es un protn, por eso se usa el smbolo 1 1H para identificarlo, y que las partculas alfa son ncleos de helio que se representan como 4 2He).
14 7N
+ 2 He
1 A ZX + 1 H
b. Explica a travs de un dibujo cmo piensas que ocurre esta reaccin, representando con crculos de distinto color cada partcula subatmica. c. Qu otras partculas crees que se podran utilizar para bombardear ncleos atmicos y as lograr una transmutacin? Explica.
d. Con esta experiencia, Rutherford obtuvo por primera vez protones del ncleo de un tomo que no era hidrgeno. Qu conclusin importante se pudo extraer a partir de este resultado? e. Qu ventajas y desventajas piensas que tiene para los seres humanos el hecho de poder transmutar elementos en forma artificial? f. Por mucho tiempo, los alquimistas de la Edad Media buscaron transformar metales en oro a travs de reacciones qumicas. Averigen por qu no tuvieron xito.
120 I Unidad 3
1. Radiactividad inducida
En el Tema 2, estudiamos las reacciones nucleares en las cuales un ncleo se desintegra espontneamente liberando emisiones radiactivas y transformndose en un ncleo diferente, es decir, el proceso que llamamos radiactividad natural. Pero tambin hay formas artificiales de cambiar la identidad de un ncleo; por ejemplo, como analizamos en la Actividad exploratoria, al bombardear ncleos atmicos con partculas alfa, neutrones, protones u otras partculas subatmicas, se pueden inducir estas reacciones nucleares.
+ Energa H Li He
Ejemplo de radiactividad inducida.
Al igual que en la radiactividad natural, este proceso genera cambios en la naturaleza del ncleo, es decir, se produce una transmutacin nuclear donde un ncleo se transforma en otro y se libera energa. Este proceso se llama radiactividad inducida. Las reacciones de este tipo han permitido sintetizar cientos de radioistopos, los que se utilizan en medicina, en la investigacin cientfica, en la agricultura y en muchas otras reas. En la radiactividad inducida intervienen cuatro partculas: un ncleo objetivo, una partcula que bombardea, un ncleo producto y una partcula expulsada. Las partculas ms utilizadas para bombardear ncleos, y as obtener diferentes istopos, son los neutrones. Al tener carga neutra, evitan la repulsin entre la partcula y el ncleo, facilitando de este modo la interaccin. Cmo ocurre la conversin de un ncleo en otro? Se produce de dos maneras: una es fragmentando el ncleo en dos de menor tamao, o bien, agregando protones o neutrones, con lo que se obtiene un ncleo de mayor tamao. En el interior de un ncleo actan dos tipos de fuerzas: la fuerza de repulsin elctrica (a), que tiende a separar los protones, y la fuerza nuclear fuerte (b), responsable de mantener los neutrones y protones unidos en el ncleo. Para romper un ncleo se necesita vencer la fuerza nuclear fuerte; mientras que para agregarle ms protones o neutrones se requiere superar la fuerza elctrica. Ambos procesos son reacciones nucleares que liberan gran cantidad de energa. Entonces, podemos identificar que hay dos tipos de reacciones nucleares: fisin nuclear y fusin nuclear.
10-15 m P P
a. Fuerza de repulsin elctrica 10 P b. Fuerza nuclear fuerte

-15
m P
I 121
2. Fisin nuclear
La fisin nuclear se produce cuando un ncleo pesado se divide en dos ncleos ms livianos, que son ms estables y tienen mayor energa de enlace. En este proceso se libera una gran cantidad de energa. Se denomina energa de enlace (E) a la que se libera al formarse un ncleo a partir de sus partculas constituyentes (protones y neutrones) y coincide con la energa que hay que entregarle al ncleo para separar las partculas que lo constituyen. Cundo se consigui por primera vez dividir un ncleo? En 1938, los qumicos alemanes Otto Hahn (1879-1968) y Fritz Strassmann (1902-1980) detectaron la presencia del elemento bario (Ba) en una muestra de uranio (U) que haba sido bombardeada con neutrones. Trabajos posteriores confirmaron que un ncleo de uranio-235 haba capturado un neutrn y sufrido fisin nuclear; es decir, el ncleo se haba dividido en dos. Este proceso se puede representar a travs de la siguiente ecuacin:
139 56Ba 235 92U 235 92U
94 36Kr
+ 0n
236 92 U
139 94 56 Ba+ 36 Kr
+ 3 0n + E
Neutrn
+ 2 x 1010 kJ/mol
Al bombardear un ncleo pesado como del U-235; este se divide en ncleos ms ligeros, desprendiendo en el proceso ms neutrones y energa.
La reaccin de fisin produce ms neutrones de los que actan al inicio. En este hecho se basa la sustentabilidad de la reaccin, es decir, el bombardeo con un solo neutrn produce tres neutrones capaces de inducir otras tres reacciones de fisin (de otros ncleos de uranio de la muestra), que liberan nueve neutrones en total, los que inducen nueve fisiones ms, que producen 27 neutrones, y as sucesivamente.
Actividad 12
Interpretar
Observa y analiza el siguiente grfico y, luego, responde en tu cuaderno. 1. Si sabemos que a mayor energa de enlace mayor estabilidad nuclear, cul es el elemento ms estable? 2. Qu relacin hay entre la energa de enlace y el nmero msico de un elemento? Explica.
Grfico N 4: Energa de enlace versus nmero msico.

32
52
Cr
56
84
Kr
119
8 Energa de enlace (Mev)
12
Sn
205
Ti
235
U U
16 14
6 4 2
2 6
4 7
He
O N
Fe
238
Li Li H He
H 40 80 120 Nmero msico (A) 160 200 240
122 I Unidad 3
2.1. Reacciones en cadena

Actividad 13
Representar y analizar
Consigue un juego de domin y realiza la actividad que te indicar tu profesor o profesora, con el objetivo de simular una reaccin nuclear en cadena. Luego, responde las preguntas que se indican. 1. Con cuntas piezas y en qu disposicin lograste el mejor resultado? Intenta explicar por qu. 2. Entre las demostraciones del curso, hubo algn ordenamiento mejor que el tuyo? Explica por qu. 3. Durante el proceso de fisin nuclear, un neutrn impacta un ncleo atmico pesado y este se divide en dos ncleos atmicos ms pequeos que liberan neutrones. Qu analoga estableceras entre la fisin nuclear y el juego que hiciste con el domin?
En la fisin nuclear, el ncleo fisionable (U-235 o Pu-239) es impactado por un neutrn, partindose en dos ncleos ms pequeos, los cuales son desprendidos a altas velocidades. Durante el proceso de fisin, los nuevos ncleos colisionan con las molculas que se encuentran a su paso, transformando su energa cintica en calor, y los neutrones liberados, impactan a otros tomos fisionables, desprendindose as nuevos neutrones que fisionarn otros ncleos, y as sucesivamente. Si este proceso contina, ocurre una reaccin en cadena, tal y como se represent en la Actividad 13. Una reaccin en cadena de fisin nuclear, de no ser controlada, puede provocar una gigantesca explosin.
133 51Sb 1 n 0 1 n 0 1 n 0 235 92U 94 36 Kr 1 n 0 1 n 0 1 n 0 235 92U 140 54Xe 1 n 0 235 92U 141 41Nb 1 n 0
235 92U
139 56 Ba
235 92U
235 92U
235 92U
94 38 Sr
La imagen representa la fisin nuclear del U-235. En esta se ha detectado la produccin de unos 34 ncleos distintos radiactivos y no radiactivos, incluidos los que se muestran en el dibujo.
Sin embargo, la reaccin en cadena solo es posible cuando se tiene una cantidad mnima de ncleos fisionables, llamada masa crtica, es decir, una determinada y suficiente cantidad de tomos. La masa crtica del uranio-235 es de alrededor de 1 kilogramo.
I 123
3. Fusin nuclear
Cuando ncleos muy ligeros se unen para formar ncleos ms pesados y ms estables, se generan grandes cantidades de energa. Estas reacciones corresponden a la fusin nuclear y son el origen de la energa que produce el Sol y en las estrellas, en general, la que les permite brillar. La masa del Sol est constituida por 73% de hidrgeno, 26% de helio y 1% de los dems elementos. Algunos de los procesos de fusin que ocurren en l son las reacciones entre: dos ncleos de H-1 (protio); dos ncleos de He-3; combinaciones de un ncleo de H-1 y otro de H-2 (deuterio) o uno de H-2 con otro de H-3 (tritio), y combinaciones de ncleos de He con ncleos de H, segn las siguientes ecuaciones:
1H
+ 1H
4
1H 2He
+ 1e+ E
1 + 21 H+E 3
1H
+ 1H + 1H
1 4
2He 2He
+E+
0
2He
+3 2He
2He
1e
+E
El Sol genera la mayor parte de su energa por medio de la fusin de ncleos de helio o combinaciones de estos.
La fusin de los tomos de hidrgeno libera cuatro veces ms energa por gramo que lo emitido en una reaccin de fisin nuclear. Sin embargo, el 6 7 proceso requiere de temperaturas elevadsimas, del orden de 10 a 10 grados Kelvin, condicin necesaria para vencer las fuerzas de repulsin entre los ncleos y lograr que estos se fusionen. Por este motivo, a estas reacciones se les denomina tambin reacciones termonucleares. La fusin parece ser una fuente de energa prometedora, debido a la disponibilidad de istopos ligeros y porque el proceso no deja desechos radiactivos; es decir, no constituye una amenaza para el ambiente. No obstante, este proceso no se usa actualmente para generar energa, porque ha sido imposible alcanzar las temperaturas requeridas para obtener una fusin controlada, y por lo tanto, una liberacin de energa tambin controlada.
Ncleos H-2 y H-3 Radiacin
Ncleo He-4
Neutrn
Radiacin
La imagen representa la fusin nuclear entre el deuterio (H-2) y el tritio (H-3).
124 I Unidad 3
4. Relacin masa-energa en las reacciones de fisin y de fusin

La energa que se produce en las reacciones nucleares de fisin y fusin va acompaada de prdidas mensurables de masa. La enorme cantidad de energa desprendida en el transcurso de estos procesos nucleares proviene de la masa de las partculas implicadas en la reaccin, es decir, una parte de la materia fisionable o fusionable se transforma en energa, que equivale a la diferencia de masa (m) multiplicada por la velocidad de la luz (c) al cuadrado. Esto, de acuerdo con la relacin de Einstein, se expresa as: E = m x c2 Como ya estudiamos, el cambio de masa (m) corresponde a la masa total de los productos menos la masa total de los reactivos; y el cambio de energa (E) equivale a la cantidad de energa en el estado final del sistema menos la del estado inicial, es decir, la energa que se libera en la reaccin. Comparemos el cambio de masa y de energa de la reaccin qumica de la combustin del metano (CH4) con la reaccin nuclear de desintegracin radiactiva del uranio-238: Combustin de 1 mol de CH4: Desintegracin de 1 mol de U-238: m = 9,9 x 10 g m = 0,0046 g
-9
E = 890,4 x 10 J E = 4,1 x 1011 J
Si analizamos ambos procesos en funcin de la ecuacin de Einstein, podemos reconocer que, en las reacciones qumicas, la variacin de la masa (m) es pequea, al igual que la cantidad de energa que se libera (E), en comparacin con lo que ocurre en las reacciones nucleares. Por lo tanto, se puede considerar que en las reacciones qumicas existe conservacin de la masa. En tanto, en las reacciones nucleares, m tiene valores muchos ms altos, y la masa que el sistema pierde se transforma en una enorme cantidad de energa. En estos casos (reacciones nucleares), no se puede hablar de conservacin de la masa. La masa que el sistema pierde se transforma en energa. Conexin con... Astronoma La teora que mejor explica los inicios y la formacin del Universo es la llamada teora del big bang, propuesta por el fsico estadounidense de origen ruso George Gamow (1904-1968), basada en las observaciones realizadas por el astrnomo estadounidense Edwin Hubble (1889-1953) sobre la expansin del Universo. Esta teora postula que, minutos despus de transcurrida la explosin, se fusionaron las primeras partculas, formando as los ncleos de los tomos ms ligeros. Un milln de aos despus, las nubes del gas de hidrgeno y helio se fusionaron gracias a la atraccin gravitacional, originndose las primeras estrellas. La temperatura presente era del orden de 108 K, suficiente como para que los ncleos de los tomos livianos se fusionaran y comenzaran a formarse tomos ms pesados. Una vez que todo el hidrgeno se convirti en helio-4, este se fusion para generar los elementos ms pesados, principalmente carbono-12 y oxgeno-16.
I 125
5. Aplicaciones pacficas de la fisin nuclear

Reflexionemos Se estima que la sexta parte de la electricidad que consume el planeta se produce en unos 600 reactores nucleares de potencia, en ms de 30 pases. En Europa existe una gran produccin y utilizacin de energa nuclear; por ejemplo, en Francia, ms del 75% de la electricidad se genera de esta manera. Estados Unidos es actualmente el pas con mayor cantidad de centrales 4 nucleares (10 ). En Amrica Latina, la utilizacin de energa nuclear en trminos de generacin elctrica total es muy escasa, alrededor de 2%, y se concentra en solo tres pases: Argentina, Brasil y Mxico. 1. Qu opinas sobre la utilizacin de centrales nucleares, considerando las ventajas y desventajas que presentan? 2. De qu forma se podran evitar desastres como el ocurrido en 2011 en Japn con las centrales nucleares?
Sistema de blindaje Evita la fuga de radiaciones al exterior del reactor.
Una de las aplicaciones pacficas de la fisin nuclear es la generacin de electricidad utilizando el calor producido por una reaccin en cadena, controlada en un reactor nuclear. El reactor nuclear es un sistema construido para controlar la energa que se produce en la reaccin en cadena y, por tanto, impedir el aumento indefinido en el nmero de fisiones. El reactor nuclear consiste, bsicamente, en un contenedor en cuyo interior se deposita el combustible nuclear, que puede ser uranio-235 o plutonio-239. El combustible nuclear de uranio se utiliza en forma de xido, U3O8. El uranio natural contiene aproximadamente 0,7% del istopo U-235, que es una concentracin demasiado baja para sostener una pequea reaccin en cadena. Para que trabaje con eficacia, el combustible nuclear debe enriquecerse con U-235 a una concentracin del 3 al 4%. Una central nuclear es una instalacin formada por un reactor conectado a un sistema de generacin elctrica. La energa obtenida en una central nuclear es enorme en comparacin con la producida en una central termoelctrica. Con la fisin nuclear de 1 g de uranio se obtiene la misma cantidad de energa elctrica que con la combustin de 2500 kg de carbn o la que producira la explosin de 30 000 kg de trinitrotolueno (TNT).
Central nuclear
Barras de control Son elaboradas con cadmio o boro, que absorben los neutrones. Sin estas barras de control, el calor generado derretira el corazn del reactor, liberando materiales radiactivos al ambiente.
Ncleo del reactor Lugar donde se encuentra el material fisionable (uranio) y se produce la reaccin nuclear.
Generador de vapor La reaccin nuclear calienta el agua, la que es transformada en vapor.
126 I Unidad 3
Hay dos grandes tipos de reactores: los reactores de potencia y los reactores de investigacin. Los primeros funcionan bsicamente como calderas, donde la fuente de calor es la fisin de los tomos de U-235. Son ampliamente utilizados para la generacin de electricidad y para impulsar grandes buques y submarinos militares. En tanto, los reactores de investigacin emplean los neutrones generados en el proceso de fisin para producir radioistopos de inters y para irradiar materiales con fines de investigacin cientfica y tecnolgica. La energa trmica generada es disipada al ambiente a travs de torres de enfriamiento. Actividad 14
Identificar e interpretar
Observa la imagen que representa el funcionamiento de un reactor nuclear y responde las siguientes preguntas. 1. Cul es la funcin del sistema de blindaje? 2. Cul es la funcin de las barras de control? 3. Cul es el combustible nuclear que se utiliza? 4. En qu lugar del sistema del reactor se produce la electricidad?
Turbina En su interior, el vapor de agua permite que una serie de aspas giren y de esta manera se transforme la energa trmica en energa mecnica.
Generador elctrico Sistema responsable de transformar el movimiento de la turbina en energa elctrica, la que se distribuye en una red.
Sistema de enfriamiento Finalmente, el agua es enfriada; una parte de esta se condensa y se vuelve a utilizar; la otra se libera como vapor.
I 127
5.1. Ventajas y desventajas de las centrales nucleares
La energa nuclear desempea un papel importante en el retraso del calentamiento global,

ya que no emite gases invernadero como CO2, ni tampoco partculas de carbn o cenizas.
Los residuos radiactivos generados por estas centrales se pueden reducir considerablemente
Ventajas aplicando nuevas tecnologas. Las centrales que usan combustibles fsiles, como carbn, petrleo o gas, generan toneladas de residuos slidos de muy difcil manejo.
Se evita la dependencia de los combustibles fsiles cuyos precios se han incrementado

notablemente en los ltimos aos debido a razones polticas. Adems, los recursos fsiles no son renovables.
Una central nuclear siempre emite radiaciones que pueden afectar la salud de las personas
y deteriorar el medioambiente, por lo cual su funcionamiento constituye un riesgo, aunque la central se encuentre operando normalmente.
Produce desechos altamente radiactivos de manejo complicado; radioistopos como el

estroncio-90 deben ser almacenados en tambores blindados por ciertos perodos de tiempo, a la espera de que su actividad radiactiva decaiga. Desventajas
Existe el riesgo de accidentes nucleares, como el ocurrido en Chernobyl en 1986, el de

Three Miles Island (EE UU) en 1979 y el de Japn ocurrido luego del terremoto que afect a este pas, en 2011.
El costo de instalacin de una planta de este tipo es muy elevado y se requiere un cierto
nivel de desarrollo tecnolgico para instalar y mantener un parque nuclear.
Si se masifica el uso de este tipo de energa en pases con proyectos de expansin militar,
aumenta el riesgo de proliferacin de armas nucleares.
Rincn del debate Lee y comenta con tu curso la siguiente informacin. Luego, discute sobre las ventajas y desventajas que podra generar la utilizacin de energa nuclear en nuestro pas. Durante las ltimas dcadas, la energa nuclear ha sido un recurso cuestionado por la sociedad. Sin embargo, en los ltimos aos esto ha cambiado, pasando a ser considerado una alternativa para luchar contra el cambio climtico. La discusin acerca de las ventajas y desventajas de su utilizacin ha resurgido con ms fuerza desde que las restricciones a las emisiones de CO2 del protocolo de Kioto presionan a los gobiernos. En este contexto, los partidarios del uso de la energa nuclear lo defienden argumentando que es una alternativa mucho ms limpia que el gas o el carbn y que puede dar respuesta a nuestro inmenso consumo energtico sin emisiones de CO2. Como consecuencia de esta visin, en muchos pases se ha incrementado la construccin de centrales nucleares de uso pacfico.
128 I Unidad 3
5.2. Tecnologa nuclear

Actividad 15 Lee atentamente un hecho que trata sobre los progresivos avances de la tecnologa nuclear. Luego, desarrolla las preguntas en tu cuaderno. A fines de 1993, un grupo de cientficos de la Universidad de Princeton (EE UU), luego de veinte aos de experimentacin, logr implementar el primer reactor de fusin, el Tokamak, que produjo en un segundo energa suficiente como para abastecer todo un pueblo. Tres millones de watt! Esto fue posible gracias a la fusin entre ncleos de deuterio (H-2) y tritio (H-3). As, el deuterio promete ser el combustible del futuro: con 1 g de deuterio se obtiene la misma cantidad de energa que con 4 g de uranio o que con 10 ton de carbn. Adems, la fusin no produce desechos radiactivos, ya que se forma helio (He-4). 1. Plantea la ecuacin que representa la fusin nuclear descrita. 2. Seala las ventajas que tiene el deuterio como combustible, en contraste con el uranio y el carbn. 3. Explica por qu la fusin del deuterio con el tritio es un procedimiento que no genera contaminacin.
Analizar
Pese a los grandes beneficios que se podran obtener de la fusin nuclear, esta tecnologa an se encuentra en una etapa de estudio y desarrollo. Actualmente, la produccin de energa se deriva de la fisin nuclear, que es considerada por muchos una amenaza para el medioambiente. A pesar de todas las medidas de seguridad dispuestas, el funcionamiento de una central nuclear produce residuos radiactivos, cuyo tratamiento es muy costoso y, eventualmente, podra generar un desastre ambiental. El esquema que se presenta a continuacin muestra las medidas de seguridad con las que se tratan los residuos radiactivos.
Almacenaje de residuos radiactivos
Escudo. Cmara de almacenaje de residuos radiactivos. Recubrimiento de acero. Estructura de acero reforzado. Reactor de agua presurizada.
I 129
5.3. Transmutacin nuclear artificial

Conceptos clave ncleos objetivo: corresponden a ncleos de tomos que se hacen colisionar con partculas cargadas (ncleos de helio). Producto de estas colisiones, los ncleos objetivo sufren un proceso de transmutacin. La Qumica que hoy se conoce naci de la alquimia, una prctica milenaria, mezcla de tcnica, filosofa y magia, que se origin en el Oriente helnico hacia el siglo I a. C. y tuvo su mayor esplendor durante la Edad Media. El sueo de los alquimistas era la transmutacin de los elementos, especficamente la transformacin de los metales comunes en oro, es decir, convertir un elemento en otro. Pero, a pesar de sus esfuerzos, nunca lo lograron. Como ya analizaste en la Actividad exploratoria (pgina 120) de este tema, Ernest Rutherford bombarde ncleos de nitrgeno-14 con radiacin alfa y produjo un nuevo ncleo: oxgeno-17. Demostr as que era posible convertir artificialmente un elemento en otro. Con este mtodo experimental se creaba la transmutacin nuclear artificial. Actualmente, para producir estas reacciones, se utilizan neutrones o partculas cargadas, generalmente ncleos de helio (partculas alfa) con las que se bombardean los ncleos objetivo. Las partculas alfa deben ser aceleradas para vencer la repulsin que existe entre ellas y el ncleo objetivo; para lograrlo se utilizan los aceleradores de partculas o ciclotrones, enormes instrumentos con conductos por los cuales se transportan y aceleran los proyectiles nucleares, forzndolos a seguir una trayectoria determinada, en espiral o en lnea recta, con el fin de aumentar gradualmente su energa cintica. Cuando las partculas alcanzan la energa necesaria para provocar la reaccin nuclear, son conducidas fuera del ciclotrn para hacer colisin con los ncleos que se desea transformar (objetivo). Los neutrones producidos en reactores nucleares son las partculas ms utilizadas para bombardear ncleos y as obtener diferentes istopos. Como los neutrones son partculas sin carga, no existe repulsin entre ellos y el ncleo, por lo que no es necesario acelerarlos. Mediante estos mtodos ha sido posible sintetizar elementos ms pesados que el uranio, los llamados elementos transurnicos, y tambin se ha descubierto una amplia variedad de otras subpartculas nucleares. Durante el siglo pasado se detectaron ms de doscientas nuevas partculas, ms pequeas que los protones y neutrones, algunas de vida efmera.
En medicina, los ciclotrones se utilizan en el diagnstico de tumores cancergenos en estado inicial.
130 I Unidad 3
Gentileza CCHEN.
5.4. Aplicacin de radioistopos

Actividad 16 Observa la siguiente imagen que representa el mecanismo de accin de un radiofrmaco en la localizacin de un tumor. Luego, responde las preguntas. 1. Por qu se utiliza glucosa radiactiva para la deteccin de tumores? Considera que tanto la glucosa radiactiva como la no radiactiva se metabolizan en las clulas del mismo modo, y que las clulas cancergenas captan esta sustancia a una mayor velocidad. 2. Describe el mecanismo de accin de los istopos radiactivos en la deteccin del cncer. 3. Averigua en distintas fuentes sobre los siguientes istopos: yodo-131, hierro-59, fsforo-32 y tecnecio-99. Con la informacin seleccionada, construye una tabla donde se seale la vida media y rea del cuerpo estudiada por estos istopos.
Analizar
Glucosa radiactiva Tumor canceroso
Detector
Los istopos radiactivos o radioistopos se producen en los reactores nucleares de investigacin. Para ello se procede a bombardear determinados ncleos con algunos de los neutrones generados en las fisiones que se llevan a cabo dentro del reactor. El comportamiento qumico de los istopos radiactivos es idntico al de los istopos estables del mismo elemento, pero emiten radiaciones, por lo que se pueden usar como trazadores (localizadores) (Actividad 16) o para tratamiento, por los efectos que las radiaciones producen en las clulas. Como trazadores los radioistopos se introducen en el organismo vivo o en cualquier otro sistema con el objeto de seguir su trayectoria, a travs de la deteccin de las radiaciones que emiten. As, es posible conocer en qu procesos y cmo intervienen dichos tomos en el sistema en estudio. Los istopos radiactivos o radiofrmacos de vida media discreta se han convertido en herramientas muy tiles para el diagnstico. Por medio de ellos, los mdicos estudian los rganos y tejidos sin alterarlos, detectan tempranamente muchas enfermedades y las tratan oportunamente. Como ya estudiamos, las radiaciones de alta energa son peligrosas, ya que destruyen clulas sanas ocasionando diversos daos. Sin embargo, la radiacin tambin elimina clulas malignas, como las cancerosas, que son mucho ms afectadas por la radiacin que las clulas normales; por lo tanto, es posible destruir tumores malignos usando la misma radiacin que en muchos casos los ocasion.
I 131
5.5. Otros usos de los trazadores

Las aplicaciones de los radioistopos no solo abarcan la salud. Veamos algunos otros empleos de gran importancia. Campo de aplicacin Industria Caractersticas Los trazadores radiactivos se introducen en un determinado proceso y luego se detecta la trayectoria de estos gracias a su emisin radiactiva, lo que permite investigar diversas variables propias del proceso. Por ejemplo, localizar fugas de lquidos o gases que se transportan a travs de caeras subterrneas, como en un oleoducto; descubrir caudales de fluidos y si hay filtraciones. Tambin es posible obtener imgenes de piezas con su estructura interna utilizando radiografas a base de rayos gamma, llamadas gammagrafas. Se emplean para la deteccin y anlisis de contaminantes. La tcnica consiste en irradiar una muestra, por ejemplo, de agua o de suelo, de tal modo de obtener los espectros gamma que ella emite, para finalmente procesar la informacin con ayuda computacional. As se pueden identificar los elementos presentes en la muestra y las concentraciones de los mismos. Una serie de estudios se han podido aplicar a problemas de contaminacin, como los causados por el dixido de azufre, en derrames de petrleo, las descargas gaseosas a nivel de suelo, en contaminacin de agua en los cursos naturales y en la produccin de esmog en el aire de las ciudades. Los radioistopos son utilizados en el estudio de la efectividad de los nutrientes sobre distintos cultivos. Para tal efecto se hace uso de fertilizantes marcados con radioistopos, los que se ponen en las plantaciones en tiempos y lugares diferentes; as es posible determinar qu cantidad de nutrientes capta una planta y en qu poca del ao se debe aplicar el fertilizante para obtener una mayor productividad. Adems, a partir de mutaciones genticas inducidas por radioistopos, es posible lograr cultivos ms resistentes a las plagas. Asimismo, con el suministro de altas emisiones de radiacin ionizante a insectos machos que constituyen una plaga, se ha logrado controlar su poblacin, ya que estos machos irradiados no dejan descendencia. En Chile se aplica con xito esta tcnica para el control de la mosca de la fruta, lo que ha permitido la expansin de las exportaciones agrcolas chilenas.
Estudio del medioambiente
Agricultura
Actividad 17
Ingresa a la pgina web de la Comisin Chilena de Energa Nuclear (www.cchen.cl). Ah encontrars sitios e informacin relacionados con la energa nuclear. Lela y responde las siguientes preguntas. 1. El objetivo de Chile, respecto al tema del desarrollo nuclear, es: Lograr un desarrollo integral de la energa nuclear con el fin de contribuir al desarrollo poltico, social y econmico del pas. Averigua qu se est haciendo para cumplir con este objetivo. 2. Chile posee la mayor reserva mundial de litio conocida, un metal de gran inters en el mundo. Indaguen sobre lo fundamental que es este elemento en la futura fusin nuclear. 3. Considerando la escasez y el costo de los combustibles (petrleo y carbn) de las centrales trmicas y el impacto ambiental de las centrales hidroelctricas, la alternativa de la energa nuclear como una fuente de energa es viable en nuestro pas en el mediano plazo. Al respecto, investiga sobre la forma en que se podra evitar la dependencia con otros pases en el suministro del combustible nuclear. 132 I Unidad 3
5.6. Armas nucleares

