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FyQ 4ºESO

Física y Química 4ºESO


Información para l@s alumn@s y familias:
Apuntes 4º ESO en pdf:

Presentaciones 4º ESO en pdf:

Libro de consulta donado de la editorial ELZEVIR (Refuerzo y Ampliación)

Hojas de ejercicios 


Hojas de ejercicios  (Refuerzo y Ampliación)

INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA


La investigación científica, nos ayuda a mejorar el estudio porque nos permite establecer contacto con la realidad a fin de que la conozcamos mejor. Constituye un estímulo para la actividad intelectual creadora. La Investigación es un proceso que, mediante la aplicación del método científico, procura obtener información relevante, para entender, verificar, corregir o aplicar el conocimiento.

El método científico consta de las siguientes fases: identificación del problema, formulación de hipótesis, comprobación de hipótesis, extracción de conclusiones y comunicación de resultado.

En este vídeo se explica el método científico y sus etapas:

 
 

Una magnitud física es toda propiedad de los cuerpos que puede ser medida.
Un factor de conversión es una fracción igual a la unidad que expresa la equivalencia entre dos unidades.

Un número expresado en notación científica estará formado por un número decimal con una parte entera de una sola cifra distinta de 0, multiplicado por una potencia de 10 de exponente entero.

El error absoluto de una medida es la diferencia, en valor absoluto, entre el valor aproximado obtenido en la medición y el valor verdadero o exacto de la medida. Se expresa en las mismas unidades que la magnitud medida.
El error relativo de una medida es el cociente entre el error absoluto y el valor verdadero o exacto de la medida. No tiene dimensiones y determina el error que se comete por cada unidad de la magnitud medida.
Las cifras significativas de una medida son todas las que se conocen con certeza, más una dudosa, es decir, que tiene un margen de error.
Una medida experimental se expresa mediante un intervalo determinado por el valor numérico obtenido, con todas sus cifras significativas, y el error absoluto correspondiente, que supondremos igual a la resolución del instrumento de medidad.

Algunos de los instrumentos y productos que se utilizan en el laboratorio pueden resultar peligrosos si no se manipulan correctamente. Para evitar riesgos, deberemos respetar siempre las normas de seguridad y observar los símbolos que aparecen en la etiqueta de los envases.






CINEMÁTICA: EL MOVIMIENTO


Las magnitudes fundamentales para estudiar el movimiento de un cuerpo son el tiempo, la posición, la velocidad y la aceleración.

ACTIVIDAD II: Cinemática y Cinemática II

Cuando un objeto se mueve en línea recta decimos que su movimiento es rectilíneo. Si este movimiento es siempre a la misma velocidad, se llama movimiento rectilíneo uniforme (MRU).
Si, por el contrario, el movimiento está acelerado y está aceleración es siempre la misma, se denomina movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA).

ACTIVIDAD III: Ejemplos de MRU y MRUA
Decimos que un cuerpo realiza un movimiento circular uniforme (MCU) cuando su trayectoria es una circunferencia y su velocidad angular es constante, parámetros característicos de este movimiento es el período y la frecuencia.




Recuerda las magnitudes fundamentales para estudiar el movimiento de un cuerpo son el tiempo, la posición, la velocidad y la aceleración.


Cuando un objeto se mueve en línea recta decimos que su movimiento es rectilíneo. Si este movimiento es siempre a la misma velocidad, se llama movimiento rectilíneo uniforme (MRU).
Si, por el contrario, el movimiento está acelerado y está aceleración es siempre la misma, se denomina movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA).


Repasa las siguientes actividades y simulaciones, relacionadas con los movimientos rectilíneo uniforme y movimiento rectilíneo uniformemente acelerado

ACTIVIDAD VI: Cálculo de velocidad
ACTIVIDAD VII: Gráfica del MRUA

Decimos que un cuerpo realiza un movimiento circular uniforme (MCU) cuando su trayectoria es una circunferencia y su velocidad angular es constante, parámetros característicos de este movimiento es el período y la frecuencia.


La composición de movimientos se basan en dos principios:
  • Principio de Independencia: Cuando un móvil está sometido por causas diferentes a dos movimientos simultáneamente, su cambio de posición es independiente de considerarlos simultáneos o sucesivos
  • Principio de superposición: La posición, velocidad y aceleración vienen dados por la suma vectorial de los movimientos parciales.
ACTIVIDAD IX: Actividades interactivas de composición de movimientos



MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME
Movimiento Circular Uniforme (MCU)
Imagen de HereToHelp

El movimiento circular uniforme (M.C.U.) es el que describe un cuerpo que se mueve alrededor de un eje de giro con un radio y una velocidad angular (ω) constantes, trazando una circunferencia y con una aceleración centrípeta. En este movimiento, la dirección varia en cada instante.  Un ejemplo de este movimiento es una rueda de automóvil que gira a una ω constante.