Sin lugar a dudas, una de las aplicaciones cientficas ms nefastas en la historia de la humanidad ha sido el uso de la fisin nuclear con fines militares y concretamente para la fabricacin de armas de exterminio masivo. A todos nos causa estupor imaginar el fatdico bombardeo a Japn en 1945, y an peor resulta saber que las bombas estalladas all son muy pequeas en relacin al poder destructivo de las actuales armas nucleares. Aunque no se conoce con exactitud la potencia nuclear de todos los pases, se piensa que en EE UU y la ex URSS se concentra el 97% aproximadamente, alcanzando los 15 000 megatones. Un kilotn (kt) equivale a 1000 toneladas de TNT, y un megatn (Mt), a 1000 kilotones, es decir, un milln de toneladas de TNT. La llamada bomba A, lanzada sobre Hiroshima y Nagasaki, tena un poder destructivo equivalente a los 12 kt. En la actualidad se identifican principalmente tres tipos de armas nucleares. A. Bombas A. Se basan en la fisin nuclear y usan como combustible uranio, plutonio o polonio y mezclas de ellos, que se fisionan liberando gran cantidad de energa y radiaciones. La mayora de las bombas A estn actualmente instaladas en misiles. B. Bombas H. Se basan en la fusin nuclear, y el combustible es el hidrgeno y el helio. Para que la bomba H haga explosin es necesario someterla a temperaturas de varios millones de grados Celsius. Esto se consigue haciendo explotar previamente una bomba A, que al generar las altas temperaturas hace posible la fusin del hidrgeno o del helio y, junto con ello, gran liberacin de energa. C. Bomba de neutrones. Es una modificacin de la bomba H. Consiste en un mecanismo de fusin que reduce todo lo posible la onda expansiva o el pulso trmico, pero libera gran cantidad de neutrones que bombardean los alrededores. Los neutrones diseminados inducen radiactividad en los materiales, durante un corto perodo de tiempo, pero las emisiones radiactivas producen daos irreparables en las personas, sin destruir el entorno. Las bombas H y de neutrones no han sido utilizadas ms que en pruebas experimentales.
Reflexionemos Lee la siguiente informacin y luego comntala con tus compaeros y compaeras. El segundo ensayo nuclear de Corea del Norte, en mayo de 2009, puso en alerta a la comunidad mundial. La explosin subterrnea en Pyongyang fue superior a la del primer ensayo ocurrido en 2006, produciendo un sismo de 4,72 grados en la escala de Richter. Este hecho fue catalogado por los norcoreanos como una respuesta a la amenaza militar y sanciones econmicas impuestas por Estados Unidos, Japn, Rusia y Corea del Sur. En la actualidad se estima que el 97% de las armas nucleares estn en manos norteamericanas y rusas y el resto repartido entre China, Francia y el Reino Unido.
Fuente: www.elmundo.es/elmundo/2009/05 /25/internacional/1243220740.html. (Adaptacin).
1. Qu opinas sobre la fabricacin de armamento nuclear?, por qu? 2. Cul ser la razn o fundamento que lleva a estas naciones a invertir en armamento de este tipo? 3. Qu consecuencias tendra para el planeta un conflicto blico que involucre el uso de armas nucleares?
I 133
5.7. Efectos de una guerra nuclear

Los efectos de una guerra nuclear han sido ampliamente estudiados. Experiencias como las de Hiroshima y Nagasaki han aportado informacin referida a lo que sucede en un ataque nuclear fulminante y centralizado, en el que el adversario no puede contraatacar. Imagina el siguiente escenario: una guerra en la que hubiera intercambio de disparos nucleares y que se desarrollara en el hemisferio norte. Qu ocurrira? Quines sobreviviran a una catstrofe nuclear? En estudios recientes se ha descubierto un grupo de bacterias capaces de sobrevivir a una dosis de radiacin gamma de 1,5 millones de rad, algo as como 3000 veces lo que un ser humano puede soportar antes de morir. Esta dosis destruye el genoma de la bacteria en cientos de fragmentos, pero increblemente este organismo posee la capacidad de reparar el dao que ha sufrido su ADN en apenas un da y as puede continuar viviendo. Tal vez, seres como estos son los nicos que sobreviviran a una guerra nuclear, ya que dosis de radiacin como las sealadas resultan mortales para los seres humanos y todos los dems seres vivos. Actividad 18
Analizar y evaluar
Como ya analizaste en el Reflexionemos de la pgina 91 de esta Unidad, el 5 y 8 de agosto de 1945, las ciudades japonesas de Hiroshima y Nagasaki fueron objeto de un cruento bombardeo nuclear que provoc la muerte de aproximadamente 200 000 personas. Lee el siguiente texto luego responde en tu cuaderno. La catstrofe ocurrida en Hiroshima y Nagasaki es un ejemplo de cmo la relacin entre ciencia y sociedad puede ser utilizada con fines nefastos. Albert Einstein lider la bsqueda de apoyo econmico para la realizacin de investigaciones sobre la potencialidad del tomo. Entre 1939 y 1945, envi varias cartas al presidente de Estados Unidos, Franklin Roosevelt, solicitando colaboracin para solventar la investigacin que se estaba llevando a cabo sobre el uranio y la forma de convertirlo en fuente de energa. Sin embargo, cuando se dio cuenta de que los conocimientos alcanzados por sus colegas cientficos sirvieron para construir la bomba atmica, expres consternado: Si lo hubiera sabido, habra sido relojero. Durante el resto de su vida, Einstein particip en activas campaas en favor de la paz mundial y fue uno de los impulsores del humanismo cientfico, un enfoque que concibe la ciencia como una labor directamente comprometida con el bienestar de la humanidad.
Fuente: http://edant.clarin.com/diario/2005/07/04/sociedad/s-03601.htm (adaptacin) *Las cartas enviadas por Einstein al presidente Roosevelt las puede encontrar en la siguiente pgina: http://hypertextbook.com/eworld/einstein.shtml
Albert Einstein fue uno de los impulsores del humanismo cientfico.
1. Qu te parece la intervencin de Albert Einstein en la gestin que finalmente apoy el inicio de las acciones para construir una bomba atmica? 2. Cul es tu opinin sobre las decisiones de los cientficos de investigar en campos que pueden ser de inters blico y que tarde o temprano estarn afectos a decisiones polticas? 3. T crees que se requiere la consulta de la gente ante decisiones tan importantes como la instalacin de una central nuclear, considerando todos los riesgos y beneficios que ello puede tener? 134 I Unidad 3
UNIDAD 3 - TEMA 3
Lectura cientfica
La energa del maana

En los prximos aos, el NIF (en espaol: Centro Nacional de Ignicin) de Livermore, California, realizar uno de los mayores y ms importantes experimentos cientficos de la historia. Durante los ltimos cincuenta aos, cientficos de distintas partes del mundo han trabajado por obtener una fusin nuclear controlada. Al parecer, este sueo ya no es tan lejano, pues se espera que en los prximos aos investigadores del NIF realicen la primera reaccin de fusin nuclear controlada del mundo. Para lograr esta misin, planean utilizar 192 rayos lser de gran tamao, los que se orientarn sobre una cantidad de hidrgeno del tamao de una arveja ubicada dentro de un cilindro de oro (hohlraum). Se espera que los ncleos de los tomos de hidrgeno se fusionen, simulando el mismo proceso de fusin originado en las estrellas que brillan y nos proveen de energa lumnica. Con todos estos rayos operando, se focalizarn cerca de 2 millones de joules de energa lser ultravioleta sobre un pequesimo objetivo, creando as condiciones similares a aquellas que existen solamente en el centro de las estrellas. La reaccin de fusin resultante liberar una cantidad de energa superior a la requerida para iniciar la reaccin. El director del NIF , doctor
El crecimiento explosivo de las grandes ciudades demanda una gran cantidad de energa. En el futuro, para dar abasto a este requerimiento, ser necesario crear formas ms eficientes y limpias de generacin de energa.
Richard Boyd, seala que este centro ofrecer oportunidades sin precedentes al avance del campo de la qumica nuclear. Una instalacin como esta nunca ha estado disponible para llevar a cabo experimentos en qumica nuclear, dice Boyd, Vamos donde nadie ha ido antes, y esto podra llevar a descubrimientos apasionantes y posiblemente no anticipados. Ninguna de estas pruebas podra generar una situacin peligrosa. Tan pronto como el combustible del objetivo se agote, en apenas unas billonsimas de segundo, la reaccin se detiene, seala.
Fuente: https://lasers.llnl.gov/science_technology/ (Adaptacin).

Lee y comenta las siguientes preguntas con tus compaeros y compaeras. 1. Qu ventajas e inconvenientes podra tener el xito de este experimento para los seres humanos y el medioambiente? Explica. 2. Qu peligros crees que encierra un experimento de esta naturaleza?, por qu? 3. Por qu es importante el desarrollo e implementacin de este tipo de tecnologas?
I 135
SNTESIS - EVALUACIN
DE PROCESO
Sntesis del Tema 3

Lee y completa el siguiente esquema que resume los principales conceptos tratados en el Tema 3. Fenmenos nucleares inducidos
Radiactividad inducida Fisin nuclear
Armas nucleares
Reacciones en cadena Energa Reactor nuclear
Energa del futuro
Medicina Aplicaciones pacficas

1. Qu nombre recibe la reaccin nuclear en la que se combinan dos o ms ncleos para formar otro? A. Fisin. B. Fusin. C. Serie radiactiva. D. Transmutacin. E. Reaccin en cadena. 2. Los desechos radiactivos se almacenan en un contenedor blindado para evitar: A. las reacciones de fisin. B. la liberacin de electrones. C. las reacciones de fusin. D. el decaimiento radiactivo. E. la fuga de radiacin al exterior. 3. Con respecto a la fisin nuclear, es correcto afirmar que: I. dos ncleos se unen liberando gran cantidad de energa. II. se usan reactores nucleares para producir reacciones controladas. III. este tipo de reacciones producen desechos radiactivos. A. Solo I B. Solo II C. Solo III D. Solo I y II E. Solo II y III
136 I Unidad 3
UNIDAD 3 - TEMA 3 SNTESIS - EVALUACIN 4. Una central nuclear funcionara sin peligro si se cumple(n) la(s) siguiente(s) condicin(es): I. tiene una ubicacin lejos de las ciudades. II. se previenen los errores humanos y mecnicos. III. existe un buen manejo de los desechos radiactivos. A. Solo I B. Solo II C. Solo I y II D. Solo II y III E. Todas son correctas. 5. Cul o cules de las siguientes alternativas constituyen aspectos negativos de la utilizacin de energa nuclear? I. La sntesis de radioistopos. II. La construccin de bombas atmicas. III. La eliminacin de desechos radiactivos. A. Solo I B. Solo II C. Solo I y III D. Solo II y III E. Todas son correctas.
DE PROCESO
II Analiza y responde las siguientes preguntas.

1. Completa las ecuaciones de fisin y fusin nuclear. A. 4 Be + 2 He B. 2 He + 2 He C. 13 Al + 1 H
27 2 3 4 3 9 4
+ 0n + E 2 2 He + + 2He + E
4
+E
a. Explica brevemente en qu consiste cada uno de estos procesos. b. En cul de los dos procesos se da origen a ncleos ms pesados?, y ms livianos? c. Qu diferencias existen entre una reaccin en cadena y una reaccin controlada? 2. Lee y responde las siguientes preguntas. a. Explica brevemente en qu consiste el uso de trazadores nucleares en la medicina, la agricultura y la industria. b. Explica cmo funciona el mtodo de irradiacin para el control de la mosca de la fruta.
Me evalo
Identificar y caracterizar los fenmenos de fisin y fusin nuclear. Identificar las ventajas y desventajas del uso de energa nuclear. Reconocer la importancia del uso de istopos radiactivos en diversas reas del saber.
tem I (1-3) tem II (1) tem I (2-4-5)
4 2 6 4
tem II (2)
I 137
SNTESIS
DE LA
UNIDAD
Sol
Genera la mayor parte de su energa por medio de la fusin de ncleos de hidrgeno, ncleos de helio o combinaciones de estos. Para que esta reaccin (fusin) se lleve a cabo se necesitan temperaturas elevadsimas, unos 100 millones de grados Celsius.
Reactor nuclear Reactor nuclear

Sistema que controla la energa producida en una reaccin en cadena, impidiendo el aumento indefinido de fisiones. Se compone por un material moderador, barras de control, sistema de enfriamiento y de blindaje.
Salida de vapor de agua a gran presin
Ingreso de agua
Barras de uranio Barras de control
138 I Unidad 3
UNIDAD 3 SNTESIS DE LA UNIDAD Ncleo de deuterio Energa Ncleo de helio Neutrn
Fusin nuclear
Proceso exotrmico en el que dos o ms ncleos de masa atmica pequea se unen para producir ncleos con masas superiores y estables. Para que este tipo de reaccin se lleve a cabo, se necesita alcanzar temperaturas extremadamente altas, solo as es posible romper las fuerzas de repulsin que se generan entre los ncleos. Actualmente, la fusin no se utiliza para generar energa, ya que ha sido imposible alcanzar las temperaturas requeridas para obtener una fusin controlada, y por lo tanto una liberacin de energa tambin controlada.
Ncleo de tritio
Fisin nuclear
Proceso exotrmico en el que ncleos de gran masa atmica se dividen, dando origen a dos o ms ncleos con masas menores, ms estables y con mayor energa de enlace. Precede a una reaccin en cadena que libera una gran cantidad de energa, que de no ser controlada, puede provocar una gran explosin. Se lleva a cabo en reactores nucleares.
Fragmento de fisin
Neutrones Neutrn

Lee los contenidos estudiados en esta Unidad y comenta las siguientes preguntas con tus compaeros y compaeras de curso. 1. En qu consiste el proceso de fusin nuclear?, en qu se diferencia del proceso de fisin nuclear?, qu tienen en comn? 2. En cul de los dos procesos se genera mayor cantidad de energa? 3. Qu partculas deben hacerse incidir sobre los ncleos de los tomos para originar una fisin nuclear? 4. Qu condiciones se requieren para producir una reaccin de fusin nuclear?
I 139
QUMICA
EN LA HISTORIA
Wilhelm Conrad Roentgen (1845-1923)

Fsico de origen alemn. En 1885, mientras experimentaba con tubos de rayos catdicos descubri accidentalmente los rayos X. Los llam de esta forma pues desconoca su naturaleza. En diciembre de 1895, obtuvo la primera radiografa (la mano de su esposa), que permiti una inmediata aplicacin en la medicina y estimul a otros cientficos a investigar sobre el tema. En honor a su trabajo y descubrimiento, fue galardonado con el primer Premio Nobel de Fsica, en 1901.
Antoine Henri Becquerel (1852-1908)

Fsico francs. En 1896 descubri casualmente la radiactividad del uranio, mientras llevaba a cabo una investigacin sobre la fluorescencia y los rayos X recientemente descubiertos por Roentgen. Al guardar sal de uranio en un cajn junto a placas fotogrficas, Becquerel observ que las placas eran impactadas por una radiacin proveniente de la sal. La conclusin fue que la sal de uranio emita naturalmente algn tipo de radiacin, a la que este fsico denomin radiactividad.
Marie Sklodowska Curie (1867-1934)

Qumica y fsica polaca; se le otorg la nacionalidad francesa. Junto a su esposo, Pierre Curie, en 1903 recibieron el Premio Nobel de Fsica por sus trabajos realizados en radiactividad, siendo la primera mujer en obtener este premio. Luego, en 1911, Marie gan nuevamente el Nobel, pero esta vez en Qumica, por sus trabajos sobre los elementos radio y polonio. Fue postulada a la Academia Francesa de Ciencias, siendo rechazada por el hecho de ser mujer.
140 I Unidad 3
UNIDAD 3
QUMICA EN LA HISTORIA
Ernest Rutherford (1871-1937)

Fsico y qumico ingls. En 1898 identific tres tipos de radiaciones: los rayos alfa, beta y gamma. En 1911, junto con sus colaboradores llev a cabo un experimento a fin de poner a prueba el modelo de Thomson, descubriendo as la existencia del ncleo atmico y algunas de sus cualidades. En 1919 bombarde nitrgeno-14 gaseoso con partculas alfa, y obtuvo oxgeno-17, producindose de esta manera la primera reaccin nuclear (transmutacin) realizada por el ser humano.
Enrico Fermi (1901-1954)

Fsico italiano. En 1942 logr realizar la primera reaccin nuclear controlada, lo que marc un hito en la historia de los reactores nucleares. En 1938 recibi el Premio Nobel de Fsica por sus trabajos relacionados con el descubrimiento de las reacciones nucleares con neutrones y el reconocimiento de los elementos radiactivos. Luego de obtener este premio migr a los Estados Unidos, donde particip, en conjunto con los fsicos Robert Oppenheimer y Niels Bohr, en el desarrollo y construccin de la bomba atmica A.
Otto Hahn (1879-1968)

Qumico alemn. En 1938, bombardeando uranio con neutrones obtuvo tomos de bario radiactivo, lo que constitua una evidencia de la fisin nuclear. Este hallazgo gener gran expectacin, ya que se descubri la produccin de una reaccin nuclear en cadena, con intercambio energtico mucho mayor que en las reacciones qumicas. Su colaboradora, Lise Meitner, public los resultados. Una vez que la idea sobre la fisin fue aceptada, Hahn continu sus experimentos y demostr que la fisin inducida con neutrones poda producir una enorme cantidad de energa. Gracias a sus aportes recibi el Premio Nobel de Qumica en 1944.

Lee las siguientes preguntas y comntalas con tu curso. 1. Qu opinas sobre los aportes realizados por cada uno de estos cientficos? 2. Si consideramos que muchos de los avances cientficos se pueden utilizar para beneficio de la humanidad o bien para su destruccin, quin o quines crees que deben decidir sobre el uso de los nuevos avances en ciencia y tecnologa? 3. Por qu es importante que los cientficos compartan sus descubrimientos y trabajos con los dems integrantes de la comunidad cientfica? 4. Averigua, en distintas fuentes, sobre las contribuciones realizadas por Frdric Joliot-Curie e Irene Joliot-Curie, Julius Robert Oppenheimer y Albert Einstein. Construye una lnea de tiempo destacando los principales hitos cientficos, sociales y econmicos de la poca.
I 141
EVALUACIN
FINAL

1. Para las siguientes reacciones: a)
233 2 1 +0 n 2 3 133 98 1 + 41 Nb + 30 n 1
92U
51 Sb
b) 1H + 1H
1 c) 0 n + 235 92U
2He
142
+ 0n
4. En 1902, Rutherford y Soddy descubrieron el fenmeno de la transmutacin radiactiva segn la siguiente ecuacin: 226 222 Ra Rn + X 86 88 A qu emisin corresponde X? A. 2He
3 B. 1H 1 n C. 0 0 D. -1 e 4
56
91 1 Ba + 36 Kr + 30 n
el orden correcto es: A. a) fisin; b) fusin, c) fusin. B. a) fusin; b) fusin; c) fusin. C. a) fisin; b) fusin; c) fisin. D. a) fisin; b) fisin; c) fisin. E. a) fusin; b) fusin; c) fisin. 2. Cul de las siguientes alternativas corresponde a uno de los efectos biolgicos ms peligrosos de la radiacin? A. Daa las membranas celulares. B. Induce crecimiento celular descontrolado. C. Destruye molculas vitales como las enzimas. D. Consume el agua de los tejidos. E. Broncea la piel expuesta. 3. Qu dispositivo se utiliza para controlar la energa que se produce en las reacciones de fisin? A. Barras de control. B. Reactor nuclear. C. Contador radiactivo Geiger. D. Espectrmetro de masas. E. Tubo de descarga.
E. 0 5. Si al emitir radiacin un tomo disminuye su nmero atmico en una unidad sin cambiar su nmero msico, qu tipo de partcula se est emitiendo? A. Partculas beta negativas. B. Rayos gamma. C. Partculas alfa. D. Neutrones. E. Partculas beta positivas o positrones. 6. En qu se transforma un elemento radiactivo al emitir radiacin beta negativa en un decaimiento radiactivo? A. Ion del mismo elemento. B. Istopo del mismo elemento. C. Elemento con menor masa atmica. D. Elemento con mayor nmero de neutrones. E. Elemento con menor nmero de protones. 7. Qu modificacin experimenta el ncleo de un istopo radiactivo que decae emitiendo radiacin alfa? A. Aumenta su nmero atmico en 1 unidad. B. Aumenta su nmero msico en 4 unidades. C. Aumenta su nmero atmico en 2 unidades. D. Disminuye su nmero msico en 2 unidades. E. Disminuye su nmero atmico en 2 unidades.
142 I Unidad 3
UNIDAD 3 EVALUACIN FINAL II Observa y analiza. 1. El crculo achurado representa una muestra de un elemento radiactivo. Si la vida media de este elemento es de 10 aos, completa la secuencia con el nmero de aos o coloreando la parte del crculo que corresponde.
Muestra original
Despus de 10 aos
Despus de
aos
Despus de 30 aos
2. Marca el grfico que representa la desintegracin de un elemento radiactivo. Fundamenta tu eleccin. A

% de ncleo radiactivo remanente % de ncleo radiactivo remanente
C
% de ncleo radiactivo remanente
Tiempo
Tiempo
Tiempo
3. Observa el siguiente grfico sobre el potasio-40, utilizado para determinar la edad de una roca, y responde: a. Qu masa de potasio-40 haba inicialmente en la roca en estudio? b. Qu masa se obtiene al haber transcurrido dos vidas medias? c. Cul es la vida media del K-40? d. Qu masa de K-40 habr despus de cuatro vidas medias?
Masa K-40(g)
Grfico N 5: Vida media del potasio-40.
225 200 150 125 100 50 25

0
t=0
1,3 x 109
2,6 x 10
3,9 x 109
t1/2
2t1/2
3t1/2
Tiempo (aos) vida media
I 143
EVALUACIN
FINAL
4. En el aire hay tres istopos del oxgeno: el O-16, el ms abundante y no radiactivo, y el O-17 y el O-18, ambos radiactivos. La fotografa muestra el calentamiento del magnesio, hacindolo arder, mientras reacciona con el oxgeno del aire para obtener xido de magnesio (MgO). Elige las aseveraciones que son correctas respecto de esta situacin y fundamntalas. a. Los oxgenos radiactivos no reaccionan con el magnesio bajo ninguna condicin. b. Todos los istopos del oxgeno reaccionan del mismo modo con el magnesio. c. La muestra de xido formado debera contener una pequea cantidad de xido radiactivo. d. De haber xido radiactivo podra detectarse con un instrumento para medir emisiones radiactivas.
III Lee y aplica. 1. Gran parte del gas radn se inhala y se exhala rpidamente, como cualquier otro gas. Pero el radn tiene una vida media corta (Rn-222 = 4 das) y se transforma en el istopo radiactivo polonio-218 y este, a su vez, en plomo-214, ambas desintegraciones por emisin de radiacin alfa. a. Escribe las ecuaciones nucleares en cada caso. b. Si inicialmente se dispone de 45 g de radn-222, cunto quedar al cabo de 24 das?
- c. Qu ncleo estable se formar si el Rn-222 emite radiaciones sucesivas de: , , , y ?
2. Un grupo de arquelogos encontr restos de un asentamiento indgena en la zona central de Chile. Si se hallaran restos de fibras vegetales en los tejidos de las ropas ceremoniales, sera til el fechado con C-14 en este caso?, por qu? 3. En 1965, un laboratorio de qumica tena una muestra de estroncio-90, cuya actividad radiactiva, en ese ao, era de 104 decaimientos por segundo. Qu actividad tendra el estroncio-90 en 2010, si su vida media es de 28,8 aos?
Lo que ahora s
Te invitamos a que vuelvas a contestar en tu cuaderno las preguntas de la seccin Lo que s, de la pgina 90. Luego, compara tus respuestas iniciales con las sealadas en esta instancia. Adems, responde las preguntas que planteaste en la seccin Lo que me gustara saber (pgina 93). 1. Qu contenidos de la Unidad te resultaron ms complejos de aprender?, a qu crees que se debi eso? 2. Piensas que es importante conocer las ventajas de la energa nuclear?, qu sucedera si solo conocieras las desventajas?
144 I Unidad 3
Unidad
Proyecto cientfico
Antecedentes
Normalmente, las clulas de nuestro organismo crecen y mueren de manera controlada. Sin embargo, las clulas cancerosas se reproducen y proliferan sin control. La radioterapia es un tratamiento que se aplica con el propsito de detener la divisin de estas clulas anormales. El tratamiento consiste en dirigir la radiacin hacia la zona en que se localizan las clulas cancergenas. Es importante considerar que las clulas normales cercanas al tumor tambin son daadas por efectos de la radiacin; no obstante, estas clulas se pueden recuperar luego de concluir el tratamiento, reduciendo gradualmente gran parte de los efectos secundarios. En la actualidad se emplean equipos que utilizan el Co-60 y el Cs-137 como radioistopos.
Radioterapia: beneficios, riesgos y efectos secundarios
1. Objetivo
Evaluar las aplicaciones de la radiactividad en el tratamiento de algunas enfermedades.
En el tratamiento del cncer se utilizan generadores de radiaciones ionizantes. Estas mquinas son capaces de dirigir bajas dosis de radiacin, destruyendo as las clulas anmalas.
2. Planificacin
Organcense en grupos de trabajo, idealmente de cuatro personas. Definan las etapas involucradas en el desarrollo del proyecto y asignen las tareas de cada uno de los integrantes. Averigen, en diversas fuentes, sobre los beneficios, riesgos y efectos secundarios de la utilizacin de radioistopos en el tratamiento de determinadas enfermedades. Con el objetivo de optimizar la informacin recopilada, se sugiere elaborar un set de preguntas, a modo de entrevista, para aplicarla a mdicos, personas que hayan sido tratadas con radiofrmacos istopos y otras que trabajen en instituciones ligadas a este tema, como la Comisin Chilena de Energa Nuclear (CChEN), por ejemplo.
3. Ejecucin
Una vez planificadas y definidas las etapas del proyecto, pnganlo en accin. Es importante que cada integrante cumpla su rol de una manera rigurosa y con la suficiente seriedad.
Presentan los resultados de la investigacin al resto del curso. Pueden utilizar distintos recursos para ello: tablas, grficos, presentacin PowerPoint, esquemas,imgenes, entre otros.
5. Proyeccin
Propongan otros proyectos que podran elaborarse a partir de los resultados obtenidos en esta actividad.
I 145
UNIDAD 4_QUIMICA 26-07-11 13:59 Pgina 146
Unidad
Desde el inicio de la cultura humana se han utilizado y manipulado diversos materiales presentes en la naturaleza para transformarlos y usarlos de acuerdo con las necesidades. En un principio se trabaj la piedra para construir armas y herramientas. Luego se descubri la tcnica para extraer los metales, fundirlos y moldearlos. Ms recientemente, el ser humano comenz a imitar los materiales naturales para crear otros completamente nuevos, dando origen a los materiales sintticos. Mediante actividades productivas como la minera, se extraen y procesan los minerales. Esta actividad ha sido uno de los pilares fundamentales de la economa nacional, contribuyendo con los mayores recursos para el desarrollo de nuestro pas.
Lo que s
Lee y comenta las siguientes preguntas con tus compaeros y compaeras. 1. En qu capas de la Tierra se encuentran las principales fuentes de obtencin de materias primas para el ser humano? 2. Cules son las materias primas ms importantes que se procesan en Chile?, qu materias primas se extraen en tu localidad y qu productos se obtienen? 3. Qu conoces acerca de las aplicaciones comerciales que se les han dado a minerales como el cobre, el salitre y la plata en nuestro pas y en el exterior? 4. Por qu crees que la riqueza mineral es de gran importancia para nuestro pas? Explica. 146 I Unidad 4
Lo que aprender
Reconocen las principales materias primas y su fuente de obtencin. Describen los procesos de obtencin de metales y no metales de uso comn. Muestran dominio sobre los procesos y reacciones qumicas involucradas en la fabricacin de materiales inorgnicos de uso masivo: vidrio, cemento y cermica. Comprenden y analizan aspectos bsicos estequiomtricos, termodinmicos y cinticos de los procesos descritos.
Tema 1 Los minerales como materia prima - Los minerales y sus caractersticas - Minerales metlicos y no metlicos - Etapas del proceso productivo
Tema 2 Recursos minerales metlicos - Metalurgia - El cobre y sus procesos qumicos - El hierro - Otros metales
Tema 3 Recursos minerales no metlicos - Litio - Azufre - Salitre - Yodo
Tema 4 Cermica, vidrio y cemento - Cermica - Vidrio - Cemento
Conversemos
Lee la siguiente informacin y, luego, comenta las preguntas con tus compaeros y compaeras. Entre 1938 y 1990, en la ciudad de Chaaral se vaciaron ms de 300 millones de toneladas de desechos mineros en el medio terrestre y marino, lo que equivale a la descarga de un camin de 10 toneladas de arena cada 25 segundos, por un tiempo de 23,8 aos. Los relaves procedan inicialmente del mineral Potrerillos, y luego del mineral Salvador. Esto trajo como consecuencia que el mar se retirara aproximadamente dos kilmetros al interior de la ribera, ocasionando la desaparicin del puerto ms antiguo de nuestro pas, que se caracterizaba por su gran diversidad marina y que permita a sus pobladores vivir de la pesca. Esta situacin, como muchas otras ms, ha obligado a las autoridades a hacer una rigurosa fiscalizacin para que se cumplan las normas Fuente: www.accionchilena.cl/Ecofilosofia/Contaminacion_Chanaral.htm ambientales por las distintas industrias. 1. De qu manera crees que se hubiera podido evitar el problema ambiental en Chaaral? 2. Qu medidas propondras para evitar que situaciones como estas se vuelvan a repetir? 3. Qu otro caso similar conoces de contaminacin ambiental producto de la extraccin y procesamiento de minerales? Comenta. 4. Cules son los organismos responsables de fiscalizar a las mineras y qu facultades tienen? Averigua.
I 147
EVALUACIN
DIAGNSTICA

1. Cul de las siguientes acciones deben realizar obligatoriamente las industrias para proteger y conservar el recurso natural agua? A. Reciclar el agua usada. B. Reducir el volumen utilizado. C. Depurar el agua contaminada. D. Redisear etapas del proceso productivo. E. No emplear agua en el proceso productivo. 5. De qu origen puede ser la materia prima? 2. De los ocho elementos que conforman el 98% de la corteza terrestre, cul es el ms abundante? A. Silicio. B. Hierro. C. Cobre. D. Aluminio. E. Oxgeno. 3. Cul de los siguientes ejemplos corresponde a un mineral metlico? A. Yeso. B. Yodo. C. Salitre. D. Cemento. E. Molibdeno. 6. Cul de las siguientes relaciones materia prima-producto obtenido es incorrecta? A. Petrleo-plstico. B. Carbonatos y silicatos-vidrio. C. Celulosa-papel. D. Madera-cemento. E. Mineral de cobre-alambre elctrico. A. Animal, vegetal y mineral. B. Vegetal, mineral y natural. C. Animal, natural y mineral. D. Natural, artificial y animal. E. Artificial, natural y mineral. 4. Qu se consigue con la operacin llamada flotacin en la metalurgia del cobre? A. Refinar el mineral de cobre. B. Moldear el mineral de cobre. C. Disolver el mineral de cobre. D. Pulverizar el mineral de cobre. E. Concentrar el mineral de cobre.
II Lee y analiza las siguientes preguntas.