LAS FUERZAS: LEYES DE LA DINÁMICA


Una fuerza es toda acción capaz de producir alguna deformación en los cuerpos sobre los que actúa o alterar su estado de reposo o de movimiento. La dinámica es la rama de la física que describe la evolución en el tiempo de un sistema físico en relación con los motivos o causas que provocan los cambios de estado físico y/o estado de movimiento. El objetivo de la dinámica es describir los factores capaces de producir alteraciones de un sistema físico, cuantificarlos y plantear ecuaciones de movimiento o ecuaciones de evolución para dicho sistema de operación.







Las tres leyes de Newton son:
  • Primera ley: Todo cuerpo mantiene su estado de movimiento hasta que actúa una fuerza sobre él
  • Segunda ley: La aceleración que sufre un cuerpo es proporcional a la fuerza que actúa sobre él.
  • Tercera ley: Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, recibe esa misma fuerza en sentido contrario.
Aplicando estas tres leyes sobre las fuerzas que habitualmente actúan sobre un cuerpo podemos establecer cómo se mueve dicho cuerpo.
La ley de la gravitación universal establece que entre dos cuerpos siempre existe una fuerza proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Esta fuerza explica por qué los objetos pesan y por qué unos astros están orbitando en torno a otros. Para poder percibir está fuerza necesitamos que al menos uno de los objetos tenga una masa enorme (como la Tierra, la Luna o el Sol).






DESCOMPOSICIÓN DE FUERZAS
Descomposición de fuerzas

La descomposición de fuerzas es el proceso de representar una fuerza inclinada como la suma de dos fuerzas perpendiculares (componentes) que actúan en los ejes X e Y. 
Se utiliza para simplificar los problemas al analizar el efecto de la fuerza en cada dirección por separado, empleando las razones trigonométricas (seno y coseno).

Método de descomposición
  1. Identifica los ejes: Se eligen dos ejes perpendiculares, usualmente el eje X (horizontal) y el eje Y (vertical), que se alinean con las direcciones de interés del problema.
  2. Proyecta la fuerza: Se "proyecta" la fuerza original sobre cada uno de los ejes para obtener las componentes X e Y. Esto se hace dibujando líneas perpendiculares desde el extremo de la fuerza hasta los ejes.
  3. Aplica la trigonometría: Para calcular el módulo de las componentes, se usan las razones trigonométricas:
  • Componente en X (𝐹𝑥):  𝐹𝑥=𝐹⋅cos(𝜃)
  • Componente en Y (𝐹𝑦): 𝐹𝑦=𝐹⋅sen(𝜃)
Donde: 𝐹 es el módulo de la fuerza original y 𝜃 es el ángulo que forma con uno de los ejes.

En este vídeo puedes ver un ejemplo en el que se suman fuerzas concurrentes:




LABORATORIO VIRTUAL DE DINÁMICA


Laboratorio de dinámica de Educaplus


La dinámica es una de las partes fundamentales de la Física, ya que nos permite entender por qué se mueven los cuerpos, cómo actúan las fuerzas y de qué manera influyen la masa, el rozamiento y la aceleración en el movimiento.

En los siguientes enlaces puedes ver simulaciones/ejercicios de dinámica explicados de forma clara y progresiva, pensados para estudiantes de ESO y Bachillerato. Los problemas están inspirados en los contenidos habituales de aula y en recursos educativos como Educaplus, e incluyen situaciones reales para facilitar la comprensión y el estudio

Actividad 1: Leyes de la dinámica
Actividad 2: Dinámica de la polea


LEY DE GRAVITACIÓN UNIVERSAL

Ley de gravitación universal
Imagen propiedad de Wiki LIC

La ley de gravitación universal, formulada por Isaac Newton, establece que dos cuerpos con masa se atraen mutuamente con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
La fórmula matemática es:

Ley de gravitación universal
Imagen propiedad de I. Dennis Nilsson

Donde:
F es la fuerza de atracción gravitatoria, G es la constante de gravitación universal, m1 y m2 son las masas de los dos objetos y r es la distancia entre los centros de los dos objetos.