1. Las observaciones realizadas a tres rocas, recolectadas en la ribera de un ro, son: Roca 1: puede rayar la superficie de las otras dos rocas. Roca 2: puede ser rayada solo con un cuchillo. Roca 3: al pasarle la ua se ray fcilmente. a. De acuerdo con la escala de Mhs que aprendiste en Primer Ao Medio, cul(es) de las siguientes conclusiones es (son) correcta(s)? I. La roca 1 es dura. II. La roca 2 es muy dura. III. La roca 3 es la ms blanda. b. Qu otros aspectos deberas considerar al momento de asignarles un uso a estas rocas?
148 I Unidad 4
UNIDAD 4 EVALUACIN 2. Las aplicaciones del cido sulfrico (H2SO4) son mltiples; entre otras, se utiliza para fabricar frmacos, plsticos, fibras sintticas y fertilizantes. Gran parte del cido sulfrico que se produce en Chile procede de la minera, a partir de los gases emanados por las fundiciones de cobre como los xidos de azufre (SO2 y SO3), favoreciendo la reaccin entre el trixido de azufre y el agua; generando como producto H2SO4.
Tabla N 1: Emisin de dixido de azufre en las fundiciones de cobre.
DIAGNSTICA
Fundicin Chuquicamata Potrerillos Ventanas Caletones
Ubicacin geogrfica Segunda Regin de Antofagasta Tercera Regin de Atacama Quinta Regin de Valparaso Sexta Regin del Libertador General Bernardo OHiggins
Emisin de SO2 total anual. Ao 2009 (miles de toneladas) 90,61 99,73 10,16 (como S) 141,10
Fuente: www.codelco.cl/desarrollo/fr_desarrollo.html
a. Construye un grfico de barras que muestre la produccin de cido sulfrico por fundicin. b. Por qu el cido sulfrico es indicado como un producto industrial intermedio? c. Por qu la produccin de cido sulfrico podra considerarse una tecnologa ecolgica de la industria minera? 3. Un estudiante consigui formar cristales de sulfato de cobre (CuSO4) en el laboratorio por medio del siguiente montaje experimental: a. Cmo crees que se prepar la solucin de sulfato de cobre: concentrada o diluida?, por qu? b. Por qu se originan cristales de sulfato de cobre en torno al hilo? Explica.
Cristales de sulfato de cobre
Disolucin acuosa de sulfato de cobre

A partir de la seccin Lo que aprender, de la pgina 147, y de tus conocimientos e inquietudes, te invitamos a escribir en tu cuaderno cuatro o cinco preguntas cuya respuesta te gustara encontrar en esta Unidad. Por ejemplo: 1. Cules son las etapas que intervienen en la elaboracin de algunos productos? 2. Qu aplicaciones comerciales se le da al cobre en nuestro pas? 3. De qu se trata el estudio de impacto ambiental que debe hacer una industria para instalarse y operar?
I 149
Tema
Los minerales como materia prima
Obtencin de un metal a partir de un mineral

A. Antecedentes
Generalmente, los metales en estado nativo forman parte de un mineral secundario. Los minerales ms comunes son los xidos. Para obtener un metal oxidado es necesario recurrir a reacciones de xido reduccin, con el fin de reducir dicho metal a su estado elemental.
B. Diseo experimental
Renanse en parejas y consigan los materiales para realizar el procedimiento que se describe a continuacin. Materiales: - tubo de ensayo - vaso de precipitado - soporte universal - mechero - tapn monohoradado - manguera plstica - pinzas metlicas - papel - 1 g de xido de cobre (II) (CuO) - agua de cal (Ca(OH)2) - 1 g de carbn vegetal en polvo (C)
Procedimiento: 1. Mezclen los slidos (CuO, Ca(OH)2 y C) sobre un papel. 2. Coloquen la mezcla en un tubo de ensayo resistente al calor y tpenlo con un tapn que tenga un orificio al centro (monohoradado). 3. Inserten en el tapn la manguera plstica, de modo que un extremo quede en el tubo que tiene la mezcla y el otro, en contacto con el agua de cal, tal como se muestra en la fotografa. 4. Calienten la mezcla hasta que observen cambios, tanto en el tubo con la mezcla como en el vaso con agua de cal. Registren lo que observan en ambos casos. 5. Continen calentando el tubo entre 15 y 20 minutos. Anoten sus observaciones.
Mezcla slido
Agua de cal
Lean y respondan en sus cuadernos. a. Describan la reaccin observada y expliquen lo que ocurri. b. Anoten la ecuacin de formacin del metal. c. Escriban la ecuacin que representa la reaccin que ocurre en el agua de cal. d. Expliquen por qu es posible afirmar que la reaccin entre el carbono y el xido de cobre permite la reduccin del cobre. 150 I Unidad 4
1. Los minerales y sus caractersticas

Los minerales son sustancias en estado slido conformadas por elementos o compuestos qumicos, que se han originado a travs de un proceso natural. Como pudiste analizar en la Actividad exploratoria, la mayora de los metales, por ejemplo el cobre, est en la naturaleza, formando compuestos (sulfuros y xidos) y no en estado libre. Los minerales se encuentran en depsitos o yacimientos, que aparecen en las rocas como fisuras o rellenos de grietas. Segn el origen, se pueden clasificar en: minerales primarios, que corresponden a depsitos originales, como el oro; minerales secundarios, que se han formado a partir de reacciones qumicas que sufren los minerales primarios, como la anglesita (PbSO4). De acuerdo a como se organizan los tomos, iones y molculas que conforman los slidos, encontramos en la naturaleza slidos cristalinos y amorfos. Los primeros tienen partculas agrupadas en forma ordenada y regular, como el cuarzo; en los segundos, en cambio, las partculas no estn ordenadas de manera regular, como en el caso de las piedras volcnicas. Actividad 1
Experimentar y concluir
Algunos de los minerales ms comunes son: la mica, el feldespato y el cuarzo, los que forman parte de la familia de los silicatos
1. Renanse en parejas y realicen la siguiente actividad que les permitir comprobar algunas propiedades fsicas y qumicas de los minerales. Para ello recolecten diferentes piedras o trozos de roca en el lugar donde viven y consigan los siguientes materiales: lupa, martillo, cincel y gafas protectoras. a. Observen a simple vista las muestras de roca y tomen nota de lo que ven. b. Repitan la observacin utilizando una lupa. Registren nuevamente. c. Hagan un corte a las rocas y miren su parte externa e interna. Usen un martillo y un cincel si es necesario. Precaucin: utilicen gafas protectoras para cuidar sus rostros y ojos de posibles trocitos de roca que puedan daarlos. Registren sus observaciones. Clasifiquen las rocas segn el color, la forma y la textura. Qu diferencia hay entre una roca y un mineral? Expliquen. 2. Las pruebas ms importantes para comprobar las propiedades qumicas de los minerales son: a. Observar si el mineral es soluble en agua. Los haluros son solubles en agua. b. Ver si el mineral produce efervescencia en cido clorhdrico. Los carbonatos reaccionan en HCl, produciendo efervescencia. c. Someter el mineral a la accin de la llama y ver si se colorea y en qu colores. d. Observar si al calentar el mineral, este pierde agua. e. Examinar si al calentar el mineral se funde y desprende vapores. Describir el olor de los vapores. Diseen un procedimiento experimental que les permita comprobar dos de las propiedades qumicas mencionadas. Empleen las mismas muestras de rocas utilizadas en el punto 1. Una vez realizado el diseo experimental, formulen tres conclusiones sobre las propiedades de sus muestras.
I 151
2. Minerales metlicos y no metlicos

Segn las propiedades y usos de las sustancias que se extraen de los minerales, se han clasificado en minerales metlicos y no metlicos. Los minerales metlicos son aquellos que presentan en su composicin tomos de elementos con carcter metlico, tales como: hierro, cobre, plata y oro. Entre las propiedades ms importantes de estos metales destacan la maleabilidad, que es la posibilidad de transformacin en lminas; la ductilidad, facilidad de transformacin en alambres de diferentes grosores, y la conductividad o capacidad para conducir electricidad y calor. Algunos de estos minerales que exporta Chile son: cobre, molibdeno, hierro, oro, plata y manganeso. Los minerales no metlicos son aquellos de los que se extraen materiales utilizados con frecuencia en la construccin y en la agricultura. Entre los que se explotan en Chile destacan los nitratos, el azufre, el yeso, y el cuarzo y, la sal comn.
Actividad 2
1. Averigua en el Atlas de Chile Geogrfico Militar, o en otras fuentes de informacin, sobre los principales minerales que se obtienen en las diferentes regiones de nuestro pas y completa una tabla como la siguiente. Regin Metlicos No metlicos Regin Metlicos No metlicos
2. Lee y responde las siguientes preguntas. a. Por qu la plata y el oro se pueden encontrar en la naturaleza en estado nativo, como metales, y esto no ocurre, por ejemplo, con el litio, el sodio y el hierro? b. Qu relacin crees que existe entre la metalurgia de los minerales y su costo de produccin? Explica.
Al igual que las dems sustancias, los minerales, tal como estudiaste en Primer Ao Medio, presentan propiedades fsicas y qumicas, que condicionan los usos que tienen. Por ejemplo, el cuarzo es un silicato que por sus propiedades elctricas es muy utilizado en electrnica (calculadora de bolsillo). Tanto los materiales metlicos como los no metlicos se obtienen a travs de procesos productivos. 152 I Unidad 4
3. Etapas del proceso productivo de las materias primas

La industria qumica agrupa un conjunto de actividades que se caracterizan por transformar compuestos qumicos bsicos en productos de gran demanda. Como en cualquier industria, el propsito de la industria qumica es fabricar productos de buena calidad con el menor costo posible. A esto se suma el requerimiento actual de ocasionar el menor dao al medioambiente. Actividad 3 Analiza el esquema relacionado con el proceso industrial y responde en tu cuaderno. Necesidades Materias primas Procesos productivos Medioambiente 1. De dnde provienen las materias primas? 2. Cul es el objetivo de obtener productos industriales? 3. Qu relacin hay entre el proceso industrial y el medioambiente? Productos
Interpretar
Procesos productivos Para obtener productos qumicos a partir de las materias primas, las industrias realizan procesos fsicos y qumicos en la transformacin. Sus etapas son: 1. Tratamientos fsicos iniciales. Las materias primas que van a reaccionar se preparan y acondicionan para el proceso qumico de transformacin a travs de procedimientos como la trituracin, la molienda, el calentamiento y la mezcla. 2. Tratamientos qumicos. Las materias primas ya procesadas se someten a una serie de reacciones qumicas que generalmente tienen lugar en un reactor y que las transforman en productos. Estas reacciones van desde simples procesos trmicos, como la calcinacin de minerales, hasta reacciones orgnicas de polimerizacin. 3. Tratamientos fsicos finales. Concluida la etapa anterior, se realiza la purificacin y separacin de los productos obtenidos. Las tcnicas ms empleadas son: destilacin, extraccin, cristalizacin, sedimentacin y filtracin.
Productos qumicos Los productos qumicos industriales producidos se clasifican en tres categoras: 1. Productos qumicos bsicos. Se obtienen en grandes cantidades a partir de materias primas bsicas y a travs de procedimientos sencillos. Estas sustancias constituyen la base para obtener los restantes productos qumicos. Por ejemplo: la celulosa y la seda. 2. Productos qumicos intermedios. Se consiguen mediante la transformacin de los productos qumicos bsicos y normalmente no son utilizables directamente por el consumidor, sino que se emplean en la elaboracin de los productos finales. Por ejemplo: cloruro de vinilo, butadieno, cido fosfrico y fenol. 3. Productos qumicos finales. Poseen las caractersticas fsicas y qumicas apropiadas para el consumo directo. Por ejemplo: frmacos, detergentes y cosmticos.
I 153
3.1. Factores que influyen en la obtencin de un producto

El mtodo que se debe emplear para conseguir un producto a nivel industrial debe considerar el rendimiento de las reacciones, su viabilidad y el aspecto econmico. Esto hace necesario analizar los factores estequiomtricos, termodinmicos y cinticos (estudiados en aos anteriores), que influyen en el proceso industrial. A. Factor estequiomtrico. Segn el principio de Le Chtelier, existen factores que modifican un sistema en equilibrio, desplazndolo en la direccin que contrarreste el cambio. Estos factores son: la concentracin, la presin y la temperatura. Si en una reaccin en equilibrio se aumenta la concentracin de alguno de los reactantes, se ver favorecida la formacin de productos. Al haber ms reactante, se incrementa la velocidad de la reaccin, formndose una mayor cantidad de producto hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio. Si en una reaccin en equilibrio se aumenta la temperatura, el sistema se opondr al cambio, desplazndose en el sentido que absorba calor (reaccin endotrmica). Por el contrario, al disminuir la temperatura, se favorece el proceso que genera calor (reaccin exotrmica). Si en una reaccin en equilibrio se aumenta la presin, se ver favorecida la reaccin que implique una disminucin en la formacin de especies gaseosas; por el contrario, una disminucin de la presin favorecer un incremento en la formacin de especies gaseosas. B. Factor termodinmico. Indica la posibilidad de que se lleve a cabo una reaccin, es decir, analiza la viabilidad de las reacciones qumicas involucradas en la elaboracin de un producto industrial. Uno de los parmetros termodinmicos es la energa libre (G), que nos indica si la reaccin es factible o no de ocurrir. Si G < 0, el proceso es espontneo; la reaccin ocurrir. Si G = 0, el sistema est en equilibrio; no existe cambio neto. Si G > 0, el proceso no es espontneo; la reaccin no ocurrir. Si bien la energa libre predice la espontaneidad de una reaccin, no nos informa cuanto tiempo se requiere para dicha transformacin ni si la transformacin libera o requiere energa trmica. Lo segundo se obtiene al estudiar otro de los parmetros termodinmicos: la entalpa (H), que es la medida del contenido calrico de una reaccin. Si H > 0, la reaccin es endotrmica; por lo tanto, es necesario proporcionar calor para que se produzca la transformacin. Si H < 0, la reaccin es exotrmica, y durante la transformacin se libera calor. C. Factor cintico. Da cuenta de la velocidad con que transcurre la reaccin. Es importante destacar que el 70% de las reacciones empleadas en la industria qumica utiliza en alguna de sus etapas un catalizador. Se ha comprobado experimentalmente que la velocidad de un gran nmero de reacciones se ve favorecida por la presencia de un catalizador (ver grfico), sustancia que, aun en cantidades muy pequeas, tiene la propiedad de acelerar una reaccin, permaneciendo inalterada cuando esta finaliza. 154 I Unidad 4
En la naturaleza, las erupciones volcnicas constituyen un ejemplo de procesos espontneos.
Grfico N 1: Influencia de un catalizador en la energa de activacin.
Energa
Sin catalizador Con catalizador

Ea
Ea
Reactantes Productos Avance de la reaccin
UNIDAD 4 - TEMA 1
EJEMPLO RESUELTO 1 Clculos estequiomtricos

La calcopirita (CuFeS2) es un mineral que se emplea como materia prima en la obtencin de cobre en Chile. La siguiente ecuacin, no balanceada, describe el proceso de combustin de la calcopirita: CuFeS2(s)+ O2(g)
-1
Cu(s) + FeO(s) + SO2(g)

-1 -1 -1
Masas atmicas: Cu = 63,5 g mol ; Fe = 56 g mol ; O = 16 g mol ; S = 32 g mol ) Si por cada 1000 g de calcopirita que se procesa se obtienen 320 g de cobre metlico, cul es el rendimiento de la reaccin del proceso industrial? 1. Se debe balancear la ecuacin. 2 CuFeS2 + 5 O2 2 Cu + 2 FeO + 4 SO2
2. Indicar la relacin estequiomtrica de la reaccin. 2 CuFeS2 + 5 O2 367 g 160 g 2 Cu + 2 FeO + 4 SO2 127 g 144 g 527 g 256 g
Calcopirita
527 g 3. Calcular el rendimiento terico. X g Cu 1000 g CuFeS2 =
127 g de Cu 367 g CuFeS2
x = 346 g Cu
Lmina de cobre
4. Calcular el rendimiento de la reaccin. rendimiento real x 100 Rendimiento de la reaccin (%) = rendimiento terico Rendimiento de la reaccin (%) = 320 g Cu x 100 346 g Cu x = 92,5%
5. Resultados. El rendimiento de la reaccin es 92,5%.
PARA TRABAJAR
El cinc metlico se obtiene segn la siguiente reaccin: ZnO(s) + C(s)
Zn(s) + CO(g). 4 Si en una industria se procesan 4,23 x 10 kg de ZnO, cul ser el rendimiento si en la 4 prctica se obtienen 3,0 x 10 kg de Zn?
I 155
SNTESIS - EVALUACIN
DE PROCESO
Sntesis del Tema 1

Lee y completa el siguiente esquema que resume los principales conceptos tratados en el Tema 1. Procesos productivos
Etapas Tratamientos fsicos iniciales
Factores
Cintico
Evaluacin de proceso I Lee y selecciona la alternativa correcta.

1. En todo el proceso productivo, las materias primas pasan por diversos tratamientos. Cul es el orden correcto de estas etapas? A. Qumicos iniciales y fsicos iniciales. B. Qumicos iniciales, fsicos y qumicos finales. C. Qumicos iniciales, qumicos y fsicos finales. D. De purificacin y qumicos finales. E. Fsico-qumicos y de purificacin. 2. Cul de las siguientes etapas es propia de los tratamientos fsicos iniciales que se realizan en el proceso productivo de la industria? A. Molienda. B. Filtracin. C. Destilacin. D. Cristalizacin. E. Sedimentacin. 3. Con respecto a los metales extrados de los minerales metlicos, es correcto sealar que: I. la caliza, el azufre y los nitratos son ejemplos de minerales metlicos. II. de estos minerales se extraen principalmente materiales para la agricultura. III. los metales obtenidos de estos minerales tienen la propiedad de conducir electricidad y calor. IV. representan ms del 90% de las exportaciones mineras. A. Solo I B. Solo II C. Solo I y III D. Solo II y IV E. Solo III y IV
156 I Unidad 4
4. La reaccin qumica empleada para la obtencin del xido de cobre (I), presenta una entalpa de formacin (H f) igual a -1 -170 kJ mol . Segn este dato, se puede deducir que la reaccin anterior es: A. espontnea. B. endotrmica. C. no espontnea. D. exotrmica. E. no existe suficiente informacin.
5. De acuerdo con los datos de entalpa, entropa y temperatura de diferentes reacciones, cul no es espontnea? A. B. C. D. E. H (kJ mol ) S (J K ) 178,1 -160,5 -3 394 2,9 x 10 -55,1 -0,101 -3 -11,05 23,7 x 10 -3 -104 70 x 10
-1 -1
T (K) 298 298 300 466 280
DE PROCESO

1. El hierro se sintetiza segn: Fe2O3(s)+ 3C(s) 2 Fe(s) + 3 CO(g). De acuerdo con la tabla de datos, a qu temperatura la reaccin es espontnea, a 500 o 1200 K? Sustancia H f (kJ mol ) S (J mol K )
-1 -1 -1
Fe2O3(s) -822,2 90,0
C(s) 0 2,4
Fe(s) 0 27,2
CO(g) -110,5 197,6
2. El cobre blster se obtiene fundiendo el mineral de cobre y aplicndole aire para oxidar las impurezas, conforme a la siguiente ecuacin no balanceada: Cu2S(s) + O2(g) a. Equilibra la ecuacin. b. Haz una relacin estequiomtrica entre reactantes y productos. c. Si por cada 1500 g de mineral de cobre que se procesa se obtienen 415 g de metal, cul es el rendimiento de la reaccin? Cu(s) + SO2(g)
Me evalo
Identificar algunas caractersticas de las etapas del proceso productivo. Reconocer los factores estequiomtricos, termodinmicos y cinticos que influyen en los procesos industriales.
I (1, 2, 3 y 4) I (5) II (1 y 2)
10
I 157
Tema
Recursos minerales metlicos
Electrlisis del sulfato de cobre

A. Antecedentes
En la naturaleza, el cobre suele encontrarse combinado con oxgeno o azufre. Algunos procesos utilizados en la produccin de cobre son: lixiviacin, extraccin y refinacin electroltica. Este ltimo proceso consiste en someter la disolucin de sulfato de cobre a una electrlisis, obteniendo en el proceso un ctodo que contiene cobre de 99,99% de pureza.
nodo (polo +)
Ctodo (polo -)
Electrodos
Reunidos en parejas, consigan los materiales requeridos y sigan el procedimiento descrito. Materiales: Vaso de precipitado de 250 mL, electrodos de carbn (cilindro central de las pilas en desuso), lupa, alambre de cobre (cubierto de plstico), disolucin concentrada de sulfato de cobre (CuSO4), batera de 9 volts y una lmina de cartn de 10 x 10 cm. Procedimiento: 1. Viertan la disolucin de CuSO4 en el vaso de precipitado hasta las tres cuartas partes de su capacidad. 2. Corten el alambre de cobre en dos trozos de 15 cm cada uno. Luego, pelen las puntas de cada alambre y conctenlas a los terminales de la batera. 3. Fijen los electrodos al centro del cartn con una separacin entre ellos de 5 cm y luego, unan los extremos libres de los alambres a cada electrodo, tal como muestra la fotografa superior derecha.
Batera Disolucin de CuSO4
4. Sumerjan los electrodos en la disolucin de sulfato de cobre dejando que el cartn se apoye sobre el vaso. Mantengan el montaje de este modo por cinco minutos. 5. Retiren los electrodos y, usando la lupa, observen si han ocurrido cambios. Regstrenlos.
a. Qu sustancia se produjo en el experimento? b. Podran considerar al sulfato de cobre un mineral?, por qu? c. Cmo explicaran el cambio ocurrido en el electrodo? d. Qu funcin cumple la batera en esta reaccin qumica?
158 I Unidad 4
1. Procesos metalrgicos
Chile cuenta con una gran variedad de recursos naturales debido a la diversidad climtica y a las caractersticas de su relieve. Uno de los recursos ms importantes para Chile son los minerales, por lo que resulta indispensable conocer su distribucin y contenido estimado. Los minerales se encuentran presentes en toda la corteza terrestre y disueltos en los mares y ocanos; sin embargo, se concentran en sectores asociados a la formacin de cordilleras jvenes. Por esta razn, la corteza chilena contiene miles de minerales, metlicos y no metlicos, varios de los cuales constituyen las principales reservas del mundo. La metalurgia corresponde al conjunto de procesos fsicos y qumicos destinados a extraer un elemento qumico de un mineral. Existen diferentes procesos metalrgicos (pirometalurgia, hidrometalurgia y electrometalurgia), pero todos tienen las mismas etapas; estas son: 1. Exploracin y extraccin del mineral. Consiste en determinar con precisin la extensin y forma del yacimiento y la calidad del mineral encontrado. 2. Tratamiento fsico. La finalidad es separar el metal (mena) del mineral sin valor econmico (ganga). Adems, aumentar la superficie de contacto. Estos tratamientos suelen ser: chancado, molienda, tamizado y flotacin (proceso fsico-qumico). 3. Tratamientos qumicos. El propsito de esta etapa es romper las interacciones intermoleculares formadas por los metales, a modo de obtener los minerales en su estado ms puro. Existen dos tipos: a. Tratamientos por va seca: fusin, conversin, reduccin, tostacin y calcinacin. b. Tratamientos por va hmeda: precipitacin, lixiviacin y biolixiviacin bacteriana. 4. Refinacin. ltima etapa de la metalurgia que consiste en purificar el mineral extrado. Puede llevarse a cabo por tratamientos va calor o va elctrica, como pudiste comprobar en la Actividad exploratoria de la pgina anterior. El contenido de metal de la mena se llama ley del mineral (comnmente solo ley); se expresa en porcentaje y su valor se determina utilizando una proporcin. Analicemos el siguiente ejemplo: a partir de 80 toneladas de un mineral se logran 1,9 toneladas de cobre y 0,11 toneladas de molibdeno. Cul es la ley del mineral para el cobre y el molibdeno? Remplazamos los datos en las expresiones: X 100% X = 2,38%. Para el cobre: = 1,9 ton 80 ton X 100% Para el molibdeno: = 0,11 ton X = 0,14%. 80 ton Conceptos clave mena: parte del mineral que rene las condiciones adecuadas para extraer algn metal. ganga: parte del mineral que carece de valor comercial.
I 159
2. El cobre
Actividad 4
Experimentar
Formen grupos de tres o cuatro integrantes y consigan los siguientes materiales: solucin de cido ntrico, cido sulfrico, cido clorhdrico concentrado, solucin de cloruro de sodio, lmina de cobre, gradilla con cinco tubos de ensayo, mechero, pinzas de madera, cotona y guantes de ltex. Luego, realicen el siguiente procedimiento: 1. Tomen con la pinza de madera un trozo de lmina de cobre y expnganlo con mucho cuidado a la llama del mechero. Observen y registren los cambios. 2. Rotulen los cinco tubos de ensayo y agreguen: tubo 1: cido ntrico; tubo 2: cido sulfrico; tubo 3: cido clorhdrico; tubo 4: cloruro de sodio; tubo 5: agua. Coloquen en cada tubo un trozo de lmina de cobre. Anoten lo que sucede. 3. A partir de sus observaciones y de los conocimientos adquiridos en aos anteriores sealen las ecuaciones que representan las reacciones qumicas originadas en los puntos 1 y 2.
Ficha tcnica: cobre (Cu)

Nmero atmico Masa atmica (g mol ) Configuracin electrnica Punto de fusin (C) Punto de ebullicin (C) Densidad (g cm ) Calor especfico (J g C ) Conductividad elctrica (MS m ) Conductividad trmica (W m k )
th
29
-1
El cobre (Cu) es un metal de transicin que fue descubierto en estado natural (cobre nativo) en Asia Menor, aproximadamente 6500 aos a. C.
1
63,546 [Ar] 3d 4s 1083,4 2595 8,96

10
-3
-1
-1
Este metal se caracteriza por ser un excelente conductor elctrico, por lo que se utiliza en la fabricacin de cables de alambrado pblico, computadores y electrodomsticos. Por su gran conductividad trmica se emplea en la fabricacin de utensilios de cocina y paneles solares. El cobre es dctil, ya que es capaz de alargarse y estirarse. Tambin es maleable, pues de l se pueden obtener lminas muy delgadas. La mayora de los metales de uso diario son combinaciones de dos o ms metales, las llamadas aleaciones, que tienen propiedades caractersticas, como mayor dureza o resistencia. Las dos aleaciones ms importantes del cobre son el latn (aleacin con cinc) y el bronce (aleacin con estao).
0,385
-1
58,108 400
-1 -1
La minera es la actividad econmica ms importante en Chile. En 2008, el 88,2% de las exportaciones correspondi a productos mineros, y de estos, el cobre represent el 50,6% de la exportacin nacional. En la naturaleza, el cobre se encuentra combinado con oxgeno o con azufre, es decir, hay minerales de cobre oxidados y sulfurados. Los yacimientos de cobre se relacionan con la presencia de rocas intrusivas, que son rocas gneas formadas por material magmtico que se introdujo a gran temperatura y presin en la corteza terrestre.
Tabla N 2: Comparacin anual de la produccin de cobre.
Chile cuenta con la mina a tajo abierto ms grande del mundo: Chuquicamata (Segunda Regin de Antofagasta). Actualmente est en proyecto la Mina Subterrnea Chuquicamata, cuya implementacin requiere cuatro aos ms de estudio.
2005 Cobre
(miles de toneladas mtricas)
2006 5361
2007 5557
2008 5330
5321
Fuente: Compendio de la minera chilena 2009.
160 I Unidad 4
2.1. Metalurgia del cobre oxidado