Del enunciado podemos extraer estas particularidades:
  • La fuerza gravitatoria es una fuerza de atracción: Todos los objetos con masa en el universo se atraen entre sí con una fuerza.
  • Proporcionalidad directa con la masa: La magnitud de esta fuerza gravitatoria es mayor si las masas de los objetos son más grandes.
  • Proporcionalidad inversa al cuadrado de la distancia: La fuerza disminuye al aumentar la distancia entre los cuerpos, siguiendo una relación de inverso del cuadrado.
  • La fuerza gravitatoria actúa en la línea que une los centros de las masas: La fuerza actúa en la dirección del segmento de línea que une los centros de los dos cuerpos.
 


LAS LEYES DE KEPLER 


Las Leyes de Kepler, que describen el movimiento de los planetas alrededor del Sol. Fueron formuladas por el astrónomo Johannes Kepler a principios del siglo XVII, y fueron importantes por los siguientes motivos:
  • Confirmaron el modelo heliocéntrico de Copérnico.
  • Sirvieron como base para que Newton formulara su Ley de Gravitación Universal
  • Se aplican no solo a planetas alrededor del Sol, sino a cualquier cuerpo que orbite alrededor de otro bajo la influencia de la gravedad (por ejemplo, lunas alrededor de planetas).


Primera Ley de Kepler: Ley de las Órbitas
"Los planetas se mueven alrededor del Sol describiendo órbitas elípticas, donde el Sol ocupa uno de los focos de la elipse."
Explicación:
  • Las órbitas no son circulares, sino elípticas (aunque en muchos casos son casi circulares).
  • El Sol no está en el centro de la elipse, sino en uno de sus dos focos.
  • Esto implica que la distancia entre el planeta y el Sol varía a lo largo de su órbita.

Segunda Ley de Kepler: Ley de las Áreas
"El radio vector que une un planeta con el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales."
Explicación:
  • El radio vector es la línea imaginaria que conecta el centro del planeta con el centro del Sol.
  • Esta ley indica que el planeta se mueve más rápido cuando está más cerca del Sol (en el perihelio) y más lento cuando está más lejos (en el afelio).
  • Es una consecuencia de la conservación del momento angular.

Tercera Ley de Kepler: Ley de los Períodos
"El cuadrado del período orbital de un planeta es directamente proporcional al cubo del semieje mayor de su órbita."
Explicación:
  • Esta ley permite relacionar el tiempo que tarda un planeta en orbitar alrededor del Sol con su distancia media al mismo.
  • Cuanto más lejos está un planeta del Sol, más tiempo tarda en completar su órbita.

FUERZA EN FLUIDOS





La presión es la fuerza que actúa sobre la unidad de superficie, por ese motivo una misma fuerza puede dar lugar a una presión mayor o menor dependiendo de la superficie sobre la que actúe.

Actividad I: Concepto de presión
Actividad II: Tipos de presión

El término fluido incluye a los líquidos y a los gases. Los fluidos tiene peso, por tanto, ejercen presión sobre los objetos situados en su interior. Esta presión actúa en todos los puntos del fluido y debemos saber que  "Las fuerzas que el fluido ejerce sobre un objeto sumergido en él son perpendiculares a las superficies del objeto". Estas fuerzas son consecuencia de la presión que ejerce el fluido. 

Actividad III: Simulación presión

La presión hidrostática en el interior de un líquido depende de: 
  • La densidad del líquido. 
  • El valor de la gravedad. 
  • La profundidad o altura de la capa de líquido que hay por encima del punto considerado. 

El Principio de Pascal nos indica que la presión ejercida sobre un líquido se transmite a todos sus puntos, en todas direcciones y sin perder intensidad. 


La presión atmosférica es la fuerza que ejerce la atmósfera sobre cada metro cuadrado de superficie de la Tierra. Esta fuerza es el peso de la columna de aire que dicha superficie tiene encima, el primero que la midió fue Torricelli



El Principio de Arquímedes indica que todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido experimenta un empuje  hacia arriba igual al peso del volumen del fluido desalojado.

Actividad VIII: Principio de Arquímedes
Actividad IX: Flotabilidad




LA PRESIÓN HIDROSTÁTICA

La presión hidrostática

La presión hidrostática es la presión que ejerce un fluido en reposo (líquido o gas) sobre un cuerpo sumergido o sobre las paredes del recipiente que lo contiene. Esta presión es el resultado del peso de la columna de fluido que se encuentra por encima del punto de medición.