La siguiente imagen representa el proceso de produccin de cobre a partir del cobre oxidado. Inter@ctividad Ingresa a la pgina web: www.educacinmedia.cl/web y escribe el cdigo 11Q4161. Averigua sobre las normas ambientales que la compaa aplica a sus cinco divisiones. Luego, elabora un afiche para exponer una de las normas ambientales y presntalo frente a tus compaeros y compaeras de curso.
Extraccin. Los minerales oxidados son extrados de minas a tajo abierto. El proceso de extraccin contempla cuatro fases: perforacin, tronadura, carguo y transporte.
2
Chancado y molienda. Etapa en la cual se reduce el tamao del mineral, obtenindose fragmentos de alrededor de 1,27 cm de dimetro.
3
Lixiviacin y extraccin. Proceso hidrometalrgico, donde el mineral molido es acumulado en pilas y regado con una solucin acuosa de cido sulfrico (H2SO4). Se obtiene una solucin de sulfato de cobre (CuSO4), con una concentracin de hasta 9 g/L, segn la siguiente ecuacin: CuO(s) + H2SO4(ac) CuSO4(ac) + H2O.
Electroobtencin. La solucin de sulfato de cobre se somete a una electrlisis, obtenindose un ctodo de cobre de 99,99% de pureza, el que se llama cobre electroltico.
I 161
2.2. Metalurgia del cobre sulfurado

El mineral de cobre sulfurado es una mezcla compuesta por sulfuros de cobre y hierro, combinados con diferentes elementos. La siguiente imagen representa el proceso de obtencin de cobre a partir de cobre sulfurado. 1
Extraccin. Los minerales sulfurados son extrados de minas subterrneas y de minas a tajo abierto.
2
Chancado y molienda. El objetivo de esta etapa es reducir el tamao del mineral, obtenindose as fragmentos de 1,27 cm de dimetro aproximadamente.
Electrorrefinacin. Ocurre en celdas electrolticas, donde se colocan alternadamente un nodo y un ctodo de cobre en una solucin de cido sulfrico. 2+ El cobre del nodo se oxida a Cu segn: 2+ 2 + -. Cu(s) +H2SO4(ac) Cu (ac) +SO4 (ac) +2H (ac) +2e 2+ El catin Cu es atrado por el ctodo (-), depositndose en l como Cu.
4 3
Flotacin. Proceso fsicoqumico en el cual se mezcla el mineral molido con una sustancia espumante que produce burbujas de aire. Estas burbujas atrapan las partculas de cobre y las llevan a la superficie, separndolas de las impurezas. Fundicin. El mineral se calienta y se funde a unos 1200 C en hornos especiales llamados reverberos. Luego, el proceso de purificacin del cobre contina en hornos convertidores, en los que se aplica aire para oxidar las impurezas, obtenindose as el cobre blster con 96% de pureza. Finalmente, se elimina el porcentaje de oxgeno presente (pirorrefinacin), llegando a concentraciones de 99,7% de cobre.
162 I Unidad 4
2.3. Biolixiviacin
Desde hace algn tiempo, en nuestro pas se han estado utilizando ciertas especies de bacterias en el proceso de lixiviacin del cobre, proceso llamado lixiviacin bacteriana. Estas bacterias oxidan el azufre que contienen los minerales de sulfuro de cobre (CuS), se encuentra en estado slido, obtenindose una solucin de sulfato de cobre (CuSO4). A partir de esta solucin se puede recuperar el cobre como metal.
2.4. Subproductos del cobre

A continuacin se sealan algunos subproductos que se obtienen de la metalurgia del cobre. A. El molibdeno. Metal de color gris oscuro que no se encuentra en la naturaleza en estado puro, sino combinado con otros elementos, formando varios compuestos. Este metal cada da adquiere mayor importancia a nivel internacional por sus mltiples usos. Las propiedades que destacan del molibdeno son: gran resistencia a las temperaturas y a la corrosin y alta durabilidad. Alrededor del 80% del molibdeno producido se usa como aditivo en la fabricacin del acero industrial. Tambin se utiliza en la industria del petrleo para construir herramientas de alta resistencia al desgaste, y en las construcciones de edificios mantiene el brillo y la resistencia de los metales. Nuestro pas aporta con el 22% de la produccin mundial de molibdeno, por lo que ha pasado a ser el segundo metal ms importante de los productos mineros chilenos.
Existen bacterias capaces de degradar petrleo, azufre, metano y una gran variedad de sustancias qumicas. Esta propiedad es muy ventajosa para disminuir la contaminacin ambiental producida por los desechos provenientes de la metalurgia.
Tabla N 3: Comparacin anual de la produccin de molibdeno.
Produccin anual Molibdeno

(toneladas)
2005 47 885
2006 43 158
2007 44 775
2008 33 639
B. cido sulfrico. Lquido denso, altamente corrosivo. Tiene la propiedad de disolver muchos metales y sustancias. La mayor parte del cido sulfrico producido por las mineras es destinado al consumo propio, ya que se utiliza en la lixiviacin y en la electroobtencin. Este compuesto tambin se emplea en la industria productora de fertilizantes y en las industrias papeleras. Actividad 5
Averigua, en distintas fuentes confiables de Internet, sobre el cido sulfrico. Selecciona la informacin que a tu juicio sea pertinente y luego, responde las siguientes preguntas en tu cuaderno. 1. Qu porcentaje de cido sulfrico se reutiliza en la minera? 2. Qu cantidad del gas dixido de azufre (SO2) se genera en la produccin minera? 3. En qu etapa de la refinacin de cobre se produce este gas? 4. De qu manera ha impactado al medioambiente la produccin de este compuesto? Explica.
I 163
Lectura cientfica
Las propiedades antimicrobianas del cobre: un abanico de posibilidades en beneficio del ser humano
Antes de que se descubriera que los microorganismos existan, los ciudadanos del antiguo Imperio Romano usaban el cobre para mejorar la higiene pblica, pues comprobaban en la prctica que el agua transportada a travs de vasijas de este material era segura de beber y que los utensilios de cobre para cocinar ayudaban a prevenir enfermedades.
A comienzos de 2008, la Agencia de Proteccin Ambiental de EE UU, EPA (Environmental Protection Agency), declar al cobre como el primer metal bactericida del mundo. El cobre y sus aleaciones (latn y bronce) son capaces de destruir bacterias dainas y potencialmente mortferas, ayudando a controlar la incidencia de infecciones en reas de la salud, alimentacin y aire acondicionado, entre otros, atributo que no proporcionan el acero inoxidable, el vidrio y el mrmol. Se estima que 2000 personas en Chile mueren anualmente por infecciones intrahospitalarias y en los Estados Unidos esta cifra llegara a 100 000.
Cobrizacin del Hospital de Calama, con el que se demuestra la propiedad bactericida del cobre.
Por sus propiedades bactericidas y antispticas, el cobre debera estar presente en quirfanos, restaurantes y sistemas de aire acondicionado. De hecho, ya se aplica en telas cubiertas con xido de cobre para inhibir la proliferacin de grmenes. En la industria salmonera se han remplazado las jaulas de plstico por unas de cobre y estao, que previenen problemas de contaminacin y adherencia de crustceos y moluscos.
Fuente: Copper, International Cooper Associatin, Ltd. (s.f.). Las propiedades antimicrobianas del cobre: un abanico de posibilidades en beneficio del ser humano. Recuperado en: www.copperinfo.com/news/press_releases/2005/pdf/antimicrobial.pdf

Lee y comenta con tus compaeros y compaeras. 1. Qu propiedades tiene el cobre que lo hacen un metal apropiado para utilizarlo en la medicina? 2. Qu otros usos le daras al cobre? Explica. 3. Qu ventajas econmicas crees que le reportara(n) a nuestro pas la elaboracin de este tipo de productos y su consiguiente exportacin? Explica.
164 I Unidad 4
Archivo Codelco.
UNIDAD 4 - TEMA 2
EJEMPLO RESUELTO 2 Ley de un mineral

Si a partir de 280 kg de un mineral se obtuvieron 3200 g del metal, explotaras comercialmente la mina? Dato: Si la ley del mineral es superior al 1% para el metal principal, es una mena apta para ser explotada. 1. Entender el problema e identificar la incgnita. Se desea establecer si el metal obtenido en la mina es apto para comercializarlo. Esto se puede determinar conociendo su ley; si es mayor al 1%, se puede explotar. 2. Registar los datos que nos entrega el problema. Masa del mineral: 280 kg Masa del metal: 3200 g 3. Disear un plan de accin. Debemos: convertir la masa del metal a kilogramos. calcular la ley del mineral segn la siguiente expresin: 100% X = masa del mineral masa del metal 4. Ejecutar el plan.
Maquinaria pesada utilizada para la extraccin de los minerales. La fotografa nos muestra la extraccin de la caliza (CaCO3).
Conversin de los gramos de metal en kilogramos. 1000 g 3200 kg = X = 3,2 kg 1 kg X kg Clculo de la ley del mineral. Para esto remplazamos los datos en la expresin: X 100% = X = 1,14% 3,2 kg 280 kg 5. Respuesta. La ley del mineral es 1,14%, por lo que podemos concluir que la mina es apta para ser explotada. PARA TRABAJAR 1. Un mineral en Chile posee una ley de 1,5% para el cobre y 0,08% para el molibdeno. a. Qu cantidad del mineral se debe extraer para producir 2,5 toneladas de cobre? b. Cul ser la cantidad de molibdeno obtenida? 2. Si se tienen 800 kg de un mineral, y a partir de este se obtienen 5300 g de un metal, conviene explotar la mina? 3. De un yacimiento se extraen 15 toneladas de mineral, del cual se obtienen 570 kg de metal. Calcula la ley del mineral e indica si es conveniente explotar la mina. 4. De una mina se extraen 85 toneladas de un mineral. Luego de procesar el mineral se producen 1500 kilogramos de metal. Cul es la ley del mineral?
I 165
3. El hierro
Actividad 6
Interpretar
Observa las siguientes ecuaciones, que estn relacionadas con la obtencin de hierro fundido a partir de Fe2O3. Luego, desarrolla las preguntas en tu cuaderno. Fe2O3(s) + CO(g) Fe3O4(s) + CO(g) FeO(s) + CO(g) 1. Balancea las ecuaciones. 2. Escribe la ecuacin global del proceso de obtencin de hierro fundido e identifica el agente reductor y oxidante. Fe3O4(s) + CO2(g) FeO(s) + CO2(g) Fe(s) + CO2(g)
Ficha tcnica: hierro (Fe)

th
26
-1
55, 845 [Ar] 3d6 4s2 1536 2857 7,86
El hierro (Fe) es un metal de transicin de color gris, con brillo metlico. Es maleable y posee propiedades magnticas. Los principales yacimientos nacionales se encuentran en las regiones de Antofagasta y Coquimbo. Alrededor del 5% de la corteza terrestre est compuesta por hierro y casi siempre est combinado con metales, como oxgeno, azufre y silicio, formando los minerales de hierro, como la hematita (xido de hierro (III), Fe2O3). El principal uso y aplicacin del hierro es la fabricacin y produccin del acero. El acero es una aleacin del hierro que contiene entre 0,3 y 1,4% de carbono, y otros elementos; la aleacin resultante es de alta dureza y resistencia.
-3
-1
-1
0,385
-1
9,93 80,2
-1 -1
Conexin con... Biologa El hierro es un mineral esencial para nuestro organismo, por lo que debemos incluirlo en nuestra dieta. Este mineral est presente, por ejemplo, en la hemoglobina de la sangre, protena responsable de transportar oxgeno a todas las clulas de nuestro organismo. La deficiencia de hierro puede causar patologas como la anemia, que resulta de niveles bajos de hemoglobina en la sangre. Aunque este mineral se encuentra presente en diversos alimentos, el hierro de origen animal se absorbe mejor que el de origen vegetal. Algunos alimentos con alto contenido en hierro son: carnes rojas, atn, salmn, huevos, cereales, espinacas, acelgas y legumbres. Elabora una ficha informativa sobre las funciones del hierro en el organismo. 166 I Unidad 4
3.1. Metalurgia del hierro: siderurgia

A escala industrial, el hierro se prepara en un alto horno mediante una reaccin de reduccin qumica. Las materias primas utilizadas son la mena, el carbn coque, y la piedra caliza (carbonato de calcio). Estas sustancias se cargan por la parte superior del alto horno, mientras que por la parte inferior, se inyecta aire caliente para facilitar los procesos qumicos. La imagen a la derecha ilustra el proceso de produccin de hierro. Los gases que ascienden se obtienen de la combustin del carbn coque, segn la ecuacin: 2 C(s) + O2(g) 2 CO(g)
Escoria
Gas (CO2)
Materias primas (Fe2O3 + C + CaCO3)
Slidos descienden
Mineral de hierro
Gases ascienden
Aire caliente
El monxido de carbono (CO) reduce al xido de hierro (III) Fe2O3 hasta formar el hierro fundido. Este proceso ocurre a temperaturas cercanas a los 1000 C. La piedra caliza agregada al alto horno participa en la formacin de escorias.
Hierro fundido
Salida Fe fundido
Representacin del proceso de produccin del hierro.
Tabla N 4: Comparacin de la produccin anual del hierro en Chile.
2005 Hierro
(miles de toneladas mtricas)
2006 8629
2007 8818
2008 9316
7862
Actividad 7
Interpretar
Observa la imagen superior que ilustra el proceso de produccin de hierro. Luego, escribe las ecuaciones balanceadas para cada etapa: 1. Primera etapa: descomposicin de la piedra caliza en xido de calcio y dixido de carbono. 2. Segunda etapa: el xido de calcio reacciona con las impurezas del mineral, como el xido de silicio, para formar silicato de calcio (CaSiO3).
I 167
3.2. El acero
El acero inoxidable, muy utilizado en la fabricacin de utensilios de cocina, es una aleacin que, adems de hierro y carbono, contiene nquel, cromo y molibdeno. Para obtener el acero se realiza un proceso bsico de oxidacin, en el cual las impurezas se eliminan, hacindolas reaccionar con oxgeno. Este mtodo es muy utilizado por su facilidad de operacin y los cortos tiempos que requiere para cada conversin en gran escala (quince a veinte minutos). El siguiente esquema muestra el proceso de obtencin del acero. El hierro fundido es vaciado en un gran recipiente llamado convertidor, que puede contener hasta cien toneladas de hierro fundido y ser girado en distintas posiciones. Por el fondo del convertidor se introduce aire para oxidar las impurezas que acompaan al metal; el manganeso, el fsforo, el silicio y el exceso de carbono al reaccionar con el oxgeno forman xidos. Como el proceso de oxidacin es exotrmico, no es necesario aplicarle calor. Aproximadamente veinte minutos despus, el proceso de oxidacin finaliza; esto se reconoce por el color de la llama que sale por la abertura del convertidor. Finalmente se vaca el acero.
Posicin de llenado Hierro en bruto Posicin de soplado
Posicin del vaciado Entrada de aire Convertidor Acero
Depsito del vaciado
Actividad 8
Seleccionar informacin y aplicar
El acero es uno de los materiales que ms se reciclan en nuestro planeta. El 45% de la produccin total anual de acero proviene del reciclaje de chatarra. Por ejemplo, las carroceras de los automviles tienen como mnimo 25% de acero reciclado. El acero se puede reciclar repetidamente sin que pierda sus propiedades. 1. Averigua en distintas fuentes en qu consiste el proceso de reciclaje del acero y describe las etapas que intervienen en l. 2. Explica las ventajas que tiene para el medioambiente el reciclaje de acero en los siguientes aspectos: a. Ahorro de energa en los procesos de produccin. b. Ahorro en el uso de minerales vrgenes. c. Disminucin de residuos mineros. d. Disminucin de emisiones contaminantes al aire y agua. e. Disminucin en la generacin de residuos slidos. 168 I Unidad 4
UNIDAD 4 - TEMA 2
TALLER
CIENTFICO
Galvanizacin del hierro

A. Observacin Como estudiaste en Tercer Ao Medio, la galvanoplasta es un proceso electroltico utilizado para evitar la corrosin del hierro. Este procedimiento consiste en cubrir el hierro con otro metal. La galvanoplasta puede llevarse a cabo a travs de la fabricacin de una celda electroltica, que corresponde a un sistema en donde ocurre la emigracin espontnea de los electrones. B. Planteamiento de problema Tomando en cuenta las propiedades y caractersticas de los siguientes metales: cobre, cinc y plata, cul seleccionaras para el proceso de galvanizacin del hierro?, por qu? C. Hiptesis Renanse en grupos de tres o cuatro integrantes y propongan una hiptesis a las interrogantes planteadas. Consideren los potenciales de reduccin que aparecen en la tabla N 5 para plantear la hiptesis. D. Diseo experimental Materiales: Propongan y consigan los materiales que les permitirn poner a prueba la hiptesis planteada. Procedimiento: Diseen un plan de trabajo para verificar la hiptesis. E. Resultados Propongan una forma de presentar los resultados obtenidos en la experimentacin. F. Anlisis y conclusiones 1. Qu cambios se observan en los electrodos? 2. Cmo se explican los resultados obtenidos? 3. Esta reaccin es factible de ser realizada a gran escala? Fundamenten. 4. Cmo pueden influir los factores estequiomtricos y termodinmicos en esta reaccin? 5. Escriban las reacciones de xido-reduccin que se producen en la actividad. 6. Cul es la utilidad de este proceso?
Li + e
2+ + -
Tabla N 5: Potencial estndar de reduccin a 25 C. Semirreaccin Li Ca Mg Zn Fe H2

-
E (volts) - 3,04 - 2,84 - 2,36 - 0,76 - 0,44 0,00 +0,34 +0,80
Ca + 2 e
2+
Mg + 2 e Zn + 2 e Fe + 2 e 2H + 2 e
2+ + 2+ 2+
Cu + 2 e Ag + e
+ + -
Cu Ag
-
O2 + 4H + 4 e Cl2 + 2 e F2 + 2 e
-
2H2O
+1,23 +1,36 +2,87
2 Cl 2F
-
Fuente: Petrucci, R., Harwood, W. y Herring, F. (2003). Qumica general (8 edicin). Madrid: Pearson Educacin S.A.
Conversemos
Comenten con sus compaeros y compaeras en torno a las siguientes preguntas. a. Participaron colaborativamente en el planteamiento y desarrollo de cada etapa de la actividad? b. Cumplieron con las tareas definidas al interior del grupo?
I 169
4. Otros metales de inters

Chile es un pas de grandes reservas de minerales, siendo las mayores producciones las de cobre, hierro y molibdeno. Sin embargo, en porcentajes menores destaca la produccin de cinc, manganeso, plata y oro.
Cinc (Zn)
Esfalerita (ZnS)
Ficha tcnica: cinc (Zn)

th
30
-1
65,4 [Ar] 4s2 3d10 420 907 7,14
-3
-1
-1
0,39
-1
17 120
-1 -1
El cinc es un metal de color gris brillante que, a temperatura ambiente, es bastante quebradizo, pero que al calentarlo entre 100 y 150 C, se vuelve blando y maleable. En forma nativa se encuentra frecuentemente como sulfuros, xidos y carbonatos. La principal aplicacin industrial es el galvanizado del acero, cuya funcin, como pudiste analizar en el Taller cientfico, es proteger al hierro de la corrosin. El cinc, en nuestro organismo, es considerado un oligoelemento esencial que participa en el metabolismo de protenas, cidos nucleicos y carbohidratos. Adems, interviene en el funcionamiento del sistema inmunolgico. La deficiencia de ese metal en nuestro organismo puede generar, entre otras cosas, retardo en la divisin celular y crecimiento de las clulas y lesiones oculares y cutneas.
Tabla N 6: Comparacin anual de la produccin de cinc.
2005 Cinc
(toneladas)
2006 36 238
2007 36 453
2008 40 519
28 841
Manganeso (Mn) Ficha tcnica: manganeso (Mn)

th
25
-1
54,9 [Ar] 4s23d5 1246 2061 7,470
-3
El manganeso es un metal blanco grisceo parecido al hierro, duro y muy frgil, fcilmente oxidable. Est presente es muchos minerales, como: la pirolusita (MnO2), la manganita (MnO(OH)) y la braunita (3 Mn2O3 MnSiO3). Al igual que el cinc, el manganeso cumple importantes funciones en nuestro organismo; por ejemplo, forma parte del sitio cataltico de distintas enzimas e interviene en el metabolismo celular.
-1
-1
0,479
-1
0,62 7,8
-1 -1
Tabla N 7: Comparacin anual de la produccin de manganeso.
2005 Manganeso
(toneladas)
2006 37 169
2007 26 808
2008 18 273
Pirolusita (MnO2)
39 786
170 I Unidad 4
Plata (Ag)
La plata es un metal blanco grisceo, brillante, blando, dctil y maleable. En forma nativa se encuentra frecuentemente como sulfuro de plata (Ag2S, argentita). Este metal es poco abundante en la naturaleza y su obtencin es bsicamente a partir de los barros andicos y concentrados provenientes de la metalurgia del cobre. Pese a que la plata es el mejor conductor elctrico y trmico en relacin con los dems metales, su alto valor econmico ha dificultado su utilizacin masiva en aplicaciones elctricas.
Tabla N 8: Comparacin anual de la produccin de plata.
La argentita (Ag2S) es una de las menas de plata ms importantes.
Ficha tcnica: plata (Ag)

Nmero atmico Masa atmica (g mol ) Configuracin electrnica Punto de fusin (C)
-1
47 107,86 [Kr] 4d 5s 962 2162 10,49

-1 -1 10 1
2005 Plata
(toneladas)
2006 1607,2
2007 1936,5
2008 1405,0
Punto de ebullicin (C) Densidad (g cm ) Calor especfico (J g C ) Conductividad elctrica (MS m ) Conductividad trmica (W m k )
-1 -1 -1 -3
1399,5
0,235 62 430
Oro (Au)
El oro es un metal amarillo, brillante y denso. Se caracteriza por su gran ductilidad y maleabilidad. Es un buen conductor elctrico y adems es resistente a la oxidacin. Como es un metal electrnicamente muy estable, se le suele encontrar en la naturaleza (especficamente en El oro es un metal electrnicamente depsitos aluviales) como un metal libre y muy estable. sin combinar, en forma de pepitas.
Tabla N 9: Comparacin anual de la produccin de oro.
th
Ficha tcnica: oro: (Au)

Nmero atmico Masa atmica (g mol ) Configuracin electrnica Punto de fusin (C) Punto de ebullicin (C) Densidad (g cm ) Calor especfico (J g C )
-1 -1 -1 -3 -1
79 196,96 [Xe] 6s 4f 5d 1064 2856 19,3 0,129 45 320

th
14
10
2005 Oro
(toneladas)
2006
2007
2008
Conductividad elctrica (MS m ) Conductividad trmica (W m k )

-1 -1
40 447 42 100 41 527 39 162

Actividad 9 Lee y responde por escrito las siguientes preguntas.
1. Averigua en distintas fuentes (textos escolares, enciclopedias o Internet) sobre el plomo: mineral del que se extrae, propiedades, caractersticas y usos. 2. Indaga por qu el plomo es considerado un metal txico y daino para la salud. Elabora un trptico informativo al respecto y comprtelo con tus compaeros y compaeras.
I 171
5. Desarrollo sustentable
En la actualidad hay una gran preocupacin por la conservacin de los recursos naturales, ya que no hay duda alguna de que el uso inadecuado amenaza y altera el medioambiente. Esta preocupacin se ha expresado a travs de un concepto que busca armonizar el crecimiento de la economa con la proteccin del medioambiente y el desarrollo humano: el modelo de desarrollo sustentable. Este modelo es reconocido y aceptado mundialmente como la nica salida a los problemas medioambientales generados por el crecimiento econmico. El crecimiento econmico que ha experimentado nuestro pas en las ltimas dcadas ha generado, por un lado, importantes recursos que han permitido el aumento de la inversin en educacin, salud y servicios pblicos en general, y por otro, graves problemas medioambientales . En este contexto, nuestro pas ha incorporado los principios de sustentabilidad a travs de la Ley de Bases del Medioambiente (1994). La Ley N 19300, artculo 2, seala: g) Desarrollo Sustentable: el proceso de mejoramiento sostenido y equitativo de la calidad de vida de las personas, fundado en medidas apropiadas de conservacin y proteccin del medio ambiente, de manera de no comprometer las expectativas de las generaciones futuras. Esto es fundamental si consideramos que es el medioambiente la fuente de donde se extraen los recursos naturales, que son la base de todo lo que se produce; nada se puede hacer sin ellos. Cuando utilizamos los recursos renovables en un volumen mayor que el apropiado para su recuperacin, estamos comprometiendo su disponibilidad para las prximas generaciones; lo mismo ocurre al extraer en forma indiscriminada recursos no renovables, cuyas reservas reales se desconocen. El problema de la conservacin de los recursos naturales es tarea de todas las personas.
Edificio de la Cepal (Comisin Econmica para Amrica Latina y el Caribe) en Chile, organizacin perteneciente al Organismo de las Naciones Unidas, ONU. Las conferencias internacionales sobre el medioambiente convocadas por la ONU han tenido gran repercusin en las polticas medioambientales de los pases.
Actividad 10
Analizar
Renanse en grupos de cuatro o cinco integrantes y discutan las siguientes preguntas. 1. Cmo se pueden utilizar los recursos para evitar su agotamiento? 2. Cundo y cmo se debe intervenir para limitar el uso de algunos recursos? 3. Qu rol les corresponde a las autoridades, a las empresas y a las familias en la proteccin y conservacin de los recursos? 4. Qu entienden por explotacin racional y consumo sustentable de los recursos naturales? 5. Investiguen sobre casos de contaminacin producidos por la minera y la actividad industrial en nuestro pas, en especial en su regin o localidad.
172 I Unidad 4
UNIDAD 4 - TEMA 2
Lectura cientfica
Descontaminando la minera
Nuevos planes de descontaminacin buscan reducir las emanaciones de dixido de azufre. Una de las actividades econmicas ms relevantes de Chile es la minera, que se concentra en el norte y centro del pas. A principios de los aos noventa, uno de los principales problemas de contaminacin atmosfrica fueron las emisiones de dixido de azufre (SO2) de las grandes fundiciones, con emisiones que alcanzaban las 1 700 000 toneladas por ao. Esto repercuta directamente en la calidad del aire de las localidades circundantes. Con el objetivo de recuperar la calidad ambiental de las zonas aledaas a las instalaciones mineras, se implementaron planes de descontaminacin. Estos establecieron un cronograma de reduccin de emisiones y planes operacionales para la proteccin de la poblacin, ante la ocurrencia de episodios crticos de contaminacin. Con la aplicacin de planes de descontaminacin, se logr disminuir las emisiones de dixido de azufre (SO2) en 49%, llegando a 870 000 toneladas por ao en 2002, con el consecuente mejoramiento de la calidad ambiental. En el caso de la Fundicin Hernn Videla Lira (Paipote), desde 1993 la Empresa Nacional de Minera (ENAMI) ha realizado una inversin cercana
Potrerillos.
a los 90 millones de dlares, logrando reducir considerablemente las emisiones de SO2. En 1997, la fundicin Potrerillos, perteneciente a la Divisin Salvador de Codelco, fue declarada saturada por SO2 y material particulado; en 1999 se estableci un plan de descontaminacin para reducir paulatinamente los niveles de emisin de la fundicin y llegar a cumplir con las normas de calidad del aire de SO2 y material particulado a partir de 2003.
Fuente: www.educarchile.cl

Lee y comenta con tus compaeros y compaeras. 1. Qu efectos crees que tiene para el medioambiente la acumulacin de SO2? Explica. 2. Qu instituciones se preocupan de fiscalizar y controlar la actividad de las industrias mineras? 3. Las cifras entregadas en el documento comprenden solo hasta 2003. Cmo crees que es la situacin en la actualidad? Averigua en distintas fuentes cul ha sido el porcentaje de emisin de dixido de azufre desde ese ao a la fecha.
I 173
DE PROCESO
Lee y completa el siguiente esquema que resume los principales conceptos tratados en el Tema 2. Procesos qumicos industriales en la obtencin de...
Cobre
Hierro Acero
Otros metales
Ejemplos
Oxidado
Sulfurado
Subproductos
Manganeso
Etapas
Etapas
Lixiviacin

1. La etapa de lixiviacin en el proceso de obtencin de cobre puro a partir de su mineral consiste en un tratamiento con: A. solventes orgnicos para extraer impurezas. B. cido sulfrico para obtener iones Cu . C. electricidad para conseguir cobre puro. D. calor para aumentar la pureza. E. solventes para separar la escoria. 2. En el proceso de obtencin de cobre a partir de sus minerales oxidados hay dos etapas fundamentales, estas son: A. electrlisis y oxidacin. B. lixiviacin y molienda. C. lixiviacin y electrlisis. D. lixiviacin y oxidacin. E. molienda y reduccin. 174 I Unidad 4
2+
3. Qu nombre recibe el proceso que permite separar el cobre oxidado del resto de los minerales? A. Hidrometalurgia. B. Pirometalurgia. C. Calcinacin. D. Tostacin. E. Molienda. 4. Qu proceso de separacin de los minerales del cobre sulfurado requiere de reactivos espumantes? A. Tostacin. B. Flotacin. C. Calcinacin. D. Lixiviacin. E. Pirometalurgia.
UNIDAD 4 - TEMA 2
SNTESIS - EVALUACIN DE PROCESO
5. Cul es la funcin que tiene la utilizacin de la piedra caliza (CaCO3) en la extraccin del hierro por el mtodo de alto horno? A. Expulsin de compuestos voltiles. B. Reduccin de los xidos de hierro. C. Enfriamiento del hierro fundido. D. Formacin de la escoria. E. Combustin del coque.
6. El acero inoxidable es un material muy resistente a la corrosin, por lo que se utiliza en la elaboracin de instrumentos quirrgicos y cuchillera. Qumicamente, el acero inoxidable est potenciado con: A. Co B. Si C. Mn D. MoW E. CrNi

1. Si se introduce una lmina de cinc dentro de una solucin concentrada de sulfato de cobre, qu crees que ocurre? Selecciona las opciones que consideras ms correctas y explcalas. a. b. c. d. e. El cinc metlico se deposita sobre las paredes del vaso. El cobre metlico se deposita sobre la lmina de cinc. El cinc se reduce. 2+ La semirreaccin que sufre el cobre es: Cu + 2 e Cu. Es una reaccin que ocurre espontneamente.
Lmina de cobre
Solucin de CuSO4
2. En la obtencin de hierro fundido a partir de Fe2O3, segn la reaccin: Fe2O3(s) + 3 CO(g) 2 Fe(s) + 3 CO2(g)
Qu cantidad de Fe se obtendra a partir de 1000 kg de Fe2O3 y suficiente CO? 3. Explica brevemente en qu consiste el modelo de desarrollo sustentable. Seala adems tres ventajas que tiene para el medioambiente.
Me evalo
Identificar algunas caractersticas de los procesos de obtencin de metales como el cobre, hierro, oro, plata, cinc y manganeso. Reconocer la importancia que tiene para el medioambiente el desarrollo sustentable.
I ( 1 a 6) II (1 y 2) II (3)
18
I 175
Tema
Recursos minerales no metlicos
Solubilidad y recristalizacin de sales

A. Antecedentes
La solubilidad es la capacidad que tiene una sustancia para disociarse en otra. Depende, entre otras cosas, de la naturaleza del soluto y del disolvente, as como de la temperatura y presin del ambiente. En general, la solubilidad de las sustancias slidas aumenta al incrementarse la temperatura del ambiente; de lo contrario, los slidos precipitaran al calentarse la solucin.
SOLUTO
Cuando en una solucin la cantidad de soluto disuelto excede el SOLUCIN SOLVENTE valor de solubilidad, se dice que hay una sobresaturacin de la solucin. Si el soluto de estas soluciones es un slido se puede recristalizar con facilidad, es decir, parte del soluto en solucin solidifica formando cristales. Esto se produce cuando la solucin contiene ms soluto disuelto del que es capaz de contener, y se puede lograr mediante un enfriamiento controlado de la solucin.
Renanse en parejas y consigan los siguientes materiales. Luego, realicen el procedimiento que se describe a continuacin. Materiales: - balanza granataria - 4 vasos de precipitado de 50 mL - varilla de vidrio - agua destilada - agua caliente - carbonato de calcio - yoduro de sodio o sal yodada - nitrato de sodio o potasio - sulfato de calcio
Procedimiento: 1. Rotulen los cuatro vasos de precipitado. Agreguen, al vaso 1, 5 g de nitrato de sodio; al vaso 2, 5 g de carbonato de calcio; al vaso 3, 5 g de sal yodada, y al vaso 4, 5 g de sulfato de calcio. 2. Aadan 20 mL de agua destilada a cada vaso y mantengan cada solucin a temperatura ambiente. Agiten las soluciones con la varilla de vidrio y anoten sus observaciones. Nota: si uno de los solutos utilizados no se disuelve, continen directamente con el paso 4 y no realicen el 3. 3. Agreguen a cada vaso 20 g ms del soluto correspondiente a modo de saturar la solucin. 4. Pongan las soluciones saturadas en un bao de agua caliente durante diez minutos, aproximadamente. 5. Dejen los vasos enfriar a temperatura ambiente. Registren sus observaciones.
a. Por qu algunas sales no se disolvieron a temperatura ambiente? Averigen los Kps de las distintas sales y fundamenten su respuesta. b. Cmo influye la temperatura en la solubilidad de diferentes sales? Expliquen. c. Qu cambios fsicos adquirieron las soluciones al exponerlas a temperatura ambiente? 176 I Unidad 4
1. Obtencin carbonato de litio y de litio

El carbonato de litio es un compuesto muy abundante en la naturaleza. Se puede encontrar formando rocas, como constituyente del esqueleto de muchos organismos y tambin presente en salmueras. Las salmueras son aguas que contienen una alta concentracin de slidos disueltos (sales) y constituyen importantes reservas de sales minerales, ya que son fuentes de sal comn, bromo, yodo, magnesio y litio, entre otros. El proceso de extraccin comienza con el bombeo de las salmueras (soluciones acuosas de sales), ubicadas a unos 30 m de profundidad. Conducidas por caeras, se reciben en unos estanques donde, con ayuda del calor solar, el agua se evapora y el mineral de litio se concentra. En la Actividad exploratoria, pudiste comprobar que al incrementar la temperatura en las soluciones, aument la solubilidad de estas, lo que permiti que algunas de las sales se disolvieran; posteriormente, al enfriarse las soluciones, se produjo la cristalizacin de las sales. La solucin saturada y concentrada (salmuera final) contiene 5,8% de carbonato de litio (Li2CO3), adems de sales de magnesio (2%) y de boro (0,7%) que, por medio de diferencias de solubilidad, se separan, para poder obtener el mineral de litio en forma pura (como pudiste comprobar en la Actividad exploratoria). De este modo el carbonato de litio producido alcanza un grado de pureza de 99,5%, y se comercializa en forma de cristales o grnulos. El carbonato de litio se utiliza en productos como: vidrios y cermicas especiales por su alta resistencia a los cambios de temperatura y calidad y para fabricar esmaltes cermicos, lubricantes y grasas sintticas de alto rendimiento; en la industria farmacutica; en el proceso de elaboracin del aluminio; en la confeccin de bateras; en el aire acondicionado y, en el campo de la energa nuclear se emplea en los reactores de fusin nuclear.
Tabla N 10: Comparacin anual de la produccin de carbonato de litio
Chile comercializa principalmente carbonato de litio (Li2CO3). Este compuesto se utiliza como materia prima para la produccin de otras sales de litio.
Conceptos clave salmueras: aguas con un alto contenido salino.
2005 Carbonato de litio

(toneladas)
2006 50 035
2007 55 452
2008 52 519
43 593
I 177
1.1. Caractersticas del litio

Actividad 11
Aplicar
Lee la siguiente informacin y, luego, responde por escrito. Las bateras de litio-yodo son dispositivos que se utilizan en la fabricacin de marcapasos; pesan menos de 30 g y generan un pulso elctrico, que posibilita al paciente superar, por ejemplo, una arritmia cardiaca. Las semirreacciones redox que produce la corriente elctrica en el marcapasos son: nodo: Ctodo: Li(s) I2(g) + 2 e
Li (ac) + e 2 I (ac)
1. Identifica cul es la semirreaccin de oxidacin y cul la de reduccin. 2. Plantea la ecuacin para la reaccin global.
Batera de litio-yodo
Ficha tcnica: litio (Li)

th
3
-1
El litio (Li) es un metal alcalino, blando, maleable y el ms ligero y reactivo de todos los metales. Tiene la propiedad de transferir electrones a otras especies. Este metal no se encuentra en la naturaleza en estado libre, sino formando compuestos oxidados. El litio es escaso y Chile cuenta con importantes reservas, como en el salar de Atacama (Segunda Regin de Antofagasta). Las reservas chilenas de litio se estiman en un 11,7% del total mundial y nuestro pas se sita como el primer productor. El litio metlico se obtiene por electrlisis del cloruro de litio (LiCl). Se utiliza un ctodo de acero y nodo de grafito. Las reacciones redox involucradas son las que se sealan en la Actividad 11.
6,941 1s2 2s1 180 1342 0,535
-3
-1
-1
3,57
-1
11 85
-1 -1
Conexin con... Medicina El desorden bipolar es un subtipo de depresin, que se caracteriza por los repentinos cambios en la personalidad de la persona. Frecuentemente es un problema heredado y se relaciona con una falta de estabilidad en la transmisin de impulsos nerviosos en el cerebro. Este problema bioqumico produce en las personas que lo padecen disturbios bipolares, volvindolas ms vulnerables a la tensin emocional y fsica. El carbonato de litio es utilizado como un estabilizador del nimo, logrando mejoras notables en las personas que lo consumen. Averigua acerca de los efectos secundarios que tiene para el organismo el consumo de carbonato de litio y explica su mecanismo de accin en el sistema nervioso. 178 I Unidad 4
2. El azufre
El azufre (S) es un mineral no metlico que, en estado nativo, se encuentra en depsitos de origen volcnico, y formando minerales, como: sulfuros metlicos, por ejemplo, la pirita de cobre (CuFeS2), y sulfatos, como el yeso (CaSO4 2 H2O). Algunas aplicaciones del azufre en la industria qumica son: la vulcanizacin del caucho, la fabricacin de papel, la sntesis de colorantes y cido sulfrico y en el tratamiento de algunas afecciones a la piel. Existen dos mtodos utilizados para obtener azufre: el mtodo Calcaroni y el mtodo Frasch. Mtodo Calcaroni. Se realiza cuando el depsito mineral se encuentra en la superficie. El azufre se separa del yeso y del resto de la roca. Se calienta hasta que ocurre la fusin. Como el piso del horno es inclinado, el azufre lquido fluye y se recoge en moldes de madera, donde se solidifica, obtenindose el llamado azufre de can. Existe una porcin de vapores de azufre que, al chocar con las paredes fras de la parte superior del horno, pasan directamente al estado slido. Esta fraccin es de gran pureza y se denomina flor de azufre.
Azufre Aire comprimido Agua sobrecalentada a presin
Tierra
Mineral de azufre
Azufre bruto Azufre fundido Terreno
Mtodo Frasch. Este mtodo se emplea en la extraccin de azufre desde los yacimientos que se encuentran a unos 150 m de profundidad. Se trata de colocar tres tubos concntricos hasta alcanzar los depsitos subterrneos. Por el tubo externo se inyecta agua a presin, a unos 120 C, lo que hace que el azufre se funda. Por el tubo central se inyecta aire comprimido, el cual ejerce presin sobre el azufre lquido, permitiendo que suba a la superficie por el tercer tubo. La pureza del azufre obtenido es buena; sin embargo, puede mejorarse mediante la destilacin en atmsfera del dixido de carbono. Reflexionemos Lee y analiza la siguiente informacin. Luego, responde.
Azufre Depsito fundido subterrneo del azufre
La lluvia cida es producida por un aumento de la acidez del agua de lluvia. Esta disminucin en el pH se produce por un incremento de las emisiones gaseosas provenientes, principalmente, de las industrias y de los vehculos motorizados. Gases como los xidos de azufre y xidos de nitrgeno se acumulan en el aire en grandes cantidades y, al combinarse con la humedad atmosfrica, forman cido sulfrico y cido ntrico que precipitan junto a la lluvia. 1. Qu efectos crees que tiene la lluvia cida para la agricultura? Explica. 2. Quines son los principales responsables de este tipo de contaminacin?, por qu? 3. Qu medidas propondras para disminuir el aumento de la acidez del agua lluvia? Seala tres.
I 179
2.1. El cido sulfrico

El cido sulfrico (H2SO4) es el producto qumico de mayor consumo en el mundo y el cido inorgnico de menor costo de produccin. Se utiliza en la elaboracin de fertilizantes, en la refinacin del petrleo, en la metalurgia del cobre, hierro y manganeso, y en la fabricacin de pigmentos, entre otros. El proceso de produccin empleado en la actualidad es el mtodo de contacto, el que se seala en la Actividad 12. Actividad 12
Interpretar
1. Observa y completa las reacciones qumicas que intervienen en la formacin de cido sulfrico a partir de azufre slido en presencia de oxgeno. a. S(s) + O2(g) A b. A + O2(g) B c. B + H2O(l) H2SO4(ac) aparece
2. Relaciona las ecuaciones anteriores con las etapas del proceso de produccin del cido sulfrico que a continuacin. Escribe cada ecuacin donde corresponda. 1 Intercambiador de calor
Convertidor
5 Absorbedor
3 4
cido sulfrico concentrado
1 Materia prima: azufre, agua y aire. 2 Los minerales de azufre se funden. . 3 Se hace pasar un chorro de aire seco por el horno para obtener dixido de azufre 4 El dixido de azufre se convierte en trixido de azufre en presencia de oxgeno y de un catalizador de vanadio (V2O5) . 5 El trixido de azufre se disuelve en agua para obtener el cido sufrico .
La formacin del cido sulfrico es un proceso exotrmico, capaz de -1 liberar 535 kcal mol de cido producido. Las industrias aprovechan este calor para provocar otros procesos e, incluso, para producir electricidad. En las fundiciones de cobre, el SO2 producido se recoge y se transforma en cido sulfrico.
180 I Unidad 4
3. El salitre
Actividad 13 Lee y analiza la siguiente informacin. Luego, responde las preguntas en tu cuaderno. En un laboratorio se prepar una solucin al 50% m/v de nitrato de sodio (NaNO3) y otra al 40% m/v de cloruro de potasio (KCl). Luego, en un vaso de precipitado se mezcl en caliente (a 50 C) cantidades iguales de ambas soluciones. Una vez formado el precipitado, se filtr la solucin. 1. Por qu se calent la mezcla?, cul es la funcin? 2. Qu productos crees que se obtienen de esta mezcla?, qu aplicaciones se les podran dar a los productos obtenidos en este proceso? 3. Plantea la ecuacin para este proceso.
Analizar
El salitre es un mineral constituido principalmente por nitrato de sodio (NaNO3). Se deposita en forma de agujas o polvo blanquecino en zonas hmedas y saladas. En los yacimientos aparecen naturalmente tres nitratos diferentes: el nitrato de potasio (KNO3), el nitrato de sodio (NaNO3) y el nitrato de calcio (Ca(NO3)2); el nitrato de Chile es una mezcla de los dos primeros. Los yacimientos de salitre ms importantes se localizan en la Segunda Regin de Antofagasta, en el desierto de Atacama. Estos representan aproximadamente el 4% del valor total de la produccin minera del pas. La produccin de salitre tuvo su auge a fines del siglo XIX. Alrededor de 1880 y 1920, el salitre fue el principal producto minero de nuestro pas, lo que convirti a Chile en el nico exportador de salitre a nivel mundial, generando as una prosperidad sin precedentes para la economa chilena. A fines de 1930, tras una serie de crisis motivadas por acontecimientos externos, como la Primera Guerra Mundial y la invencin del salitre sinttico en Europa, se produjo un descenso en la demanda del salitre, declinando las exportaciones de este mineral en ms de 90%, por lo que muchas personas quedaron cesantes. El gobierno intent fomentar la demanda del nitrato; sin embargo, muchas oficinas salitreras cerraron sus puertas, obligando a la poblacin a emigrar a las ciudades ms cercanas.
En las oficinas salitreras, el sistema de pago de los trabajadores era a base de fichas. Estas eran confeccionadas de metal, caucho o cuero y podan ser utilizadas por el obrero en una pulpera, que era el nico almacn de la oficina y que era propiedad de los empresarios.
Inter@ctividad Ingresa a la pgina web: www.educacinmedia.cl/web y escribe el cdigo 11Q4181. En ella encontrars informacin sobre la oficina salitrera Humberstone. Elabora una breve presentacin y exponla a tus compaeros y compaeras. Puedes visitar otros sitios webs para ampliar y profundizar la informacin.
I 181
3.1. Extraccin de salitre

Los laboratorios de las oficinas salitreras de principios del siglo XX revolucionaron el norte del pas. Los ingenieros Pedro Gamboni y Santiago Humberstone figuran como las dos personalidades que contribuyeron con innovadores procesos para la explotacin del salitre. El mineral de donde se extrae el salitre, llamado caliche, es una mezcla formada por varias sales, como sulfatos, yodatos y nitratos. El caliche se encuentra bajo una capa de varios centmetros, compuesta por arcilla y sales. Al remover el material, se obtiene una mezcla en la que el caliche est en menor proporcin. El salitre, tambin llamado oro blanco, se obtiene por un tratamiento bastante simple: primero se muele el caliche y es reducido a trozos ms pequeos; luego, se somete a un proceso de lixiviacin en agua caliente. A esta etapa le sigue la cristalizacin, donde el salitre cristaliza por enfriamiento, separndose de la solucin. Tambin se obtienen yodo y sulfato, nitrato de potasio y sulfato de sodio. A la izquierda se muestra un esquema simplificado del proceso de produccin del salitre y otros minerales no metlicos.
Caliche
Molienda
Lixiviacin
Cristalizacin
Sulfato de sodio Na2SO4
Salitre
Planta de yodo
Cristalizacin NaNO3 KNO3
Yodo
Reflexionemos Lee y comenta la siguiente informacin con tus compaeros y compaeras. Durante el perodo de explotacin del salitre, las oficinas salitreras fueron asentamientos donde se concentr gran cantidad de capital y trabajo. La organizacin de los campamentos estaba definida por una separacin social. Los residentes, como algunos dueos de las salitreras, patrones y encargados ms importantes, en gran medida tcnicos, ingenieros o qumicos extranjeros, vivan en las mejores habitaciones, las que tenan comodidades como calefaccin y bao. La realidad del calichero era muy distinta: sus ranchos estaban construidos con materiales ligeros, que no los protegan de las inclemencias del fro ni del calor del desierto. Adems, albergaban un gran nmero de personas en deplorables condiciones de higiene, ya que el acceso al agua y baos era reducido. 1. Qu opinas sobre las diferencias sociales que existieron en las salitreras del norte de nuestro pas? Explica. 2. Cmo crees que son las condiciones en la actualidad en las mineras de nuestro pas?, en qu se parecen y diferencian de las oficinas salitreras del siglo XX? 3. Si estuvieras a cargo de una minera, qu medidas propondras para evitar la discriminacin entre los trabajadores?
182 I Unidad 4
3.2. Salitre sinttico

Actividad 14
Interpretar
Observa la siguiente imagen que representa el proceso de obtencin de amonaco a partir del mtodo Haber. Luego, responde las preguntas.
Hidrgeno puro Nitrgeno puro
4 Gases reciclados
Amonaco gaseoso
Cmara de condensacin
1 La reaccin se produce a altas temperaturas y presiones. A medida que avanza la reaccin, el nmero de moles de gas disminuye (de 4 a 2), por lo que se debe aumentar la presin para desplazar el equilibrio hacia los productos. 2 La reaccin se realiza en presencia de un catalizador.
Comprensor (aproximadamente 500 C y 400 atm)
3 El amonaco se obtiene en estado lquido. 4 Los gases N2 y H2 que no reaccionan se reciclan.
Cmara de catlisis (Fe y pequeas cantidades de K y Al)
1. Qu gases intervienen en la formacin del amonaco? 2. Por qu la reaccin se debe llevar a cabo a altas presiones y temperaturas? 3. Cul es la finalidad de utilizar un catalizador? Explica. 4. Qu crees que debe ocurrir para que el amonaco obtenido en estado gaseoso pase a estado lquido?
El amonaco (NH3) se origina a partir de la reaccin entre el hidrgeno y el nitrgeno gaseosos. Este compuesto es utilizado como reactivo en la sntesis de nitrato de sodio (salitre sinttico) y en etapas intermedias de proceso ocurre la formacin de cido ntrico. La siguiente secuencia de ecuaciones representa la formacin de salitre sinttico. 1. 4 NH3(g) + 5 O2(g) 2. 2 NO(g) + O2(g) 3. 2 NO2(g) + H2O(l) 4. HNO3(ac) + NaCl(ac) 4 NO(g) + 6 H2O(g) 2 NO2 (g) HNO2(ac) + HNO3(ac) HCl(ac) + NaNO3(ac)
Los nitratos son utilizados en la agricultura como fertilizantes, y en la industria farmacutica. Tambin se emplean en la fabricacin de explosivos.
I 183
4. El yodo
Actividad 15
Experimentar
1. Renanse en grupos de tres o cuatro integrantes y realicen la siguiente actividad. a. Consigan los siguientes materiales: cristales de yodo (I2), vidrio de reloj, dos vasos de precipitado, cubos de hielo y agua caliente. (Precaucin: el yodo es un elemento altamente oxidante; puede ocasionar quemaduras). b. Coloquen en un vaso de precipitado cristales de yodo y tapen la boca del vaso con un vidrio de reloj invertido. Djenlo algunos minutos, observen y registren lo que sucede. c. Tomen el otro vaso de precipitado y repitan el procedimiento anterior, pero esta vez coloquen hielo en la parte superior del vidrio de reloj y, luego, pongan la base del vaso de precipitado en un bao de agua caliente durante algunos minutos. Observen y registren lo que ven. d. Tomen con una esptula algunos cristales de yodo y agrguenle agua; qu sucede? Antenlo. 2. Lean y respondan las siguientes preguntas. a. De qu coloracin son los vapores que emergen de los vasos de precipitado? b. Cules son los cambios fsicos involucrados en la actividad? c. Al agregar agua a los cristales de yodo, hubo disolucin?, por qu? d. Servirn estos mtodos para purificar el yodo? Expliquen. Precaucin Eviten aspirar los vapores del yodo y el contacto de este elemento con la piel y la ropa.
Ficha tcnica: yodo (I)

Nmero atmico Masa atmica (g mol ) Configuracin electrnica Punto de fusin (C) Punto de ebullicin (C) Densidad (g cm ) Calor especfico (J g C )
-1 -1 -3 -1
53 126,9 [Kr] 4d 5s 5p 113 185 4,94 0,214

13 10 5 5
El yodo (I) es un elemento qumico que se encuentra escasamente en la naturaleza. Lo podemos encontrar en el agua de mar en forma de yoduros, principalmente como yoduro de sodio (NaI), el que es asimilado por las algas. Entre sus propiedades estn: solubilidad en solventes apolares (benceno), originando soluciones de coloracin violeta; en alcohol y escasamente en agua, dando lugar a una solucin de color marrn. A temperatura ambiente, el yodo cristaliza (coloracin violeta metlico) y al calentarlo, sublima (vapores de color violeta), como pudiste evidenciar en la Actividad 15.
El yodo tambin se encuentra en yacimientos mineros; se 1 10 extrae como subproducto de la purificacin del salitre, en el Conductividad elctrica (MS m ) que se encuentra en forma de yodato de sodio (NaIO3). En -1 -1 0,449 Conductividad trmica (W m k ) los yacimientos chilenos, el yodato de sodio est presente en th Fuente: Handbook of Chemistry and Physics. 84 edition (2003-2004). 0,2% del salitre que se extrae. Cuando el salitre se purifica por cristalizacin, el filtrado contiene el yodato de sodio (NaIO3), que se mezcla y calienta con bisulfito de sodio Tabla N 11: Comparacin anual de la produccin de yodo. (NaHSO3). En este proceso precipita el yodo en forma slida, luego se lava, prensa, seca y purifica 2005 2006 2007 2008 por sublimacin. Yodo 15 346 16 494 15 473 15 503
-1
(toneladas)
184 I Unidad 4
4.1. Obtencin de yodo

Actividad 16
Aplicar
En nuestro pas, la tcnica utilizada para la recuperacin del yodo (I2) se basa en reacciones de xidoreduccin. Las siguientes ecuaciones representan las reacciones involucradas en el proceso de obtencin del yodo. Compltalas y balancalas. 1. NaIO3(s) + 3 SO2 + 3 H2O 2. 5 NaI(s) + NaIO3(s) + 3C A + B 3 I2(g) + 3 Na2SO4(s) + 3D
Como ya estudiaste en la pgina anterior, el yodo se encuentra en la naturaleza principalmente, en forma de yodato. La lautarita (Ca (IO3)2) y la dietzeita (7 Ca (IO3)2 8 CaCrO4) son los principales minerales de yodo. El siguiente esquema ilustra el proceso de produccin de yodo. Mina Mineral del caliche Chancado Lixiviacin Extraccin de pulpas diluidas de yodo Nitrato de sodio Concentracin, filtracin y granulacin
Soluciones de yodato
Yodo
4.2. Funciones del yodo

Como nutriente El yodo interviene en el normal funcionamiento de la tiroides, glndula secretora de tiroxina, hormona responsable, entre otras cosas, de la regulacin del crecimiento, por lo que es fundamental incluir en nuestra dieta alimentos que contengan yodo. Este mineral se encuentra presente en alimentos como lentejas, espinacas, acelgas y cochayuyo.
Como desinfectante El yodo y sus componentes tienen gran aplicacin en medicina; por ejemplo, la tintura de yodo es muy usada para la desinfeccin de heridas; los frmacos son eficaces para combatir la amebiasis (infeccin intestinal); se utiliza tambin en la fabricacin de colorantes derivados del alquitrn y en la elaboracin de reveladores para las pelculas fotogrficas.
I 185
SNTESIS - EVALUACIN
DE PROCESO
Sntesis del Tema 3

Lee y completa el siguiente esquema que resume los principales conceptos tratados en el Tema 3. Procesos industriales de los minerales no metlicos
Azufre
Litio
Yodo
Salitre
Mtodos de obtencin
Sal del que se obtiene
Principales minerales
Obtencin
Composicin
Sinttico Lixiviacin

1. Cul de los siguientes minerales se utiliza en la vulcanizacin del caucho? A. Litio. B. Azufre. C. Yodo. D. Salitre. E. Caliza. 2. Una sustancia se calienta a la llama y se produce sublimacin, generndose un gas color violeta. A qu sustancia corresponde? A. Yodo. B. Hierro. C. Potasio. D. Azufre. E. Mercurio. 3. Qu subproductos se extraen del caliche? I. Cloruro de sodio. II. Nitrato de sodio. A. Solo I B. Solo III C. Solo I y II D. Solo II y IV E. Solo I, II y IV 4. Cul es el producto qumico de mayor consumo en el mundo? A. Salitre. B. Carbonato de salitre. C. cido sulfrico. D. Yoduro de sodio. E. Cloruro de sodio. III. Sufato de calcio. IV. Yodo.
186 I Unidad 4

1. El amonaco gaseoso disuelto en agua (NH3(ac)) es un producto industrial de gran importancia. Se usa como materia prima de fertilizantes y, en forma domstica, como agente de limpieza de cermicas y vidrios. Esta sustancia se puede sintetizar en el laboratorio calentando una mezcla de hidrxido de sodio (NaOH)(s) y cloruro de amonio (NH4Cl)(s), tal como lo representa la siguiente imagen.
Recoleccin de NH3
DE PROCESO
Mezcla de NaOH y NH4Cl
a. Observa el esquema y describe lo que sucede en el matraz de erlenmeyer, en el tubo que conecta el tubo de ensayo con el matraz y, en el tubo de ensayo. b. La ecuacin para esta reaccin es: NaOH(s) + NH4Cl(s) NH3(g) + NaCl(s) + H2O(g). Calcula el rendimiento terico del amonaco, a partir de 100 g de NaOH. c. El mtodo descrito para sintetizar amonaco es el apropiado para sintetizarlo en la industria? Fundamenta tu respuesta. d. Cules son los usos que se le dan al amonaco? Seala tres.
2. La siguiente tabla muestra la solubilidad del carbonato de litio (Li2CO3) a diferentes temperaturas. Al respecto, responde las preguntas que se sealan. Temperatura (C) 10 20 30 40 50 Solubilidad en el agua (25 C) 1,43 1,33 1,25 1,17 1,08
th
a. Construye una curva de la solubilidad del carbonato de litio. b. Determina cuntos gramos de soluto se necesitan para preparar una de solucin saturada de carbonato de litio a 45 C a partir de 200 g de solvente. c. Si se enfran 250 g de solucin saturada desde los 60 C a 10 C, precipita el soluto?, por qu?
Me evalo
Identificar los principales minerales no metlicos que se explotan en Chile. Reconocer y describir los procesos de obtencin de algunos minerales no metlicos. Escribir ecuaciones balanceadas para las reacciones de obtencin de minerales no metlicos.
I (1, 2 y 3) II (1: a, c y d) (2: a y c) tem II (1. b) (2. b)
6 12
I 187
Tema
Cermica, vidrio y cemento
Propiedades de los materiales