La presión hidrostática (𝑃) se calcula mediante la expresión:

𝑃 = 𝜌⋅𝑔⋅ℎ


donde:
𝑃 = Presión hidrostática (en Pascales, Pa, en el Sistema Internacional)
𝜌 = Densidad del fluido (en 𝑘𝑔/𝑚3)
𝑔 = Aceleración debida a la gravedad (en 𝑚/𝑠2)
ℎ = Profundidad (o altura de la columna de fluido por encima del punto, en metros, m)

Conceptos clave
  • Origen: Surge de la fuerza de la gravedad actuando sobre la masa del fluido. El peso del fluido es soportado por las capas inferiores, generando presión que aumenta con la profundidad.
  • Dirección: En un fluido en reposo, la presión hidrostática actúa de manera perpendicular a todas las superficies de contacto (incluyendo las paredes del recipiente y cualquier objeto sumergido) y en todas direcciones.
  • Dependencia: La presión hidrostática en un punto específico depende principalmente de tres factores, como se describe en el principio fundamental de la hidrostática: 
  1. La densidad (𝜌) del fluido: A mayor densidad, mayor presión.
  2. La aceleración de la gravedad (g): En la Tierra se considera constante (9,8 N/kg).
  3. La profundidad (ℎ): A mayor profundidad, mayor es el volumen y peso del fluido por encima, por lo que la presión aumenta linealmente.
La presión hidrostática en un punto dentro de un fluido en reposo depende únicamente de la densidad del fluido (𝜌), la aceleración de la gravedad (𝑔) y la profundidad (ℎ) desde la superficie libre del fluido. No depende de la forma o el área del recipiente, un concepto clave en la hidrostática.

Vídeo demostración de la expresión de la presión hidrostática:



EL PRINCIPIO DE PASCAL

El principio de Pascal: La prensa hidráulica

El principio de Pascal es una ley enunciada por el físico-matemático francés Blaise Pascal, que se resume en la frase:

"La presión ejercida sobre un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido."

El principio de Pascal: La prensa hidráulica
Imagen propiedad de Darbyshmr

La prensa hidráulica es una máquina compleja que permite amplificar las fuerzas y constituye el fundamento de elevadores, prensas hidráulicas, frenos y muchos otros dispositivos hidráulicos.
La prensa hidráulica constituye la aplicación fundamental del principio de Pascal y también un dispositivo que permite entender mejor su significado. Consiste, en esencia, en dos cilindros de diferente sección comunicados entre sí, y cuyo interior está completamente lleno de un líquido que puede ser agua o aceite. Dos émbolos de secciones diferentes se ajustan, respectivamente, en cada uno de los dos cilindros, de modo que estén en contacto con el líquido. Cuando sobre el émbolo de menor sección A1 se ejerce una fuerza F1 la presión p1 que se origina en el líquido en contacto con él se transmite íntegramente y de forma casi instantánea a todo el resto del líquido. Por el principio de Pascal esta presión será exactamente igual a la presión p2 que ejerce el fluido en la sección A2.



EL PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

Principio de Arquímedes

El principio de Arquímedes es el principio físico que afirma: "Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo experimenta un empuje vertical hacia arriba igual al peso del fluido desalojado". Esta fuerza recibe el nombre de empuje hidrostático o de Arquímedes, y se mide en newtons (en unidad fundamental el SI). El principio de Arquímedes se expresa mediante la siguiente fórmula:


E = Pe ·V=ρf  · g ·V

o bien cuando se desea determinar para compararlo contra el peso del objeto:


E= −Pe ·V= −ρf  · g ·V

donde E es el empuje, Pe es el peso específico del fluido,​ ρf es la densidad del fluido, V el volumen de fluido desplazado, por algún cuerpo sumergido parcial o totalmente en el mismo y g la aceleración de la gravedad. De este modo, el empuje depende de la densidad del fluido, del volumen del cuerpo y de la gravedad existente en ese lugar.  El empuje (en condiciones normales y descrito de modo simplificado actúa verticalmente hacia arriba y está aplicado en el centro de gravedad del cuerpo; este punto recibe el nombre de centro de carena.

Ejemplo del principio de Arquímedes: "Ejercicio del iceberg"




TRABAJO Y ENERGÍA



El Principio de conservación de la energía indica que la energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma de unas formas en otras. En estas transformaciones, la energía total permanece constante; es decir, la energía total es la misma antes y después de cada transformación.

En el caso de la energía mecánica se puede concluir que, en ausencia de rozamientos y sin intervención de ningún trabajo externo, la suma de las energías cinética y potencial permanece constante. Este fenómeno se conoce con el nombre de Principio de conservación de la energía mecánica.

Como la energía mecánica es igual a la suma de la energía cinética y la energía potencial gravitatoria que posee un cuerpo, la única forma de mantenerse constante es que:
  • Cuando la energía cinética aumenta la energía potencial gravitatoria disminuye,
  • Cuando la energía potencial gravitatoria aumenta la energía cinética disminuye.



PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN 
DE LA ENERGÍA MECÁNICA

Principio de conservación de la energía mecánica
Imagen propiedad de Por DemonDeLuxe 

El principio de conservación de la energía mecánica establece que la energía mecánica total (suma de energía cinética y potencial) de un sistema se mantiene constante si solo actúan fuerzas conservativas (como la gravedad) y no hay fricción ni resistencia del aire, implicando que la energía se transforma entre cinética y potencial, pero su total no cambia. Si actúan fuerzas no conservativas (rozamiento), la energía mecánica disminuye, convirtiéndose en calor, aunque la energía total del universo se conserva.

Principio de conservación de la energía en un péndulo

En este vídeo se comenta el principio de conservación de la energía mecánica:

 



EL ÁTOMO Y LOS MODELOS ATÓMICOS

El átomo


Los modelos atómicos han variado a lo largo de la historia, los resumiremos a continuación:

RESUMEN DEL TEMA: Átomos y Modelos Atómicos
RESUMEN DEL TEMA: Construyendo átomos


Este vídeo también te ayudará:


ACTIVIDAD I : El Átomo

Modelo de Dalton: Propone que los átomos están formados por esferas compactas e indivisibles. Explica adecuadamente los aspectos ponderales de las reacciones químicas, pero es insuficiente para explicar la naturaleza eléctrica de la materia.
ACTIVIDAD II : Modelo de Dalton

Modelo de Thomson: El átomo está formado por unas partículas con carga eléctrica negativa (electrones), inmersas en un fluido de carga eléctrica positiva.
Modelo nuclear: Los átomos tienen dos partes: el núcleo central, pequeño y compacto, y la corteza alrededor del núcleo y prácticamente vacía. Aspectos a tener en cuenta en este modelo son los siguientes:
  • El núcleo está formado por los protones, con carga eléctrica positiva, y los neutrones, eléctricamente neutros.
  • El número atómico. Es el número de protones que tiene el núcleo. Se representa con la letra Z y coincide con el número de electrones cuando el átomo es neutro. Todos los átomos de un elemento químico tienen el mismo número atómico.
  • El número másico. Es el número total de partículas que hay en el núcleo de un átomo (protones y neutrones). Se representa con la letra A.
  • Los isótopos son átomos del mismo elemento que tienen el mismo número atómico, pero distinto número másico.

La corteza atómica es la zona exterior del átomo donde están los electrones moviéndose en torno al núcleo, ocupa casi todo el volumen del átomo, aunque tiene una masa muy pequeña comparada con la del núcleo.

Los electrones se distribuyen en la corteza en capas o niveles de energía que contienen subniveles. En cada capa pueden situarse: 2 electrones en la 1ª capa (El subnivel s), 8 electrones en la 2ª capa (Dos en el subnivel s y Seis en el subnivel p), 18 electrones en la 3ª capa (Dos en el subnivel s, Seis en el subnivel p y Diez en el subnivel d), 32 electrones en la 4ª capa, etc..


Los iones son átomos que ha perdido o ganado electrones en su corteza electrónica. Pueden ser aniones (iones  negativos) o cationes (iones positivos).

ACTIVIDAD  VIII: Concepto Moderno de Átomo


TABLA PERIÓDICA


Los elementos químicos aparecen clasificados en orden creciente de número atómico en la Tabla Periódica distribuidos a lo largo de 18 columnas o grupos y 7 filas o períodos.
Los átomos, por lo general, se presentan agrupados formando elementos (átomos del mismo número atómico) o compuestos (átomos de distinto número atómico). Las moléculas están formadas por dos o más átomos de un mismo o de diferentes elementos.

Los átomos de los elementos tienden a ganar, perder o compartir electrones para conseguir que su nivel más externo adquiera una configuración más estable. El enlace químico es la unión que se establece entre las partículas elementales que constituyen una sustancia. Existe este tipo de enlaces:

  • El enlace iónico es la unión que resulta de la presencia de fuerzas de atracción electrostática entre iones de distinto signo.
  • El enlace covalente es la unión de dos átomos que comparten uno o más pares de electrones.
  • El enlace metálico es la unión que existe entre los átomos de los metales, que se encuentran formando una red cristalina.

TABLA PERIÓDICA

Presentación "La tabla periódica de los elementos"


                                  ACTIVIDAD: Tabla Periódica y Tipos de Enlaces


CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA



La configuración electrónica indica la forma en la cual los electrones se estructuran u organizan en un átomo, de acuerdo con el modelo de capas electrónicas, que expresa a las funciones de onda del sistema como un producto de orbitales s, p, d y f.

El diagrama de Moeller, también llamado regla de las diagonales,,​ es una guía utilizada en química para calcular la configuración electrónica de un átomo neutro mediante su número atómico (Z).