A. Antecedentes
Los materiales poseen distintas propiedades fsicas, como lo son la conductividad elctrica y trmica, la dureza, la flexibilidad y la resistencia al calor. Estas propiedades permiten establecer los usos y aplicaciones que se les dan a los materiales.
Renanse en parejas y consigan los siguientes materiales. Luego, realicen el montaje que se describe. Materiales: - mechero de alcohol - trozo de cermica o plato - dos trozos de cable - ampolleta de 3 volts Procedimiento: - batera de 9 volts - pinzas de madera - vidrio reloj - cuchara
Batera de 9 volts
Paso I: conduccin del calor 1. Tomen con las pinzas el trozo de cermica y expongan un extremo del cermico durante dos minutos a la Ampolleta Mechero llama del mechero. 2. Retiren la cermica de la llama del mechero y djenla sobre el mesn. Con mucho cuidado, toquen el extremo opuesto al que expusieron a la llama. Anoten en sus cuadernos lo que percibieron respecto de la Pinzas de madera conduccin calrica en este material. 3. Repitan los pasos 1 y 2, pero esta vez utilizando el vidrio de reloj y la cuchara. Paso II: conduccin de la electricidad 1. Tomen ambos cables y unan uno de ellos a la batera y el otro a la ampolleta, tal y como muestra la fotografa. Comprueben que la ampolleta encienda. 2. Prueben la conductividad elctrica del trozo de cermica, del vidrio de reloj y de la cuchara. Para ello, pongan estos materiales entre ambos cables. Registren en sus cuadernos lo observado.
a. Cul de los tres materiales fue un mejor conductor de calor?, a qu lo atribuyen? b. Cul de los tres materiales fue un mejor conductor elctrico?, a qu se debe esto? c. Propongan un procedimiento que les permita comprobar otras propiedades, por ejemplo, resistencia a la deformacin, a la corrosin o erosin. Pueden proponer otros materiales; si lo estiman necesario. d. Indaguen acerca de las propiedades de dureza y resistencia al calor que presentan los tres materiales estudiados. 188 I Unidad 4
1. Las cermicas
Las cermicas son materiales slidos no metlicos e inorgnicos, constituidos por elementos metlicos, como calcio, magnesio y aluminio, y otros no metlicos, tales como el oxgeno, carbn y nitrgeno. Estos elementos estn unidos principalmente por enlaces inicos y/o covalentes. Las materias primas utilizadas en la fabricacin de este material son la arcilla y el caoln. Los materiales cermicos son duros, frgiles y quebradizos, difciles de transformar. Presentan gran resistencia a la penetracin y a la deformacin de su superficie. Son resistentes al fuego y a las altas temperaturas, a la degradacin fsica (erosin) o qumica (corrosin), como analizaste en la Actividad exploratoria, aslan muy bien el calor y la electricidad. Pueden ser cristalinos o no cristalinos, presentando altas temperaturas de fusin, entre 1600 y 4000 C. Dentro de este grupo de materiales se encuentran: el ladrillo, el vidrio y la porcelana. El proceso de fabricacin de un producto cermico tiene distintas etapas; estas son: 1. Amasado. La materia prima, arcilla o caoln, se mezcla con aditivos (sustancias que mejoran sus propiedades) y se amasan con agua. 2. Conformado. Con ayuda de un torno u otra tcnica, se le da forma. 3. Secado. Con el propsito de que la mezcla pierda agua, se deja a temperatura ambiente. 4. Primera coccin. Se cuece en un horno a temperaturas cercanas a los 1000 C. 5. Revestimiento. Una vez cocido, se recubre con barniz o esmalte. 6. Segunda coccin. Se introduce en el horno para vitrificarlo. 7. Acabado. Es el paso final, y consiste en decorar el material. Si se desea, se puede introducir nuevamente en el horno.
La aparicin de la cermica se remonta hacia miles de aos atrs, en el perodo llamado Neoltico, cuando nuestros antepasados se hicieron sedentarios y comenzaron a cultivar la tierra. Sin embargo, la porcelana fue inventada por los chinos hacia el ao 700 de nuestra era y el desarrollo de grandes talleres de ceramistas no se produjo hasta el siglo XVIII.
I 189
2. El vidrio
Actividad 17
Analizar
Lee y analiza la siguiente informacin sobre los cristales de silicio. Luego, responde. El dixido de silicio (SiO2) se puede encontrar en forma cristalina (figura A) y amorfa (figura B). Las estructuras de los slidos cristalinos son en realidad tridimensionales y se caracterizan por presentar una celda unitaria repetitiva; tal es el caso de la slice. A B tomos de oxgeno tomos de silicio
2-
Si
4+
Unidad tridimensional real
SiO2 amorfo
1. Qu cantidad de tomos de silicio estn presentes en una celda unitaria? 2. Por qu los slidos amorfos no estn constituidos por celdas unitarias? Explica. 3. A cul de estos dos tipos de slidos crees que corresponde el vidrio?, por qu? 4. Enumera cuatro usos cotidianos del vidrio.
El vidrio es un material slido inorgnico, rgido, frgil, transparente y amorfo. Las materias primas utilizadas en la fabricacin del vidrio son los silicatos y carbonatos, contenidos en la arena y en las rocas, respectivamente. Por sus caractersticas, el vidrio es utilizado para fabricar vasos, espejos, botellas e instrumentos pticos, entre otros. Los silicatos constituyen el 95% de los minerales existentes en la corteza terrestre. Principalmente, estn compuestos por silicio y oxgeno y, en una menor proporcin por aluminio, calcio, hierro y magnesio. Chile cuenta con recursos silceos desde la Segunda Regin de Antofagasta a la Octava Regin del Biobo; el aporte ms significativo est dado por la Quinta Regin de Valparaso, cuya produccin representa el 45% del total nacional. Los primeros indicios en la fabricacin de vidrio se remontan al antiguo Egipto y Mesopotamia, unos 2500 aos a. C. Sin embargo, su fabricacin a gran escala comenz hace 2000 aos, en Roma y Grecia, a travs de la tcnica del vidrio soplado, la cual se difundi a todo Occidente y fue utilizada hasta la era moderna. Luego, con la cada del Imperio Romano, el vidrio pas al olvido y no fue sino hasta el ao 1000 que volvi a resurgir su fabricacin; aparecieron vidrios muy famosos, como el de Murano (Italia, siglo XIII) y Bohemia (Repblica Checa, siglo XV). La produccin a nivel industrial de este material comenz recin en el siglo XIX.
El vidrio, durante siglos, se ha utilizado en la fabricacin de diferentes utensilios.
190 I Unidad 4
2.1. Industria del vidrio

Actividad 18
Interpretar y comparar
Observa las imgenes que representan dos procesos de obtencin del vidrio. Luego, responde las preguntas.
1. Qu tienen en comn los procesos de flotacin y de moldeado del vidrio?, en qu se diferencian?
Ingreso de materias primas
2. Por qu, en ambos casos, es necesario someter las materias primas a altas temperaturas? Explica. 3. Por qu crees que en el proceso de flotacin y moldeado del vidrio debe ocurrir un enfriamiento? 4. Qu usos les daras a los vidrios obtenidos en cada proceso?, por qu?
Proceso de flotacin
Proceso de moldeado
Horno
Enfriamiento
Fusin de materias primas (1500-2000 C)
Masa fundida Aire comprimido Moldeado
Horno de enfriamiento Formacin de hoja de vidrio por flotacin sobre bao de estao (1000 C)
Lminas de vidrio
Como ya mencionamos, el vidrio est constituido por una mezcla de silicatos de sodio y calcio, compuestos por tres cuartas partes de slice y el resto por xidos que se le agregan para determinadas propiedades. Por ejemplo, el cristal contiene xidos de plomo que le otorgan un alto ndice de refraccin; el vidrio de borosilicato (conocido comercialmente como duran o prex) contiene xidos de boro y aluminio que lo hacen muy resistente a los golpes y a los cambios de temperatura. Los componentes que dan origen al vidrio se funden a unos 1400 C y, posteriormente, se dejan enfriar a temperatura ambiente. La calidad del vidrio vara segn la velocidad de enfriamiento: enfriamientos muy rpidos dan a lugar a un material muy quebradizo; en tanto, si es demasiado lento, lo vuelve opaco.
I 191
2.2. Clasificacin de los vidrios

Los vidrios se pueden clasificar de acuerdo con su composicin qumica y segn el mtodo empleado en su fabricacin. A. Clasificacin del vidrio segn su composicin qumica Composicin qumica Usos El xido de silicio o slice se presenta en la naturaleza en ms de veinte fases distintas; la fase ms estable a temperatura ambiente corresponde al cuarzo. Al someter al cuarzo a temperaturas cercanas a los 1700 C, se obtiene un lquido incoloro y muy viscoso que se enfra con relativa rapidez, y se convierte en una sustancia de naturaleza vtrea.
Vidrio de cuarzo
Vidrio de plomo
La combinacin de silicato de potasio con xido de plomo da origen a un vidrio fino, empleado en la fabricacin de cristaleras de mesa. El vidrio de plomo se caracteriza por ser ms pesado que los dems; posee un alto ndice de refraccin, lo que lo convierte en un ptimo material para la fabricacin de lentes o prismas. El plomo absorbe las radiaciones ionizantes, por lo que tambin se utiliza en las instalaciones nucleares. Este tipo de vidrio est constituido por xidos de boro y aluminio, elementos que le otorgan gran resistencia a los golpes y a los cambios de temperatura. Se utiliza en la fabricacin de utensilios de cocina y aparatos de laboratorio. El duran y prex (marcas comerciales de este tipo de vidrio), difieren en su composicin, pero sus propiedades son prcticamente las mismas.
Vidrio de borosilicatos
Actividad 19
Aplicar y comparar
1. Lee la siguiente informacin. Luego, completa y balancea las ecuaciones relacionadas con la descomposicin trmica del carbonato de sodio y calcio. El vidrio de soda-cal (vidrio comn) est constituido por carbonatos de calcio (CaCO3) y sodio (Na2CO3), adems de slice (SiO2), presente en la arena. A altas temperaturas, los carbonatos se descomponen, originndose de este modo dixido de carbono, y sus xidos de calcio y sodio correspondientes. a. Na2CO3 1400 C b. CaCO3 1400 C
2. Compara las propiedades y usos de los distintos tipos de vidrio. Construye un cuadro comparativo.
192 I Unidad 4
B. Clasificacin del vidrio segn su mtodo de fabricacin Tipo de vidrio Vidrio prensado Caractersticas de su fabricacin Para su fabricacin se utilizan moldes metlicos y presin (prensado). La pieza de vidrio se forma al aplicar presin sobre el molde de fundicin; el que tiene la forma del objeto. El molde se calienta para de este modo asegurar una superficie lisa. Este proceso consiste en esparcir el vidrio fundido en moldes y dejarlo enfriar y solidificar. Usos Elaboracin de vidrios con formas y objetos decorativos.
Vidrio colado
Tiene variados usos: creacin de lminas, utilizadas en las conocidas lmparas de lgrimas, y tambin para fabricar botellas. Fabricacin de ventanas y parabrisas.
Vidrio laminado
Se obtiene al esparcir la mezcla de vidrio fundido sobre una superficie plana, entre dos rodillos, con el fin de pulir y eliminar posibles defectos de este material.
Fibra de vidrio
Las fibras de vidrio se obtienen al estirar el vidrio fundido hasta alcanzar dimetros inferiores a una centsima de milmetro, los cuales se tejen como las fibras textiles.
Fabricacin de piscinas, tablas de surf, lanchas y en telecomunicaciones. Es un excelente aislante trmico y acstico. Fabricacin de vidrios decorativos, artesanas y botellas.
Vidrio al crisol
El vidrio ya fundido se introduce en un crisol. Luego se comienza a soplar hasta formar una burbuja que ser la base para la fabricacin de una pieza determinada.
Rincn del debate Lee la siguiente informacin y, luego, comenta con tus compaeros y compaeras. El vidrio es un material 100% reciclable. Su costo de obtencin es bajo, ya que las materias primas se encuentran en abundancia en la naturaleza y son obtenidas mediante un proceso de extraccin sencillo y poco contaminante. Es un material higinico, limpio, puro, inerte e impermeable. Sin embargo, el proceso de extraccin de arena, si no es realizado con el debido cuidado, puede generar contaminacin y erosin. Cules son las ventajas y desventajas de la utilizacin del vidrio versus la del plstico? Fundamenten.
I 193
3. El cemento
Reflexionemos Lee y comenta con tus compaeros y compaeras. En la actualidad, el cemento, el ladrillo, el plstico, el vidrio y el acero son los principales materiales empleados en la industria inmobiliaria. La industria del cemento puede ocasionar graves problemas ambientales. Por ejemplo, la continua extraccin de piedra caliza y otros materiales genera una gran erosin; el polvo proveniente de los residuos del horno en la formacin del clnker puede contener metales pesados y otros contaminantes que, si son arrojados a las canteras de donde se extrajo la caliza o en algn relleno sanitario, pueden contaminar las aguas subterrneas. Adems, durante la produccin de cemento se genera un gran cantidad del CO2. Qu opinas sobre la gran cantidad de desechos eliminados por la industria de la construccin?, qu efectos tiene para el medioambiente?, cmo se podra evitar o reducir? Es probable que los primeros materiales para unir piedras en una construccin fueran la arcilla y el barro. Con el transcurso del tiempo, la composicin fue mejorando desde el que usaban los romanos: una mezcla de cenizas volcnicas y cal (CaO) hasta el cemento actual: una mezcla formada bsicamente por rocas calcreas y arcilla. La cal se obtiene de la piedra caliza (CaCO3), cuyos depsitos se encuentran en toda la corteza terrestre. El carbonato de calcio se descompone a altas temperaturas en xido de calcio (CaO) y dixido de carbono (CO2), segn la siguiente ecuacin:
CaCO3(s)
CaO(s) + CO2(g)
En Chile, la produccin de carbonato de calcio se ha mantenido ms o menos constante dentro de los ltimos 30 aos. El aporte ms significativo est dado por la Regin Metropolitana, cuya produccin representa el 32% del nivel nacional. Es procesado en las plantas Soprocar, en Melipilla, y Dominga, en San Jos de Maipo. Destaca, adems, la extraccin de calizas de Lo Valds, Lo Prado, Lonqun y Cerro Blanco. Tambin, por efecto de las altas temperaturas y presiones, la caliza presente en los mantos freticos (aguas subterrneas) de la corteza terrestre se puede recristalizar, originando un nuevo tipo de rocas; el mrmol, roca de tipo metamrfica. Actividad 20
Seleccionar informacin y comparar
Lee y completa la siguiente tabla en tu cuaderno. La piedra caliza es una roca sedimentaria rica en calcita; un mineral formado por carbonato de calcio (CaCO3) bien cristalizado. Averigua, en diversas fuentes, la forma cristalina, dureza y coloracin que presentan los minerales carbonatos sealados en la tabla. Forma cristalina Calcita Aragonito Vaterita Dureza Coloracin
194 I Unidad 4
3.1. Obtencin del cemento Portland

La fabricacin de cemento se lleva a cabo combinando cantidades determinadas de caliza (CaCO3) y arcilla, cuyos principales constituyentes son: la slice (SiO2), y los xidos de hierro III (Fe2O3) y de aluminio (Al2O3). Observa las imgenes que representan las etapas para la obtencin del cemento.
Molienda del cemento. El polvo fino se muele en molinos de bolas y mezclado con yeso y cenizas en un tambor giratorio.
Extraccin de las materias primas. Son extradas de canteras o minas.
Caliza
Arcilla
Mezclado en tambor giratorio
Yeso y cenizas
Molienda de las materias primas. Las rocas son pulverizadas para que los minerales se mezclen entre s.
Almacn de clnker Molienda
Ensacado
Horno giratorio de coccin (1450 C) Distribucin
Clinkerizacin. Las rocas pulverizadas se calcinan en un horno giratorio de coccin (entre 1400 y 1500 C), se produce un polvo fino llamado clnker, que es secado (sin agua).
Envasado y distribucin. El cemento es almacenado en silos y luego envasado en sacos para su distribucin.
Actividad 21
Interpretar
Observa la ilustracin que representa el proceso de obtencin del cemento y luego responde las siguientes preguntas. 1. Cules son las materias primas empleadas en la fabricacin del cemento? 2. Los procesos de calcinacin y deshidratacin son endotrmicos; por qu el proceso de produccin del clnker a partir del material obtenido del horno es exotrmica? 3. Qu productos se forman en la clinkerizacin? 4. Por qu es necesaria una segunda molienda? Explica. 5. Cul crees que es la finalidad de agregar yeso y cenizas al clnker? Explica.
I 195
TALLER
CIENTFICO
Reaccin de descomposicin trmica del CaCO3: estimacin de su balance termodinmico

A. Observacin El xido de calcio (CaO), tambin llamado cal viva, es una de las materias primas que se utilizan en la fabricacin del cemento. Para su preparacin debe ocurrir una descomposicin de la piedra caliza (CaCO3), de acuerdo con la siguiente reaccin: CaCO3(s) B. Planteamiento de problema e hiptesis Si se quisiera optimizar el proceso de descomposicin trmica del CaCO3, a temperatura ambiente, sera favorable el proceso desde un punto de vista energtico? De no ser as, cmo se podra optimizar el proceso de catlisis y, por ende, el de su descomposicin? Propn una hiptesis que permita responder las interrogantes planteadas. C. Procedimiento Lee y analiza la informacin que se presenta en la tabla sobre las propiedades de algunos compuestos que se relacionan con la fabricacin de cemento.
Tabla N 12: Propiedades termodinmicas y fsicas de algunos compuestos que intervienen en la fabricacin del cemento. Materias primas CaCO3(s) CaO(s) CO2(g) H f (kJ mol ) -1207,1 -635,6 -393,51
-1
CaO(s) + CO2(g)
G (kJ mol ) -1127,8 -604,2 -394,35
-1
S (J mol K ) 92,9 39,8 213,785
-1
-1
Punto de fusin (C) 1330 2898

th
D. Anlisis y conclusiones Lee y responde, por escrito, las siguientes preguntas. 1. Calcula H, S y G para la reaccin de descomposicin trmica del CaCO3. 2. A una temperatura de 298 K, existir suficiente energa til disponible para realizar la descomposicin del CaCO3? Explica. 3. A qu temperatura la descomposicin del CaCO3 se realiza de forma espontnea? 4. Es factible aumentar la temperatura de la reaccin por sobre el punto de fusin del CaCO3?, por qu? 5. Si la reaccin estuviera en estado de equilibrio qumico, qu sucedera si: a. se aumentara la temperatura de la reaccin? b. se incrementara la presin del sistema? c. se disminuyera la concentracin de CO2?
196 I Unidad 4
UNIDAD 4 - TEMA 4
Lectura cientfica
Hormign translcido: un nuevo material

La invencin del hormign translcido podra cambiar de manera radical la imagen completa de las ciudades contemporneas. Te imaginas una ciudad llena de luces, donde las fachadas de los muros opacos de los edificios se transformaran en ligeras estructuras que permitieran el traspaso de la luz y el reflejo de sombras y siluetas. Todo esto ya no es un sueo, debido a una innovacin que rompi con los esquemas rgidos existentes hasta ahora: se trata del hormign translcido, un novedoso material capaz de transmitir la luz a travs de l gracias a fibras pticas en su interior. Esto ha posibilitado cambiar radicalmente la percepcin, la sensacin y la calidad de un determinado espacio, logrando efectos realmente mgicos. La historia del hormign translcido comenz en 1999, cuando el arquitecto estadounidense Bill Price cre la primera muestra de este material a base de pedazos de vidrio y plstico translcido. Desde ese entonces, muchos han tratado de fabricar un hormign con estas caractersticas; sin embargo, la real invencin se le atribuye a un joven arquitecto de origen hngaro llamado ron Losonczi, quien utiliz fibras pticas embutidas en su interior. El efecto de este nuevo material no solo obedece a un carcter esttico; la posibilidad de que existan muros translcidos permite a la luz solar integrarse al espacio interior, lo que proporciona mltiples beneficios; el sol es una fuente de energa, de libertad e iluminacin. Estos factores tienen una alta influencia sobre los seres humanos, ya sea de manera consciente o inconsciente por ejemplo, la presencia de luz natural aclara los espacios, descansa la vista, mejora el nimo y beneficia la salud fsica y mental. Este ltimo no es un factor menor. Tal vez por eso en los pases clidos, donde el sol ilumina casi todo el ao, pareciera ser que el nivel anmico y energtico de los habitantes que all viven es mucho ms alto que en los pases nublados, en los cuales el sol casi nunca brilla. Si pensamos en la enorme cantidad de construcciones factibles de realizar con este nuevo material, podemos deducir que la ciudad del futuro que emplee este nuevo material no solo tendr un aspecto esttico diferente, sino, adems, se podr aprovechar mejor la luz solar, reduciendo notablemente el consumo de electricidad y mejorando la calidad de vida de los habitantes.
Fuente: Florsheim, Shimrit. (2005). La noche de la ciudad translcida. Revista de Urbanismo. Facultad de Arquitectura y Urbanismo. N 12. Chile: Universidad de Chile. (Adaptacin).

Lee y comenta las siguientes preguntas con tus compaeros y compaeras. 1. Cules son las ventajas de utilizar este nuevo material? Explica. 2. Por qu se piensa que esta innovacin cambiar definitivamente la imagen de las ciudades contemporneas? 3. Crees que exista o conoces respecto de otro material que otorgue beneficios comparativos a los del hormign translcido?
I 197
SNTESIS - EVALUACIN
DE PROCESO
Sntesis del Tema 4

Lee y completa el siguiente esquema que resume los principales conceptos tratados en el Tema 4. Procesos industriales en materiales inorgnicos
Cermica
Vidrio
Cemento
Materias primas Arcilla
Fabricacin Amasado
Materias primas Silicatos
Segn su composicin qumica Vidrio de cuarzo
Materias primas Caliza
Fabricacin Extraccin Molienda de materias primas
Secado 1 coccin Vidrio de soda-cal 2 coccin

a a
Molienda de cemento

1. Los materiales cermicos se caracterizan por: I. ser buenos conductores elctricos. II. ser aislantes trmicos y elctricos. III. presentar altos puntos de fusin. IV. estar constituidos principalmente por slice. A. Solo I B. Solo II C. Solo II y IV D. Solo I y III E. Solo II y III 2. El carbonato de calcio (CaCO3) se utiliza en la fabricacin de: I. cermica. II. vidrio. III. cemento. IV.amonaco. A. Solo I B. Solo II C. Solo I y III D. Solo II y III E. Solo I y IV 198 I Unidad 4
UNIDAD 4 - TEMA 4 SNTESIS - EVALUACIN 3. Son materias primas del vidrio: A. caliche y azufre. B. caliza y silicatos. C. xido de boro y plomo. D. nitrato de sodio y calcio. E. silicato de sodio y calcio. 4. En qu consiste el proceso de clinkerizacin? A. En la calcinacin de CaCO3 y arcilla. B. En la adicin de borosilicatos al vidrio. C. En la calcinacin de la arcilla y el caoln. D. En la pulverizacin de silicatos y CaCO3. E. En el calentamiento de silicatos y CaCO3. 5. Cul(es) de los siguientes factores condiciona(n) la formacin de xido de calcio, materia prima del proceso de clinkerizacin? I. Temperatura. II. Presin. III. Volumen. IV. Concentracin. A. Solo I y II B. Solo III y IV C. Solo II y IV D. Solo I, II y III E. Todas son correctas.
DE PROCESO
II Observa las imagenes y luego responde las siguientes preguntas.

A B C D
1. Escribe en el recuadro la letra del artculo que corresponde al tipo de vidrio sealado. Vidrio de borosilicato. Vidrio soda-cal. Vidrio de cuarzo. Vidrio de plomo.
2. Cul es la diferencia estructural entre estos vidrios? Mediante qu tcnicas se obtienen los artculos de vidrio ilustrados? Descrbelas.
Me evalo
Debera tem (preguntas) Puntaje Qu debo hacer? Total Obtenido
Reconocer materias primas que conforman los materiales inorgnicos y sus propiedades. Identificar el proceso de fabricacin del cemento. Identificar los tipos de vidrio y describir los mtodos de obtencin.
tem I (1, 2 y 3) tem I (4 y 5) tem II (1 y 2)
6 4 8
I 199
SNTESIS
DE LA
UNIDAD
Minerales metlicos
Chile cuenta con una gran variedad de yacimientos minerales, metlicos y no metlicos, distribuidos a lo largo de su territorio. Entre los minerales metlicos destaca la produccin de cobre, que representa aproximadamente el 70% de la actividad minera total. Otros minerales explotados en nuestro pas son: molibdeno, hierro, cinc, manganeso, plata y oro.
Industria qumica
El objetivo de la industria qumica es fabricar productos de bajo costo y buena calidad. El rendimiento obtenido en los procesos qumicos industriales depende de tres factores: estequiomtrico, cintico y termodinmico. Producto de la actividad industrial se genera una gran cantidad de residuos industriales que contaminan la atmsfera, las aguas y el suelo; esto no solo afecta al medioambiente, sino tambin la calidad de vida de las personas.
200 I Unidad 4
Minerales no metlicos
Nuestro pas cuenta con una enorme riqueza de elementos denominados minerales no metlicos, los que luego de someterse a tratamientos fsicos y qumicos, constituyen las materias primas de un sinnmero de productos industriales. Entre ellos destaca la produccin de carbonato de litio, azufre, salitre y yodo.
Cermica, cemento y vidrio

Estos tres materiales son imprescindibles, ya que forman parte de nuestra vida cotidiana. Las cermicas estn formadas por arcillas, que corresponde a una mezcla de xido de aluminio, xido de silicio y agua; el cemento, por una mezcla de xidos, y el vidrio, por arena, caliza y soda.

Lee y comenta las siguientes preguntas con tus compaeros y compaeras. 1. Qu factores influyen en la eficiencia y productividad de la industria qumica? Explica brevemente cada uno. 2. Cul es el principal mineral metlico que se extrae en nuestro pas?, qu importancia tiene para la economa nacional? 3. De dnde se obtienen el salitre, el litio y el yodo?, cules son sus principales aplicaciones? 4. Qu beneficios para el medioambiente tiene la utilizacin de vidrio versus la de polmeros sintticos?
I 201
QUMICA
EN LA HISTORIA
Henry Bessemer (1813-1898) Ingeniero ingls, pionero de la siderurgia moderna. Desde su infancia manifest habilidades creativas e inventivas. Se hizo millonario gracias a la elaboracin de una purpurina a base de pintura y polvo de latn, denominada polvo de oro. En 1855 patent el proceso de refinamiento y reduccin de hierro para producir y obtener acero, en cantidades industriales, a un bajo costo. El proceso Bessemer de refinacin del acero lleva su nombre en honor a l. La invencin del acero tuvo gran impacto en la industria siderrgica; por ejemplo, se pudieron fabricar barcos de acero de gran tamao, mejor calidad y a un menor costo.
Pedro Gamboni (1825-1895) Ingeniero de nacionalidad chilena, nacido en Valparaso, y radicado posteriormente en Iquique. Analiz y replante el sistema de las paradas, en el que se sustentaba la industria salitrera. Tras su anlisis, lo primero que hizo fue aumentar la ley del salitre y reutilizar la costra residual del caliche, remplazando el proceso de coccin del salitre en fondos por un sistema que inclua calderas, hornillas y grandes estanques, donde el salitre se dilua a fuego directo, con la finalidad de obtener un producto ms puro. En 1853 patent este procedimiento y lo dio a conocer a algunos inversionistas. Mas tarde, se instal con su nuevo sistema en la oficina Sebastopol, ubicada en la Regin de Tarapac. En 1866, logr patentar un sistema para extraer yodo de las aguas madres del caliche. Gracias a esto, obtuvo la concesin exclusiva de los gobiernos de Per y Bolivia para extraer el mineral durante diez aos.
202 I Unidad 4
UNIDAD 4
QUMICA EN LA HISTORIA
James Thomas Humberstone (1850-1939) Ingeniero qumico ingls, denominado padre del salitre. Destaca por la implementacin del sistema Shanks en la industria del salitre, el cual fue difundido a otras oficinas salitreras. Pero, adems, introdujo otras importantes mejoras que permitieron reducir los costos de explotacin del salitre y aumentar el rendimiento del caliche. Entre estas mejoras se cuentan: introduccin del uso de petrleo en los calderos, utilizacin de motores disel para la generacin elctrica y la instalacin de filtros al vaco para la separacin y mejor aprovechamiento del polvillo del salitre que se origina en la etapa de trituracin del caliche. Por su gran aporte a la industria salitrera, recibi el reconocimiento del gobierno chileno y la Orden Oficial del Imperio britnico y, en noviembre de 1934, la salitrera La Palma fue rebautizada como Oficina Humberstone. En la actualidad, funciona como un verdadero museo abierto al pblico para conocer la historia y las instalaciones de esta emblemtica oficina salitrera.
Fritz Haber (1868-1934) Qumico de origen alemn, quien, junto con Carl Bosh, desarroll e implement el mtodo de Haber, que consista en la formacin de amonaco sinttico a partir de nitrgeno molecular e hidrgeno, los que eran sometidos a altas temperaturas y presiones y, en presencia de un catalizador, se podan transformar en cido ntrico. Este mtodo revolucion la industria qumica en Alemania, ya que se logr sintetizar material explosivo sin la necesidad de depender directamente de la principal fuente de nitratos de ese momento: las salitreras, depositadas en el norte de nuestro pas. En 1918 fue galardonado con el Premio Nobel de Qumica, el que no pudo recibir sino hasta 1920, debido a la polmica dentro de la comunidad cientfica suscitada por su participacin activa en la Primera Guerra Mundial, siendo responsable del desarrollo de las primeras armas de destruccin masiva que se conocen.

Lee las siguientes preguntas y comenta con tu curso. 1. Qu beneficios y perjuicios ocasion en nuestro pas el auge del salitre? 2. Qu consecuencia trajo para la economa de Chile la produccin de salitre sinttico? 3. Qu opinas sobre los avances, en trminos sociales, que se gestaron en el siglo XIX?
I 203
EVALUACIN
FINAL
I Lee las siguientes preguntas y selecciona la alternativa correcta. 1. Qu gas se utiliza para producir hierro a partir del trixido de hierro? A. Oxgeno. B. Nitrgeno. C. Dixido de azufre. D. Monxido de carbono. E. Dixido de nitrgeno. 2. En qu consiste el mtodo Frasch, utilizado en la extraccin del azufre? A. Fundir minerales de azufre en retortas de barro. B. Tostar minerales de azufre en hornos refractarios. C. Separar el azufre de su mineral de una celda electroltica. D. Extraer el azufre con solventes de depsitos superficiales. E. Fundir el azufre de depsitos subterrneos con agua caliente. 3. Si se tiene una disolucin de nitrato de plata y se le introduce una lmina de cobre, se puede observar, al cabo de un tiempo, que la solucin toma una coloracin azulada. Qu nos indica esto? A. La plata se oxida. B. El cobre se oxida. C. El cobre se reduce. D. La plata se reduce. E. El nitrato de plata se reduce. 4. Qu nombre recibe la etapa inicial del proceso de obtencin de cramicas? A. Fusin. B. Molienda. C. Chancado. D. Lixiviacin. E. Calcinacin. 5. El vidrio comn es una mezcla de las siguientes sustancias qumicas: A. caliza y arcilla. B. caliche y azufre. C. xido de boro y plomo. D. nitrato de sodio y calcio. E. Slice y carbonatos. 6. A qu tipo de vidrio corresponde la siguiente definicin: material altamente resistente a los golpes y a los cambios de temperatura. Se utiliza, principalmente, en la fabricacin de utensilios de cocina e instrumentos de laboratorio. A. Vidrio de cuarzo. B. Vidrio de plomo. C. Vidrio laminado. D. Vidrio borosilicato. E. Ninguna de las anteriores. 7. De qu mineral se obtiene el yodo como subproducto? A. Salitre. B. Cobre. C. Azufre. D. Hierro. E. Plata. 8. Con respecto al azufre, es correcto afirmar que: I. se encuentra libre en la naturaleza. II. se obtiene a travs del mtodo de Haber. III. al combinarse con el oxgeno, permite la obtencin de cido sulfrico. IV. en estado nativo se encuentra formando minerales como sulfuros y sulfatos. A. Solo I B. Solo II C. Solo III y IV D. Solo I y III E. Solo I, III y IV 204 I Unidad 4
UNIDAD 4
EVALUACIN FINAL
II Analiza. 1. Observa y analiza la informacin de la tabla. Luego, responde en tu cuaderno. Tipo de vidrio Slice Vylor Borosilicato* xidos % SiO2 100 96 6065 6570 % B2O3 3 1520 1 Temperatura (C) -100 100 -100 100 -100 100 -100 100 Conductividad trmica -1 -1 (W m K ) 1,05 1,50 1,00 1,40 0,650,75 1,001,05 0,750,30 1,051,15
th
Fuente: Handbook of Chemistry and Physics. 84 edition (2003-2004). *Nota: Los porcentajes restantes corresponden a otros xidos.
a. Qu tipo de vidrio utilizaras para fabricar una ampolleta, un vaso y una olla de vidrio? Justifica tu respuesta. b. En qu influye la adicin de B2O3 en la fabricacin del vidrio? Explica. c. Cul es la relacin entre la conductividad trmica y la resistencia de un vidrio? d. Qu vidrio ser ms resistente a las variaciones de temperatura? Justifica. 2. El esquema muestra la refinacin electroqumica del cobre. a. Explica en qu consiste el proceso representado en la imagen. b. Escribe las semirreacciones redox que ocurren en: nodo. ctodo. c. Qu grado de pureza tiene el cobre electroltico?
Cu Zn Proceso de electrorrefinacin. Cu Zn
3. El cobre blster se obtiene fundiendo el mineral de cobre sulfurado y aplicndole aire para oxidar las impurezas, segn la siguiente ecuacin no balanceada: Cu2S(s) + O2(g) Cu(s) + SO2(g)
a. Equilibra la ecuacin. b. Propn una relacin estequiomtrica entre reactantes y productos. c. Si por cada 1,5 kg de mineral de cobre sulfurado que se procesa se obtienen 415 g de metal, cul es el rendimiento de la reaccin? Explica.
I 205
EVALUACIN
FINAL
4. La produccin de NaNO3 y KNO3, a partir del caliche, se lleva a cabo mediante procesos fsicos sencillos. a. Indica por qu se debe disminuir la temperatura en el proceso de cristalizacin. b. Describe en qu consiste la lixiviacin. c. Seala cules son los usos del salitre. d. Explica en qu consiste el mtodo de Haber para la obtencin de salitre sinttico. 5. La piedra caliza agregada al alto horno participa en la formacin de escorias. Escribe las ecuaciones balanceadas para: a. La primera etapa: la piedra caliza se descompone en xido de calcio y dixido de carbono. b. La segunda etapa: el xido de calcio reacciona con las impurezas del mineral, como el xido de silicio, para formar silicatos (como el CaSiO3). III Lee y aplica. 1. El carbonato de calcio (CaCO3) se descompone, en gran medida, produciendo xido de calcio (CaO) y dixido de carbono (CO2), segn la siguiente reaccin: CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)
Si la espontaneidad de una reaccin qumica se mide a travs de G, a qu temperatura la reaccin ser espontnea: a 750 C o a 850 C? Sustancia H f (kJ mol ) S (kJ mol K )
-1 -1 -1
CaCO3 -1206,9 9,29 10

-2
CaO -635,6 3,98 10

-2
CO2 -393,5 0,213
2. Un qumico desea sintetizar salitre en el laboratorio; para ello requiere previamente de la obtencin de amonaco a partir de N2 y H2. Aconsejaras al qumico la utilizacin de un catalizador?, por qu? 3. Una determinada industria qumica genera y libera anualmente toneladas de cido sulfrico. Considerando que esta sustancia es corrosiva y daina para el medioambiente, un grupo de trabajadores propuso un mtodo que permite reutilizar esta sustancia cida. Qu argumentos crees que respaldan esta propuesta?, qu propiedades qumicas posee el cido sulfrico que hacen posible su reutilizacin?
Lo que ahora s
Te invitamos a que vuelvas a responder en tu cuaderno las preguntas de la seccin Lo que s, de la pagina 146. Luego, compara tus respuestas iniciales con las sealadas en esta instancia. Adems, responde las preguntas que planteaste en la seccin Lo que me gustara saber (pgina 149). 1. Cul de los contenidos trabajados en la Unidad podras explicar a un compaero o compaera?, por qu? 2. En qu situaciones de tu vida cotidiana puedes utilizar lo que aprendiste en esta Unidad? 3. Qu puedes hacer para mejorar tu desempeo? 206 I Unidad 4
Unidad
Proyecto cientfico
Visita a una industria qumica de la regin
Antecedentes
El desarrollo econmico de un pas depende en gran medida del desarrollo de su industria qumica. A lo largo de la historia, muchas zonas de Chile han alcanzado un importante auge gracias a la industria minera. Pero cunto se ha avanzado en el tema de buscar soluciones a los problemas ambientales que genera la industria qumica? Integrar la proteccin del medioambiente con la produccin industrial exige que los procesos productivos eviten y reduzcan los residuos o bien los reutilicen como materia prima para otros procesos de fabricacin o para generar energa. Las industrias en todo el mundo estn aplicando cada vez ms tecnologas ecolgicas; estas protegen el medioambiente, porque: utilizan los recursos en forma ms eficiente, especialmente los recursos no renovables; reciclan y emplean materias primas recicladas; controlan las emisiones contaminantes, por lo que contaminan menos; fabrican productos eliminando la menor cantidad de desechos al ambiente, y dan tratamientos especiales a los residuos y a las emanaciones, de manera que hagan el menor dao posible al ecosistema.
En la actualidad, muchas de las empresas trabajan bajo el sistema de gestin medioambiental de la norma ISO 14001, creado por la Organizacin Internacional de Normalizacin, reconocido internacionalmente y aplicable a cualquier sector.
1. Objetivo
El propsito general de este proyecto es investigar sobre las distintas tecnologas que se aplican en nuestro pas y que posibilitan el cuidado del medioambiente.
2. Planificacin
Junto con el profesor o la profesora planifiquen la visita a una industria de su regin. Los aspectos que interesa investigar son los siguientes: Tipo de industria.
Materias primas utilizadas. Recursos energticos empleados. Proceso productivo. Uso del agua. Residuos que emiten (volumen, clasificacin, manejo y tratamiento). Cumplimiento de las normas ambientales. Impacto ambiental en la regin.
3. Ejecucin
Una vez planificadas y definidas las etapas del proyecto, ejectenlo. Escriban un informe descriptivo y analtico que comunique el trabajo de la visita a terreno. Este informe debe incluir: ttulo, objetivo, introduccin, desarrollo del tema, conclusiones y bibliografa.
I 207
Quimica anexo_Quimica 1 medio 26-07-11 15:16 Pgina 208
ANEXO 1
(para usar en las pginas 63 y 65 de la Unidad 2) Cdigo gentico Aminocido Inicio Alanina (Ala) Asparginina (Asna) Asparagina (Asp) cido asprtico (Asp) Cistena (Cys) Glutamina (Gln) cido glutmico (Glu) Glicina (Gly) Histidina (His) Isoleucina (Ile) Leucina (Leu) Lisina (Lys) Metionina (Met) Fenilalanina (Fen) Prolina (Pro) Serina (Ser) Treonina (Thr) Triptfano (Trp) Tirosina (Tyr) Valina (Val) Trmino AUG GCU, GCC, GCA, GCG CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG AAU, AAC GAU, GAC UGU, UGC CAA, CAG GAA, GAG GGU, GGC, GGA, GGG CAU, CAC AUU, AUC, AUA UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG AAA, AAG AUG UUU, UUC CCU, CCC, CCA, CCG UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC ACU, ACC, ACA, ACG UGG UAU, UAC GUU, GUC, GUA, GUG UAG, UGA, UAA Codones que lo codifican
Los codones sealados corresponden a los del ARN mensajero.
208 I Anexo 1
ANEXO 2
(para usar en la pgina 71 de la Unidad 2)
Clasificacin de algunos aminocidos segn su estructura Clasificacin Aminocidos Glicina (Gly) Alanina (Ala) Lisina (Lys) Glutamina (Gln) cido glutmico (Glu) Alifticos cido asprtico (Asp) Cistena (Cys) Leucina (Leu) Arginina (Arg) Asparagina (Asn) Metionina (Met) Fenilalanina (Fen) Aromticos Tirosina (Tyr) Triptfano (Trp) Prolina (Pro) Heterocclicos Histidina (His)
HO
Frmula
HCHCOOH NH2 CH3CHCOOH NH2 NH2CH2CH2CH2CH2CHCOOH NH2 NH2CCH2CH2CHCOOH O NH2 HOOCCH2CH2CHCOOH NH2 HOOCCH2CHCOOH NH2 HSCH2CHCOOH NH2 (CH3)2CHCH2CHCOOH NH2 NH2 C NH CH2CH2CH2CHCOOH NH2 NH NH2C CH2CHCOOH O NH2 CH3SCH2CH2CHCOOH NH2 CH2CHCOOH NH2 CH2CHCOOH NH2
C CH2CHCOOH N CH NH2 H
N H
COOH
N CH HC N CCH2CHCOOH NH2 H
Anexo 2
I 209
ANEXO 3 MEDIDAS DE SEGURIDAD EN EL LABORATORIO
Medidas de seguridad en el laboratorio

El trabajo en el laboratorio debe ser riguroso, ya que de eso depende el xito de las actividades que realices. Para ello, es importante que conozcas una serie de medidas que te ayudarn a que tu trabajo experimental sea satisfactorio y seguro. A. Recomendaciones generales Entre las recomendaciones que debes tener presente en cualquier actividad experimental, estn:
Escucha atentamente las indicaciones de tu profesora o profesor. Lee con atencin el procedimiento que debes seguir. Si tienes dudas, aclralas antes de comenzar a trabajar. Usa siempre cotona o delantal para evitar que tu ropa se manche. Mantn limpio y ordenado tu lugar de trabajo. Nunca manipules material de laboratorio sin autorizacin de tu profesor o profesora. Si tienes el pelo largo, mantenlo recogido, y evita el uso de bufandas, collares, pulseras u otros elementos que puedan enredarse con los materiales de trabajo. Nunca corras o juegues en el laboratorio. No consumas alimentos mientras trabajas, ya que pueden contaminarse con sustancias presentes en el laboratorio. Asegrate de que en el laboratorio haya un botiqun de primeros auxilios y un extintor. Antes de salir del laboratorio, lava prolijamente tus manos con abundante agua y jabn.
B. Manipulacin de material de vidrio Gran parte del material que hay en el laboratorio es de vidrio, como los tubos de ensayo, los vasos de precipitado y las probetas. Al usarlos, considera las siguientes medidas:
El vidrio es frgil, por lo que los instrumentos hechos con este material debes usarlos cuidadosamente para que no se rompan. Antes de utilizar cualquier instrumento de vidrio, asegrate de que no est trizado o quebrado para evitar cortes. Si encuentras un material en malas condiciones, avsale a tu profesora o profesor para que lo remplace. Evita forzar el material de vidrio. Si vas a introducir un tapn u otro material a presin a un tubo de ensayo o un matraz, por ejemplo, emplea guantes.
210 I Anexo 3
No expongas material de vidrio directamente a la llama del mechero, sin la autorizacin de tu profesor o profesora. Si tienes que hacerlo, escucha atentamente las indicaciones. El material de vidrio tarda en enfriarse y presenta el mismo aspecto que el vidrio fro. Si has calentado algn material de vidrio, ponlo en un lugar seguro, y avsales a tus compaeros y compaeras para que no lo tomen.
C. Manipulacin de material cortopunzante El uso de material cortopunzante requiere de un cuidadoso manejo, ya que puede ocasionar cortes. Al emplear este tipo de material, ten presentes las siguientes medidas:
Utiliza material cortopunzante solo cuando tu profesora o profesor lo indique, y nunca juegues ni corras con l en tus manos, para evitar accidentes. Mantn el material cortopunzante en un lugar visible, y cuando dejes de ocuparlo, gurdalo en un lugar seguro.
D. Trabajo con calor Al trabajar en el laboratorio, muchas veces tendrs que utilizar fuentes de calor, como el mechero. Dada la peligrosidad que implica esto, recuerda las siguientes medidas preventivas:
Cuando trabajes con una fuente de calor, ubcala al centro del mesn, y alejada de sustancias inflamables, incluyendo tu ropa y tu pelo. Utiliza pinzas de madera para tomar cualquier material que expongas o que hayas expuesto al calor. Nunca calientes instrumentos en mal estado o que no sean resistentes a altas temperaturas. Cuando calientes una sustancia en un tubo de ensayo, hazlo por los costados, agitando suavemente el contenido. Adems, asegrate de que la boca del tubo no apunte hacia ti o hacia alguna compaera o compaero. Nunca calientes frascos totalmente cerrados. Apaga bien la fuente de calor cuando termines de usarla. Si esta emplea gas como combustible, asegrate de cerrar bien la llave de paso.
Anexo 3
I 211

E. Manipulacin de reactivos y sustancias qumicas Antes de trabajar con sustancias qumicas y reactivos, es importante que conozcas los smbolos de advertencia que pueden tener. La tabla que aparece a continuacin muestra los smbolos de peligrosidad, su significado y las precauciones que debes tener al manipular sustancias qumicas o reactivos que los posean. Significado (abreviacin) Nocivo (Xn) Al usar sustancias qumicas y reactivos, ten presentes las siguientes medidas de seguridad:
Smbolo
Precaucin
Estas sustancias pueden provocar graves daos a la salud por inhalacin, ingestin, o absorcin cutnea. Evita cualquier contacto con tu cuerpo. Sustancias que pueden tener consecuencias mortales, por lo que deben manipularse bajo estrictas medidas de seguridad. Evita todo contacto con tu cuerpo. Estas sustancias pueden producir inflamaciones en la piel y mucosas. Nunca las inhales, y evita cualquier contacto con tus ojos y piel. Sustancias que daan la piel. Al usarlas, emplea guantes e indumentaria apropiada. Evita todo contacto con tus ojos y piel, y nunca las inhales. Estas sustancias reaccionan fuertemente con otras, sobre todo si son inflamables, y dificultan la extincin de incendios. Evita todo contacto con sustancias combustibles. Sustancias que pueden inflamarse, y luego continuar quemndose o permanecer incandescentes. Mantenlas alejadas de chispas, fuego y fuentes de calor. Estas sustancias reaccionan liberando energa y pueden explotar. Evita choques, friccin, formacin de chispas, fuego y la accin del calor, cuando trabajes con ellas. Sustancias que pueden afectar los ecosistemas, alterando su equilibrio natural. Deben eliminarse bajo las condiciones adecuadas, segn sea el caso.
Lee siempre las etiquetas de los frascos que los contienen. Nunca los pruebes, y evita todo contacto con tu piel y tus ojos. Nunca los mezcles sin que tu profesora o profesor lo indique, ya que pueden reaccionar peligrosamente. Tampoco intercambies las tapas de los recipientes que los contienen, y usa distintas pipetas para trasvasijarlos. No devuelvas al recipiente original los restos de sustancias qumicas o reactivos, aunque no hayan sido utilizados. Para eliminar los restos de sustancias qumicas o reactivos, sigue las indicaciones de tu profesor o profesora, y nunca los viertas directamente al desage.
Txico (X)
Irritante (Xi)
Corrosivo (C)
Comburente (O)
Inflamable (F)
Explosivo (E)
Peligro para el ambiente (N)
212 I Anexo 3
Qu hacer en caso de accidentes?

En caso de cualquier accidente, lo primero que debes hacer es avisarle a tu profesora o profesor, y nunca actuar por iniciativa propia para controlar la situacin, ya que esta podra empeorar. No obstante, es importante que conozcas algunas medidas que se deben seguir en diferentes situaciones, como las descritas a continuacin. A. Herida cortante
Lavar la herida con abundante agua por unos 10 minutos. Si la herida es pequea y deja de sangrar, despus de lavarla hay que desinfectarla.
Para ello es aconsejable usar un algodn impregnado con agua oxigenada al 3%, y luego cubrirla con una venda o un apsito, sin presionar demasiado la herida. Si la herida es grande y no deja de sangrar, se necesita asistencia mdica inmediata. B. Quemadura con sustancias calientes
Poner la zona afectada bajo el chorro de agua fra durante 5 a 10 minutos. Si la zona afectada es muy grande o tiene mal aspecto, requiere atencin mdica inmediata.
C. Quemadura con cidos
Lavar la zona afectada con abundante agua. Luego, aplicar una disolucin de bicarbonato de sodio al 5% durante 10 a 15 minutos. Otra opcin es lavar la zona afectada con una solucin diluida de una base dbil, como amonaco al 5%.
D. Quemadura con bases
Lavar la zona afectada con abundante agua. Luego, aplicar una solucin diluida de cido brico o actico.
E. Salpicadura o contacto de sustancias qumicas con los ojos
Lavar con abundante agua durante 10 a 15 minutos.
F. Incendio de ropa Cubrir a la persona con una manta o hacerla rodar por el piso. Para evitar la expansin del fuego, es importante no correr.
Anexo 3
I 213
SOLUCIONARIO
DEL
TEXTO
DEL
ESTUDIANTE
Solucionario del Texto del Estudiante
1 La qumica de los polmeros

Evaluacin diagnstica (pginas 12 y 13) I. 1. Hay cinco carbonos primarios, uno secundario, uno terciario y uno cuaternario. 2. Nombre oficial para el isoctano: 2,2,4 trimetil pentano. 3. Hibridacin sp3. 4. Todos los tomos de carbono de esta molcula tienen valencia 4 y el ngulo de enlace es de 109,5. II. 1. En ambas molculas hay un grupo amino y un grupo cido carboxlico. La diferencia est en el otro sustituyente del carbono alfa: en la glicina es un hidrgeno y en la alanina es un metil. 2. O O H H3C alanina glicina H2N H OH H2N H OH
Unidad
3. Se obtienen dos productos para esta reaccin: O O gly-ala H2N CH2 C NH CH C OH CH3 III.
1 H O 3
N
O O H N CH C NH CH C OH ala-gly. 2 2 CH3
5 OH
O 4 OH 2
1: 2: 3: 4: 5:
Aldehdo. Alcohol. Amina terciaria. Cetona. cido carboxlico.
IV.1. Eteno (etileno, nombre comn). 2. Cloroeteno. 3. Fenol. 4. Metanal (formaldehido). 5. cido butanoico. 6. Etanamina. V. 1. Metano: gas; etano: gas; propano: gas; metanol: lquido; etanol: lquido; propanol: lquido. 2. y 3. En el caso de la serie metano-etano-propano, por ser molculas totalmente apolares, las fuerzas intermoleculares que se establecen entre ellas son del tipo de Van der Waals. Estas condicionan a la molcula segn la fuerza, debido a los momentos dipolares originados por el tipo de interaccin dipolo que se produce entre los tomos que la forman. Adems, mientras mayor masa molar tiene la molcula, mayor es el punto de ebullicin, pues se requiere mayor energa en forma de calor para romper los enlaces. Evaluacin de proceso Tema 1 (pginas 20 y 21) I. 1. D. 2. B. 3. A. 4. C. 5. C. II. Polister: sinttico; polmero orgnico no vinlico (tiene otros tomos adems de carbono e hidrgeno); lineal. Caucho: natural; polmero orgnico vinlico; lineal. Tefln: sinttico; polmero orgnico no vinlico; lineal.
214 I Solucionario Quimica 4
SOLUCIONARIO
DEL
TEXTO
DEL
ESTUDIANTE
Evaluacin de proceso Tema 2 (pginas 40 y 41) I. 1. Diferencias entre la polimerizacin por condensacin y la por adicin. En la primera, al reaccionar los monmeros para formar el polmero, hay eliminacin de una molcula de agua, en la otra no; en la polimerizacin por adicin, los monmeros solo pueden reaccionar con el polmero en crecimiento; en la reaccin de condensacin, en tanto, ocurre por etapas; los monmeros que reaccionan en la polimerizacin por adicin tienen insaturaciones, los que intervienen en las polimerizaciones de condensacin tienen dos grupos reactivos. 2. Respuesta abierta. Pueden seleccionar como polmeros de adicin: polipropileno, polietileno, poliestireno, PVC, y como polmeros de condensacin: nailon, kevlar, siliconas, PET, baquelita. 3. Ventajas: son econmicos, verstiles, livianos, resistentes a la oxidacin y al ataque de cidos y bases. Desventajas: son residuos difciles de eliminar, debido a su resistencia, y pueden generar graves problemas al medioambiente. II. 1. Nailon: B; poliestireno: D; poliisopreno: A; polietileno: C. 2. CH3 (CH2 CH)n O O (CH2 CH2)n (CH2 CH = C CH2)n (HN (CH2)4 NH C (CH2)6 C)n poliisopreno poliestireno Nailon polietileno 3. Fibra resistente y flexible: B; resistente y aislante: D; pegajoso y blando en caliente: C; resistente y termoplstico: A. 4. El PVC forma cadenas lineales; si las cadenas son largas, el polmero es menos flexible y adquiere alta dureza. 5. El PEAD (polietileno de alta densidad) est constituido por cadenas lineales, que pueden apilarse en forma regular, es decir, una mayor cantidad de molculas se ordenan en un menor volumen, de ah que se hable de mayor densidad. El PEBD (polietileno de baja densidad) est formado por cadenas ramificadas que no se ordenan con facilidad, por lo que su grado de cristalinidad disminuye, y por eso se dice que es de baja densidad. Evaluacin final (pginas 46, 47 y 48) I. 1. D; 2. C; 3. E; 4. E; 5. E; 6. A; 7. A; 8. D. II. 1. a. Entre las cadenas se forman fuertes uniones por puentes de hidrgeno. b. La baquelita es un polmero quebradizo; sus cadenas presentan un alto grado de entrecruzamiento (cadenas ramificadas). c. El polietileno y el policarbonato estn constituidos por cadenas lineales, con uniones intermoleculares fuertes, que les confieren resistencia a la tensin, pero no a la elongacin. 2. a. Mientras ms cristalino sea un polmero, mayor es la densidad, el punto de fusin y la rigidez que presenta. Los polmeros lineales y ordenados tienen una mayor tendencia a empaquetarse y, por ende, su densidad es mayor. b. El PEAD es un material altamente cristalino, cuyas cadenas pueden apilarse con facilidad, ya que no dejan espacios libres, lo que hace que la superficie de contacto entre ellas sea superior; que las uniones intermoleculares sean ms fuertes. Por ello, la energa que se necesita para fundir este polmero es superior (punto de fusin ms alto). Es por esto que el polietileno de alta densidad es empleado en la fabricacin de tambores y bidones, rodamientos, vlvulas y engranajes. El PEBD es un polmero de cadena ramificada, con un menor grado de cristalinidad, utilizado en la fabricacin de materiales de menor resistencia, tales como: bolsas, envases de alimentos, cubiertas para invernadero. III. 1. El monmero a. Porque puede establecer puentes de hidrgeno con la mucosa del ojo y adherirse mejor. Las cadenas del polmero deben ser relativamente cortas para que el lente sea flexible. O 2. a.
OH + cido adipico O O OH NH2 Calor Hexometilenodiamina + 2n H2O NH2
N
O
n N
b. Es un polmero cuya degradacin tarda menos tiempo. Presenta resistencia a altas temperaturas. c. Nailon 4,6.
Solucionario Quimica 4
I 215
SOLUCIONARIO
Unidad
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ESTUDIANTE
2 Polmeros naturales
Evaluacin diagnstica (pginas 52 y 53) I. 1. Los huevos tienen protenas (principalmente la albmina), los fideos tienen polisacridos (almidn) y la carne est estructurada prcticamente a base de protenas, especficamente actina y miosina. 2. Protenas: funcin estructural y de transporte. Polisacridos: funcin energtica y estructural. II. 1. Ambas molculas tienen seis tomos de carbono, cinco grupos hidroxilos (OH) y un grupo carbonilo (C=O). 2. La diferencia radica en que el grupo carbonilo de la glucosa est dentro del grupo funcional aldehdo, y en la fructosa como cetona. 3. Ambas molculas son solubles en agua, debido a que poseen grupos polares (OH). Los grupos hidroxilos de cada molcula interaccionan con las molculas de agua, originando puentes de hidrgeno. 4. Al unir una glucosa con una fructosa se origina una molcula de sacarosa (disacrido); y se elimina una molcula de agua. III. Protenas: aminocidos; carnes, huevos y lcteos; estructural, enzimtica, hormonal, reguladora y de transporte. Polisacridos: monosacridos; pan, cereales, pastas y arroz; energtica y estructural. ADN: nucletido con desoxirribosa; contiene la informacin gentica. ARN: nucletido con ribosa; regula la expresin gentica. IV.1. Respuesta abierta. Se podra tomar una muestra significativa de diversos quesos presentes en el mercado y comprobar con test qumico la existencia de almidn. 2. Respuesta abierta. Qu relacin hay entre los quesos adulterados y la presencia de almidn en su composicin? Hiptesis: todos los quesos adulterados tienen niveles elevados de almidn en su estructura. 3. Respuesta abierta. Tomar una muestra significativa de quesos de distintos puntos del mercado, macerarlos en agua y aplicarles la prueba de lugol (solucin de I2 (1%) con Kl (2%) en agua destilada). La presencia de almidn en los quesos arroja la formacin de un complejo almidn-lugol, que se evidencia por una coloracin violeta oscuro. V. 1. Las enzimas actan a pH y temperaturas determinadas. Esto se puede apreciar en los grficos, donde los mximos indican los valores ptimos de estas variables. 2. Las enzimas son protenas cuya funcin es acelerar las reacciones bioqumicas que tienen lugar en el organismo. Evaluacin de proceso Tema 1 (pginas 64 y 65) I. 1. B. 2. E. 3. C. 4. D. 5. C. 6. E. II. La replicacin es el proceso que permite que la informacin gentica pueda ser transmitida a futuras generaciones. La transcripcin es el proceso por el cual la informacin contenida en el ADN se copia en el ARN. La traduccin es la ltima etapa y corresponde a la sntesis de protenas o polipptidos. a. ARNm: UUA CCC AGU AUU GGG b. Leucina Glicina Serina Isoleucina Glicina. Evaluacin de proceso Tema 2 (pginas 80 y 81) I. 1. E. 2. C. 3. B. 4. B. 5. D. 6. E. II. 1. Respuesta abierta. Se espera que propongan un grfico similar al sealado en la pgina 53 del Texto. 2. Si el pH aumenta por sobre los niveles normales, la pepsina se inactiva, proceso que se conoce como desnaturalizacin. Algunos solventes qumicos y el aumento o disminucin de la temperatura pueden provocar la desnaturalizacin de la protena. 3. Las enzimas, al igual que las dems protenas, poseen una propiedad caracterstica: la especificidad de accin. Evaluacin final (pginas 86, 87 y 88) I. 1. C. 2. C. 3. C. 4. B. 5. A. 6. D. II. 1. a. Pepsina 1,5 y tripsina 6,8, aproximadamente. b. Se desnaturalizara y provocara la prdida de la actividad biolgica de la enzima. c. La temperatura y los solventes son otros factores que pueden alterar la estructura y afectar la funcionalidad de las enzimas. d. Uniones intermoleculares como los puentes de hidrgeno, fuerzas de Van der Waals, atracciones ion-ion, ion-dipolo, dipolo-dipolo, dipolo-dipolo inducido y dipolo inducido-dipolo inducido. e. La especificidad es una caracterstica propia de las protenas.
SOLUCIONARIO
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TEXTO
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ESTUDIANTE
2. a. (1): estructura terciaria; (2) estructura primaria; (3) estructura cuaternaria; (4) estructura secundaria. b. Existencia de puentes de hidrgeno y de interacciones diversas entre los grupos funcionales presentes en los radicales. Tambin pueden enlazarse tomos de azufre, formando puentes disulfuro, SS. c. En las protenas de estructura terciaria y cuaternaria. d. Las estructuras primaria y secundaria determinan qu aminocidos existen y de qu manera interactan entre s. En trminos concretos, son la base a partir de la cual la protena podr enrollarse. III. 1. a. Se tritura el alimento para liberar el ADN que se encuentra en el ncleo de la clula. b. Se aade la solucin acuosa de NaCl para precipitar las protenas y separarlas del ADN. c. Para lograr la precipitacin del ADN. 2. a. Desnaturalizacin de las protenas de la carne. b. El pH. c. La temperatura. 3. a. Cinco codones. b. Cinco aminocidos. c. Si se inhibe el proceso de transcripcin, se detiene el proceso de expresin gnica y no se pueden sintetizar finalmente las protenas.
3 Materia y energa: radiactividad natural e inducida