La configuración electrónica

Práctica de la configuración electrónica de los elementos




El principio de exclusión de Pauli es una regla que establece, que no puede haber en un átomo dos electrones con todos sus números cuánticos idénticos. En un mismo orbital solamente pueden existir dos electrones y con sus espines opuestos.

El principio de máxima multiplicidad de Hund indica que al llenar orbitales de igual energía (los tres orbitales p, los cinco d, o los siete f) los electrones se distribuyen, siempre que sea posible, con sus espines paralelos, es decir, que no se cruzan. La partícula es más estable  cuando tiene electrones desapareados (espines paralelos) que cuando esos electrones están apareados (espines opuestos o antiparalelos).

ACTIVIDAD I: Principios de exclusión de Pauli y de máxima multiplicidad de Hund
ACTIVIDAD II: Orden energético creciente de llenado de electrones
ACTIVIDAD III: Estructuras electrónicas de los átomos
ACTIVIDAD IV: Repasa las configuraciones electrónicas
ACTIVIDAD V: Práctica las configuraciones electrónicas


Los elementos químicos aparecen clasificados en orden creciente de número atómico en la Tabla Periódica distribuidos a lo largo de 18 columnas o grupos y 7 filas o períodos. En cada grupo se colocan elementos con propiedades similares y en cada período se van colocando los elementos en orden creciente de número atómico.

ACTIVIDAD VI: Conoce la Tabla Periódica
ACTIVIDAD VII: Elige tu Tabla Periódica favorita
ACTIVIDAD VIII: Juega al tetris con la Tabla Periódica
ACTIVIDAD IX: Tabla periódica interactiva muy útil
ACTIVIDAD X: 2019 Año Internacional de la Tabla Periódica y de los Elementos Químicos

Recuerda:
"Solamente hay dos tipos de personas, los que se saben la tabla periódica y los que no...."
Los átomos de los elementos tienden a ganar, perder o compartir electrones para conseguir que su nivel más externo adquiera una configuración más estable. El enlace químico es la unión que se establece entre las partículas elementales que constituyen una sustancia. Existe este tipo de enlaces:

  • El enlace iónico es la unión que resulta de la presencia de fuerzas de atracción electrostática entre iones de distinto signo.
  • El enlace covalente es la unión de dos átomos que comparten uno o más pares de electrones.
  • El enlace metálico es la unión que existe entre los átomos de los metales, que se encuentran formando una red cristalina.

                                  ACTIVIDAD IX: Tabla Periódica y Tipos de Enlaces


PROPIEDADES PERIÓDICAS


PRESENTACIÓN PROPIEDADES PERIÓDICAS


La energía de ionización es la energía mínima que se requiere para arrancar un electrón de un átomo gaseoso en su estado fundamental, transformándolo en un catión.

La afinidad electrónica es la energía liberada cuando un átomo gaseoso en su estado fundamental incorpora un electrón, transformándose en un anión.

La electronegatividad es la tendencia que tiene un elemento para atraer hacia sí el par electrónico del enlace compartido con otro.

El radio atómico indica la distancia que existe entre el núcleo y el orbital más externo de un átomo. Por medio del radio atómico, es posible determinar el tamaño del átomo.
El radio iónico establece la distancia entre el centro del núcleo del átomo y el electrón estable más alejado del mismo, pero haciendo referencia no al átomo, sino al ion.
Para repasar las propiedades periódicas puedes visitar las siguientes actividades y reflexionar los motivos por los que varían las propiedades periódicas:

ACTIVIDAD V: Repasa las propiedades periódicas y realiza los ejercicios
ACTIVIDAD VI: Propiedades periódicas I
ACTIVIDAD VII: Propiedades periódicas II 
ACTIVIDAD VIII: Ejercicios para practicar las propiedades periódicas
ACTIVIDAD IX: Identifica propiedades


ENLACE QUÍMICO


Un enlace químico es la interacción física responsable de las interacciones entre átomos, moléculas e iones, que tiene una estabilidad en los compuestos diatómicos y poliatómico.

En general, el enlace químico fuerte está asociado a la transferencia de electrones de valencia entre los átomos participantes. Las moléculas, cristales, y gases diatómicos está unido por enlaces químicos, que determinan las propiedades físicas y químicas de la materia.

Las cargas opuestas se atraen, porque, al estar unidas, adquieren una situación más estable que cuando estaban separados. Esta situación de mayor estabilidad suele darse cuando el número de electrones que poseen los átomos en su último nivel es igual a ocho, estructura que coincide con la de los gases nobles ya que los electrones que orbitan el núcleo están cargados negativamente, y que los protones en el núcleo lo están positivamente, la configuración más estable del núcleo y los electrones es una en la que los electrones pasan la mayor parte del tiempo entre los núcleos, que en otro lugar del espacio. Estos electrones hacen que los núcleos se atraigan mutuamente.