Evaluacin diagnstica (pginas 92 y 93) I. 1. E. 2. C. 3. E. 4. D. 5. E. 6. C. II. 1. A y D: neutros; B: negativo; C: positivo. + 2. 12 6C (Z = 6; A = 12; 6 p , 6 n, 6 e ). 13C (Z = 6; A = 13; 6 p+, 7 n, 6 e-). 6 1 H (Z = 1; A = 1; 1 p+, 0 n, 1 e-). 1 2 H (Z = 1; A = 2; 1 p+, 1 n, 1 e-). 1 3 H (Z = 1; A = 3; 1 p+, 2 n, 1 e-). 1 3. Orden cronolgico: Dalton, imagen 3; Thomson, imagen 1; Rutherford, imagen 2. Evaluacin de proceso Tema 1 (pginas 100 y 101) tem I 1. C. 2. E. 3. C. 4. A. 5. B. 6. B. tem II 1. 20,20 u. 2. 237,98 u. 3. La suma de las masas de los nucleones es: 56 x 1,007276 + 85 x 1,008665 = 142,143981. Representa un valor mayor a 140,41, que equivale a la masa del ncleo. Esto se explica por el defecto de masa que corresponde a la equivalencia de masa en la energa para mantener a los nucleones unidos. Evaluacin de proceso Tema 2 (pginas 118 y 119) I. 1. C. 2. E. 3. C. 4. E. 5. E. II. Datos para completar tabla (de izquierda a derecha): Alfa (ncleo de helio; +2; 6,65x10-24 gramos; 4 2He; alto). 0 e; medio). Beta (electrn; 1; 9,11x10-28 gramos; -1 Gamma (radiacin electromagntica; 0; 0; g; bajo). III. 1. Despus de 61,5 aos habr 0,3125 mg del istopo. 2. Edad fsil = 40 110 aos. 3. Al cabo de doce das, la concentracin del frmaco en la sangre ser de 1,25 x 10-7 M. IV.1. Los daos pueden ser agudos y casi inmediatos, como quemaduras en la piel, hemorragias, diarreas, infecciones e, incluso, la muerte. Sin embargo, tambin existen efectos tardos; por ejemplo, el desarrollo de clulas cancergenas y efectos en las generaciones siguientes del individuo irradiado. 2. La radiacin menos penetrante es detenida por la piel; por lo tanto, sus efectos sern a ese nivel. En tanto, las radiaciones con mayor poder de penetracin pueden interactuar con el ADN de las clulas, produciendo mutaciones, las que pueden ocasionar enfermedades como el cncer.
Unidad
I 217
SOLUCIONARIO
DEL
TEXTO
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ESTUDIANTE
Evaluacin de proceso Tema 3 (pginas 136 y 137) I. 1. B. 2. E. 3. E. 4. E. 5. D. II. 1. a. (A) 12 6C. Reaccin de fusin nuclear. Un tomo de berilio se fusiona con una partcula alfa para dar origen 3 4 a un catin carbono-12 y un neutrn. (B) 1 0n. Reaccin de fusin entre un tomo de 2He y uno de 2He. (C) 25 Mg. Reaccin de fusin de un ncleo de Al-27 con un ncleo de deuterio para dar origen a un ncleo de 12 magnesio-25 y una partcula alfa. b. En la reaccin B se da origen a un ncleo ms pesado. En la reaccin C se origina uno ms liviano. c. Las reacciones en cadena son explosivas Sin embargo, cuando la velocidad de la reaccin se controla, la reaccin sigue siendo en cadena, pero no es explosiva. Para controlar la velocidad de una reaccin se debe disminuir la cantidad de neutrones que se generan en cada paso. 2. a. La mayora de los fenmenos que ocurren en la naturaleza y los procesos que se realizan tanto en los laboratorios como en la industria estn basados en el movimiento de los tomos y de las molculas. Para investigar las trayectorias de un elemento y su forma qumica a travs de los procesos, los elementos se marcan con elementos radiactivos, llamados trazadores. De este modo, se puede seguir su trayectoria durante las diferentes transformaciones, midiendo sus emisiones con un contador Geiger. Como es qumicamente imposible diferenciar un tomo radiactivo de otro que no lo es, sus comportamientos son idnticos durante el proceso. b. La mosca de la fruta constituye una plaga; para controlar su proliferacin se realiza lo siguiente: esterilizacin de la mosca, lo que se consigue exponiendo a la mosca macho a intensas radiaciones gamma; los machos estriles son liberados en grandes cantidades; al aparearse con las hembras, no dejan descendencia. Esta tcnica es muy efectiva, pues permite reducir sustancialmente la utilizacin de pesticidas y plaguicidas qumicos, lo que constituye un riesgo para la salud. Evaluacin final (pginas 142, 143 y 144) I. 1. C. 2. B. 3. A. 4. A. 5. E. 6. E. 7. E. II. 1. 20 aos; 1/8 de la muestra original. 2. El grfico B representa un decaimiento radiactivo, pues parte con un cierto nmero de ncleos radiactivos, los cuales disminuyen logartmicamente 3. a. 200 g. b. 50 g. c. 1,3 x 109 aos. d. 12,5 g. 4. a. Falsa, todos los istopos de un elemento presentan el mismo comportamiento qumico. b. Verdadero. c. Verdadero, el xido formado con el oxigeno-17 y 18 tambin debe ser radiactivo. d. Verdadero, s, el compuesto contiene O-17 y O-18, emite radiacin, la que puede ser detectada con un instrumento apropiado. III. 1. Las ecuaciones de los puntos a. y c. son:
222 Rn 86 218 Po 84 214 Pb 82 214 Bi 83 214 Po 84 218 Po 84 214 Pb 82 214 Bi 83 214 Po 84 210 Pb 82
+ + +
4 He 2 4 He 2 -
+ -
+ 4 2He b. En 24 das existir 0,70 g de Radon-222. 2. S, puesto que para fechar con C-14 se requieren restos biolgicos; teniendo presente que si el resultado es muy superior a 60 000 aos, esta tcnica disminuye su confiabilidad. 3. 35,21 dec/s.
SOLUCIONARIO
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ESTUDIANTE
4 Extraccin y procesamiento de materias primas

Evaluacin diagnstica (pginas 148 y 149) I. 1. C. 2. E. 3. E. 4. E. 5. A. 6. D. II. 1. a. Son correctas I y III. La roca 1 es dura o muy dura; la roca 2 es blanda, y la 3 es muy blanda. b. Para determinar las aplicaciones de cada una de estas rocas, adems de conocer la dureza, es necesario saber su composicin y reactividad qumica, entre otros aspectos. 2. a. Grfico. b. Porque se obtiene como un sub-producto de los procesos mineros. c. Porque el cido sulfrico es reutilizado en los distintos procesos de la minera del cobre. 3. a. La solucin debe ser muy concentrada, ya que en estas condiciones, una pequea evaporacin del solvente (agua) producira la cristalizacin deseada. b. El hilo tiene mltiples irregularidades, que permiten el crecimiento de cristales de sulfato de cobre (II). Evaluacin de proceso Tema 1 (pginas 156 y 157) I. 1. E. 2. A. 3. E. 4. D. 5. A. II. 1. A 500 K el G es 215,7 kJ y a 1200 K es de 169,3 kJ; por lo tanto, la reaccin ser espontnea a 1200 K. 2 Cu(s) + SO2(g). 2. a. Cu2S(s) + O2(g) b. La proporcin entre los reactantes es de 1:1; la de los productos, 2:1. c. El rendimiento de la reaccin es de 34,6%. Evaluacin de proceso Tema 2 (pginas 174 y 175) I. 1. B. 2. C. 3. A. 4. B. 5. D. 6. E. II. 1. Se consideran correctas las opciones b, d y e. 2. Se obtienen 699,2 kg de hierro. 3. Respuesta abierta. En la actualidad hay una gran preocupacin por la conservacin de los recursos naturales, ya que es un hecho comprobado que su uso inadecuado amenaza y destruye el ecosistema. Esta preocupacin se ha expresado a travs del modelo de desarrollo sustentable, cuyo objetivo es armonizar el crecimiento de la economa con la proteccin del medioambiente y el desarrollo humano. Este modelo es reconocido y aceptado mundialmente como la nica salida a los problemas ambientales generados por el crecimiento econmico. Las ventajas que tiene para el ecosistema son: procurar su conservacin, protegerlo y perpetuarlo para las prximas generaciones. Evaluacin de proceso Tema 3 (pginas 186 y 187) I. 1. B. 2. A. 3. D. 4. C. II. 1. a. La reaccin produce amonaco gaseoso, que se recoge a travs del tubo que lo conduce al tubo de ensayo ubicado en el interior del vaso. b. Por cada 40 gramos de NaOH se producen 17 gramos de NH3; si se tienen 100 g de NaOH, se formarn 42,5 gramos de NH3. c. No, ya que para obtenerlo a gran escala se necesita una enorme cantidad de reactivos y condiciones que posibiliten el buen rendimiento de esta reaccin. El rendimiento de la sntesis de amonaco a partir de hidrxido de sodio es menor si se compara con el rendimiento a travs de la sntesis por el proceso de Haber; en el primero se obtiene un volumen terico de 22,05 L y con el segundo 44,05 L de amonaco (d= 0,771 g L-1). d. El amonaco tiene variados usos; por ejemplo, se utiliza en la fabricacin de abono, explosivos y productos de limpieza domsticos. 2. a. Grfico de solubilidad del carbonato de litio. b. Segn el grfico, a 45 C la cantidad mxima de carbonato de litio que se disuelve en 100 gramos de agua es 1,12 gramos. Por lo tanto, para lograr una solucin saturada a partir de 200 gramos de agua se necesita el doble de carbonato de litio, es decir, 2,24 gramos. c. Al disminuir la temperatura, el carbonato de litio se vuelve ms soluble, por lo que no precipita.
Unidad
I 219
SOLUCIONARIO
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TEXTO
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ESTUDIANTE
Evaluacin de proceso Tema 4 (pginas 198 y 199) I. 1. E. 2. D. 3. B. 4. A. 5. E. II. 1. D. Vidrio de borosilicato. C. Vidrio de soda-cal. B. Vidrio de cuarzo. A. Vidrio de plomo. 2. Todos los vidrios poseen la misma estructura base, que est dada por el xido de silicio (SiO2). Sin embargo, para lograr distintas propiedades y usos, a su composicin qumica original se le agregan diferentes compuestos; por ejemplo, en el caso del vidrio de borosilicato se utilizan xidos de boro y aluminio; al vidrio de plomo se le adiciona xido de plomo. En el caso del vidrio de cuarzo, se utiliza el xido de silicio en forma de cuarzo; el vidrio de soda-cal, el xido de silicio se extrae directamente de la arena. Vidrio Vidrio de borosilicato Vidrio de soda-cal Vidrio de cuarzo Vidrio de plomo Mtodo de obtencin Moldeado: moldear la mezcla fundida y aplicar aire comprimido. Moldeado. Colado: el vidrio fundido se esparce en moldes. Se deja enfriar y solidificar. Prensado: cuando el vidrio est en su punto mximo de fusin, se vaca en moldes metlicos y se prensa.
Evaluacin final (pginas 204, 205 y 206) I. 1. D. 2. E. 3. B. 4. E. 5. E. 6. D. 7. A. 8. C. II. 1. a. Para fabricar un ampolleta se debe utilizar un vidrio que conduzca dbilmente el calor, con el objeto de evitar un sobrecalentamiento del material. Para ello se emplea el vidrio de xido. El vidrio de slice se usa en la fabricacin de vasos, ya que no se requieren propiedades especficas. Por ltimo, para elaborar ollas se utilizan vidrios de borosilicato, porque resisten cambios bruscos de temperatura. b. El xido de boro modifica las propiedades del vidrio; lo vuelve ms resistente a las variaciones de temperatura. c. Mientras menor es la diferencia entre las conductividades trmicas a bajas y altas temperaturas, mayor es la resistencia del vidrio d. El vidrio de borosilicato, porque posee un rango promedio de diferencias de conductividad trmica, de 0,3 Wm-1 K-1. 2. En el proceso de electrorrefinacin, un nodo de cobre de 99,7% de pureza se purifica y se obtiene un ctodo de cobre de 99,99% de pureza. Las reacciones involucradas son: nodo Cu Cu2+ + 2e-, y en el ctodo, 2+ Cu + 2e Cu. 3. a. La ecuacin balanceada es Cu2S(s) + O2(g) 2 Cu(s) + SO2(g). b. La relacin estequiomtrica entre los reactantes es de 1:1. La de los productos es 2:1. c. El rendimiento de la reaccin es de 32,6%. Por cada 159 gramos de Cu2S se forman 127 gramos de cobre. Por lo tanto, por cada 1500 gramos de Cu2S se originan 1198,1 gramos de cobre, que corresponden al 100%, y los 415 gramos equivalen al 32,6% de rendimiento. Datos PM Cu2S:159 g mol-1: PM Cu: 63,5 g mol-1. 4. a. Al disminuir la temperatura, ambas sales se vuelven menos solubles en agua y, por lo tanto, precipitan. b. La lixiviacin es un proceso hidrometalrgico cuyo objetivo es aumentar la concentracin y purificacin de las soluciones. c. El salitre se utiliza como fertilizante, en la fabricacin de explosivos y en la industria farmacutica. d. El mtodo de Haber se emplea en la obtencin de amonaco, que es el precursor inicial para la formacin de nitrato de sodio. El amonaco se produce por la reaccin de hidrgeno y nitrgeno gaseoso a altas temperaturas y presiones. 5. a. CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) b. CaO(s) + SiO2(s) CaSiO3 III. 1. La reaccin ocurre de manera espontnea a los 850 C; el G tiene un valor de 1,77 kJ mol-1. La reaccin a 750 C no transcurre de forma espontnea, pues el G es igual a +14,2 kJ mol-1. 2. S, debido a que se requieren altas temperaturas en el proceso. Algunos compuestos son resistentes a esas temperaturas. Con el uso de catalizadores, sobre todo metlicos, se busca disminuir la energa de activacin del proceso, con lo que el gasto energtico y el tiempo de reaccin se reducen considerablemente. 3. Algunos de los problemas ambientales provocados por la industria minera son: alteraciones en el pH del suelo por la extraccin de minerales, y lluvia cida ocasionada por los gases que se liberan a la atmsfera en los procesos de fundicin, entre otros. El cido sulfrico tiene un gran poder oxidativo, y adems, al reaccionar con otras sustancias, puede formar sulfatos; todo esto lo hace un compuesto factible de ser reutilizado.
NDICE
TEMTICO
ndice temtico
A
Acero, 166, 168 cido nucleico, 15, 55, 60, 83 cido nucleico, estructura cuaternaria, 73 estructura primaria, 62, 72 estructura secundaria, 62, 72 estructura terciaria, 62, 73 cido sulfrico, 163, 180 Adicin, 24, 26 Almidn, 54, 58, 82 Aminocidos, 67, 68, 69, 70, 73, 76, 78 Amonaco, 183, 187 Anftero, 69 Azufre, 23, 42, 73, 179 Disacridos, 56, 57
E
Efecto estrico, 70 Elastmeros, 25 Emisin alfa, 104, 105, 109 Emisin beta, 104, 105, 109 Emisin gamma, 104, 106, 108, 116 Enlace peptdico, 70, 71 Enzimas, 78, 79 Estado nativo, 76 Estructura atmica, 95 Etano, 13 Etileno, 28
B
Baquelita, 31, 33 Base nitrogenada, 60, 61, 62, 83 Biolixiviacin, 163 Biopolmero, 15, 55 Bomba A, 133 Bomba de neutrones, 133 Bomba H, 133 Bronce, 160
F
Factor cintico, 154 Factor estequiomtrico, 154 Factor termodinmico, 154 Fisin nuclear, 121, 122, 123, 126 Flotacin, 162 Fosfato, 60 Fructosa, 57, 83 Fuerza atractiva, 97, 121 Fuerza repulsiva, 105, 121 Fuerzas intermoleculares, 14, 16 Fusin nuclear, 121, 124
C
Carbonin, 27 Carbocatin, 26 Carbohidratos, 56 Carbono-14, 113 Carga elctrica, 97, 106 Catalasa, 79 Caucho, 17, 23 Celulosa, 54, 56, 58, 83 Cemento, 194, 195, 201 Central nuclear, 126 Cermica, 188, 189, 201 Cinc, 160, 170 Cobre oxidado, 160, 161 Cobre sulfurado, 160, 162 Cobre, 160 Condensacin, 24, 30, 31, 70 Conformado por vaco, 36 Contador Geiger, 103 Copolmero, 18 al azar, 18 alternado, 18 en bloque, 18 injertado, 18
G
Galactosa, 57 Ganga, 159 Glucosa, 56, 57, 58
H
Hierro, 166, 167 Homopolmero, 18
I
Iniciacin, 27, 28 Iniciador, 24 Ionizacin, 108 Isotctico, 26 Istopos, 96, 102, 104, 111, 121, 124, 131
K
Kevlar, 32, 33
L
Ley de velocidad, 110 Ley del mineral, 159 Litio, 177, 178 Lixiviacin, 161
D
Datacin radiactiva, 113 Decaimiento radiactivo, 104, 111 Desnaturalizacin, 76, 82 Deuterio, 96, 124
ndice temtico
I 221
NDICE
M
TEMTICO
Q
Quitina, 54
Macromolcula, 15, 18, 55 Manganeso, 170 Mena, 159 Metano, 13 Minerales, 151 metlicos, 152, 200 no metlicos, 152, 201 primarios, 151 secundarios, 151 Modelo atmico, 94 Molibdeno, 163 Monmero, 15, 18, 24, 29, 33, 55 Monosacridos, 56, 57
R
Radiaciones, 107 alfa, 107, 116 beta, 107, 116 gamma, 107, 116 Radiacin UV, 116 Radiactividad, 102, 103 inducida, 121 natural, 102, 121 Rayos X, 106, 107, 116, 117 Reaccin en cadena, 123 Resinas, 31 Ruptura homoltica, 28
N
Nailon, 30, 33, 66 Neutrn, 96, 105, 121, 122 Nucleones, 95 Ncleo objetivo, 130 Ncleo, 95, 97, 105, 122, 124 Nclido, 96 Nmero atmico, 96, 105 Nmero msico, 96, 105
S
Salitre, 181, 182 Salmueras, 177 Series radiactivas, 109 Siliconas, 31, 33 Sitio activo, 78 Slidos amorfos, 151 Slidos cristalinos, 151
O
Oro, 171
T
Tefln, 21, 43 Termoestables, 25, 43 Termoplsticos, 25, 43 Traduccin, 63 Transcripcin, 63 Transmutacin nuclear, 120, 130 Trazadores, 131
P
PEAD, 16, 37 PEBD, 16, 37 PET, 30, 33, 37 Plata, 171 Poder ionizante, 107, 108 Poliamidas, 30 Polister, 17, 30 Polietileno, 15, 16, 17, 29 Polimerizacin, 24 aninica, 24, 27 catinica, 24, 26 radicalaria, 24, 28 Polmeros, 14, 15, 17, 23, 24, 31 biodegradables, 38 oxo-biodegradable, 38 lineal, 16 natural, 17, 23 ramificado, 14, 16 sintticos, 17, 25 Polipptidos, 67, 70, 73 Polipropileno, 26, 29, 37 Polisacridos, 56, 58 Positrn, 105 Protenas, 15, 55, 63, 67, 72, 76, 78 Protn, 95, 96, 105 Punto de ataque, 16 Punto isoelctrico, 69 PVC, 27, 29, 37
U
Uniones intermoleculares, 76
V
Vaciado, 36 Vida media, 111 Vidrio, 190, 191, 192, 193, 201 Vulcanizacin, 23
Y
Yodo, 184, 185
222 I ndice temtico
BIBLIOGRAFA
Bibliografa
1. Barrow, G. (1975). Qumica general. Barcelona: Revert S.A. 2. Brown, L. (2004). Qumica, la ciencia central. (9 edicin). Ciudad de Mxico: Pearson. 3. Chang, R. (2007). Qumica. (9 edicin). Ciudad de Mxico: McGraw-Hill. 4. Chemical Society. (2005). Qumica, un proyecto de la American Chemical Society. (1 edicin). Barcelona: Revert. 5. Hart, H. (2007). Qumica orgnica. Santiago: McGraw-Hill. 6. Hein, M. (1992). Qumica. Ciudad de Mxico: Editorial Iberoamericana. 7. Kotz, P. y Treichel, M. (2005). Qumica y reactividad qumica. (6 edicin). Ciudad de Mxico: Ediciones Thomson. 8. Lehninger, A. (1995). Principios de Bioqumica. (2 edicin). Barcelona: Ediciones Omega. 9. Mc Murry, John. (2004). Qumica orgnica. (6 edicin). Ciudad de Mxico: Editorial Thomson. 10. Petrucci, R. y Harwood, W. (1999). Qumica general. (7 edicin). Madrid: Prentice Hall. 11. Petrucci, R. (1986). Qumica general. Bogot: Editorial Fondo Educativo Interamericano. 12. Solomon, B. y Ville, M. (1996). Biologa. Ciudad de Mxico: Interamericana McGraw-Hill. 13. Whitten, K., Davis, R. y Peck, M. (1999). Qumica general. (5 edicin). Madrid: McGraw Hill.
Bibliografa
I 223
AGRADECIMIENTOS
Agradecimientos
Conama, por fotografa de la pgina 11. Codelco, por fotografa de la pgina 164.
224 I Agradecimientos

Química 4º Media

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Quimica inicio_12ene_Quimica 1 medio 26-07-11 13:54 Pgina 2

2010,bySantillanadelPacficoS.A.deEdiciones Dr.AnbalArizta1444,Providencia,Santiago(Chile) ImpresoenChileporWorldColorChileS.A. ISBN:978-956-15-1756-1 InscripcinN:197.837 Setermindeimprimiresta1edicinde 112.000ejemplares,enelmesdediciembredelao2010. www.santillana.cl

Quimica inicio_12ene_Quimica 1 medio 26-07-11 13:54 Pgina 3

Quimica inicio_12ene_Quimica 1 medio 26-07-11 13:54 Pgina 4

DE UNIDAD Y DESARROLLO DE CONTENIDOS

Quimica inicio_12ene_Quimica 1 medio 26-07-11 13:54 Pgina 5

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Informacin que te servir para apoyar tu trabajo a lo largo de las unidades.

Organizacin del Texto del Estudiante

Quimica inicio_12ene_Quimica 1 medio 26-07-11 13:54 Pgina 8

La qumica de los polmeros

Evaluacin diagnstica Tema 1 Introduccin a los polmeros

1. Historia de los polmeros sintticos 2. Clasificacin de los polmeros sintticos

Materia y energa: radiactividad natural e inducida

Tema 3 Fenmenos nucleares inducidos y sus aplicaciones

Quimica inicio_12ene_Quimica 1 medio 26-07-11 13:54 Pgina 9

Evaluacin diagnstica Tema 1 Carbohidratos y cidos nucleicos

Extraccin y procesamiento de materias primas

Anexo 1 Anexo 2 Anexo 3

208 209 210

Solucionario ndice temtico Bibliografa

214 221 223

UNIDAD 1_12ene_QUIMICA 26-07-11 15:11 Pgina 10

La qumica de los polmeros

UNIDAD 1_12ene_QUIMICA 26-07-11 15:11 Pgina 11

La qumica de los polmeros

Gentileza Cona ma, Comisin Nacional de Me dio Ambiente.

UNIDAD 1_12ene_QUIMICA 26-07-11 15:12 Pgina 12

I Observa la estructura molecular del isooctano y, luego, responde por escrito.

II Observa las estructuras de los siguientes aminocidos y responde.

O H2N CH C OH CH3 Alanina (Ala)

III Identifica y escribe los grupos funcionales existentes en la siguiente molcula.

UNIDAD 1_12ene_QUIMICA 26-07-11 15:12 Pgina 13

UNIDAD 1 EVALUACIN DIAGNSTICA

H3C CH2 NH2

Compuesto Metano Metanol Etano Etanol Propano Propanol

Masa molar (g mol ) 16,04 32,04 30,07 46,07 44,09 60,09

Punto de ebullicin (C) -161,4 64,7 -88,6 78,4 -42,2 97,8

Fuente: Handbook of Chemistry and Physics. 84th edition (2003-2004).

Lo que me gustara saber

UNIDAD 1_12ene_QUIMICA 26-07-11 15:12 Pgina 14

Introduccin a los polmeros

UNIDAD 1_12ene_QUIMICA 26-07-11 15:12 Pgina 15

UNIDAD 1 - TEMA 1 DESARROLLO DE CONTENIDOS

1. Caractersticas generales de los polmeros

UNIDAD 1_12ene_QUIMICA 26-07-11 15:12 Pgina 16

2. Clasificacin de los polmeros

UNIDAD 1_12ene_QUIMICA 26-07-11 15:12 Pgina 17

UNIDAD 1 - TEMA 1 DESARROLLO

2.2. Clasificacin segn su origen: polmeros naturales y sintticos

Seleccionar informacin y clasificar

La qumica de los polmeros

UNIDAD 1_12ene_QUIMICA 26-07-11 15:12 Pgina 18

2.3. Clasificacin segn la composicin de sus cadenas: homopolmeros y copolmeros

Copolmero al azar Copolmero alternado Copolmero en bloque

Observa las siguientes representaciones de los polmeros y, luego, responde en tu cuaderno.

UNIDAD 1_12ene_QUIMICA 26-07-11 15:12 Pgina 19