 

El enlace químico es la fuerza de unión entre átomos para lograr estabilidad, generalmente completando su última capa de electrones (regla del octeto). Existen tres tipos principales basados en la transferencia o compartición de electrones: iónico (metal + no metal, transfiere electrones), covalente (no metal + no metal, comparte electrones) y metálico (metal + metal, "mar" de electrones).

Los átomos buscan ser más estables, alcanzando una configuración electrónica similar a la de un gas noble (generalmente 8 electrones en la última capa), lo que reduce su energía total, formando tres tipos de enlaces:

Enlace Iónico (Metal + No metal):

  • Ocurre por transferencia de electrones del metal al no metal.
  • Forma cationes (+) y aniones (-).
  • Se unen por fuerzas electrostáticas, formando redes cristalinas (sólidos), no moléculas.
  • Propiedades: Altos puntos de fusión, solubles en agua, conducen la electricidad disueltos o fundidos.

Enlace Covalente (No metal + No metal):

  • Los átomos comparten electrones para completar su capa.
  • Forman moléculas (unidades pequeñas) o redes covalentes.
  • Propiedades: Bajos puntos de fusión (suelen ser gases o líquidos), no conducen la electricidad, insolubles en agua (generalmente).

Enlace Metálico (Metal + Metal):

  • Los átomos metálicos liberan electrones, creando un "mar" de electrones deslocalizados que rodean a los cationes.
  • Propiedades: Buenos conductores de electricidad y calor, maleables, dúctiles y con alto punto de fusión.
Para repasar el tema de enlace químico de 4ºESO  puedes descargar la presentación:

Presentación Enlace Químico


ENLACE  COVALENTE: MOLÉCULAS COVALENTES Y SÓLIDOS COVALENTES

El enlace covalente: Moléculas covalentes y cristales covalentes


El enlace covalente se produce entre dos átomos cuando estos átomos se unen, para alcanzar el octeto estable, compartiendo electrones del último nivel (excepto el hidrógeno que alcanza la estabilidad cuando tiene 2 electrones). Para generar un enlace covalente es preciso que la diferencia de electronegatividad entre los átomos sea menor a 1,7.

ACTIVIDAD II:  Simulador de moléculas polares y apolares
ACTIVIDAD III: Juega con los enlaces

Denominamos estructura de Lewis al esquema en el que aparecen todos los átomos de la molécula con sus electrones de la última capa y en la que vemos tanto los pares compartidos o enlaces covalentes, como los no compartidos o pares no enlazantes.
Los pasos a seguir son:
  • Realizar la configuración electrónica de los átomos para conocer cuántos electrones de valencia tienen.
  • Saber los enlaces que quiere formar cada uno de los átomos, serán los mismos que electrones le falten para completar el octeto.
  • Dibujar esos pares enlazantes y añadir los pares no enlazantes a cada átomo para que aparezcan todos sus electrones de la última capa.

Las estructuras resonantes son útiles porque permiten representar moléculas, iones y radicales para los cuales resulta inadecuada una sola estructura de Lewis. Se escriben entonces dos o más de dichas estructuras y se les llama estructuras en resonancia o contribuyentes de resonancia.

ACTIVIDAD VI:  La resonancia en química
ACTIVIDAD VII: Resonancia del benceno
ACTIVIDAD VIII: Estructuras resonantes


Para que una molécula sea polar, debe tener átomos con diferente electronegatividad y separación de cargas en la moléculas, con estas dos premisas en la molécula habrá un momento dipolar en la molécula.

Los compuestos covalentes  diferenciaremos entre las propiedades de las moléculas y los cristales.
Los compuestos covalentes moleculares:

  • Tienen puntos de fusión y ebullición bajos debido a que las fuerzas entre las moléculas son débiles, siendo mayores cuando aumenta la polaridad.
  •  No conducen la electricidad ya que no hay cargas ni electrones libres.
  • Se disuelven en sustancias con su misma polaridad, es decir, si es apolar en disolventes apolares y en polares cuando sea polar.

Los cristales covalentes :

  • Tienen altos puntos de fusión y ebullición por estar los átomos unidos por enlaces covalentes bastante fuertes.
  • Son insolubles en casi todos los disolventes.
  • No conducen el calor ni la electricidad, a excepción del grafito que dispone de electrones que pueden moverse entre las capas planas. 
ACTIVIDAD XII: Propiedades de los sólidos covalentes

Este vídeo y las actividades siguientes te pueden servir para repasar la formación y las propiedades del enlace covalente:



ACTIVIDAD XIII: Repasa el enlace covalente I
ACTIVIDAD XIV: Repasa el enlace covalente II


ENLACE  IÓNICO: CRISTALES IÓNICOS

El enlace iónico: Cristales iónicos


El enlace iónico es el resultado de la fuerzas de atracción electrostática entre iones de distinto signo. 
Un enlace se considera iónico cuando la electronegatividad de los elementos que forman el enlace es superior a 1,8.


Los compuestos iónicos forman redes cristalinas constituidas por un número enorme de iones de carga opuesta, unidos por fuerzas electrostáticas. Este tipo de atracción determina las propiedades observadas. Si la atracción electrostática es fuerte, se forman sólidos cristalinos de elevado punto de fusión e insolubles en agua; si la atracción es menor, como en el caso del NaCl, el punto de fusión también es menor y, en general, son solubles en agua e insolubles en líquidos apolares, como el benceno.

ACTIVIDAD III: Redes iónicas cristalinas
ACTIVIDAD IV: Redes iónicas
ACTIVIDAD V: Resumen de las propiedades del enlace iónico

La energía de red o energía reticular es la energía que se desprende al fomarse un mol de cristal iónico a partir de los iones que lo componen en estado gaseoso. Para calcular la energía reticular se puede usar la ecuación de Born-Landé

ACTIVIDAD VI: Parámetros de los que depende la energía de red

Mediante el ciclo de Born-Haber es posible calcular el valor de la energía reticular utilizando un camino indirecto basado en la ley de Hess, sin más que sumar los cambios de energía que tienen lugar en el proceso de formación del compuesto iónico.

ACTIVIDAD VII: Vídeo del ciclo de Born-Haber
ACTIVIDAD VIII: Ciclo de Born-Haber
ACTIVIDAD IX: Ejemplos del Ciclo de Born-Haber

Este vídeo y las actividades siguientes te pueden servir para repasar la formación y las propiedades del enlace iónico:



ACTIVIDAD X: Repasa el enlace iónico




ENLACE  METÁLICO: REDES METÁLICAS

Enlace metálico

Un enlace metálico es un enlace químico que mantiene unidos los átomos de los metales entre sí.  Existe la unión entre núcleos atómicos y los electrones de valencia, que se juntan alrededor de éstos núcleo atómicos y forman la nube electrónica En el enlace metálico todos los átomos comparten los electrones del nivel más externo, dando lagar a redes cristalinas metálicas. 

Los compuestos metálicos se ordenan redes tridimensionales, ocupando posiciones de equilibrio en los vértices de determinadas formas geométricas. Los metales de uso industrial más frecuente cristalizan en tres redes que son:
  • Red cúbica centrada en el cuerpo, con una coordinación de 8 como el litio o sodio.
  • Red cúbica de caras centradas, con una coordinación de 12 como el oro, aluminio o plomo.
  • Red hexagonal compacta, con una coordinación de 12 como magnesio, cinc o cadmio.
ACTIVIDAD IV: Redes metálicas
ACTIVIDAD V: Construye redes metálicas

Para explicar el enlace metálico se utilizan dos modelos:
  • Modelo del mar de electrones, en el que se afirma que los electrones de valencia no pertenecen a los átomos del metal, sino que todos ellos forman lo que se conoce como "mar de electrones", estando deslocalizados por toda la red y siendo comunes al conjunto de átomos que la forman.
  • Modelo de bandas, según el cual se describe la estructura electrónica del metal como una estructura de bandas electrónicas, o simplemente estructura de bandas de energía, debidas al solapamiento de los orbitales atómicos. Existiendo dos bandas una de valencia ocupada por los electrones de valencia de los átomos, es decir, aquellos electrones que se encuentran en la última capa o nivel energético de los átomos y otra banda de conducción que está ocupada por los electrones libres, es decir, aquellos que se han desligado de sus átomos y pueden moverse fácilmente. Estos electrones son los responsables de conducir la corriente eléctrica y en función de la distancia entre las capas de valencia y conducción se pueden clasificar los materiales como conductores, semiconductores o aislantes.


Los metales son todos, salvo el mercurio, sólidos a temperatura ambiente, tienen alta conductividad térmica y eléctrica, poseen brillo metálico, son dúctiles y maleables y emiten electrones por efecto del calor y la luz.


Este vídeo y las actividades siguientes te pueden servir para repasar el enlace metálico:



LAS FUERZAS INTERMOLECULARES

Las fuerzas intermoleculares

Las fuerzas que tienden a unir las moléculas de compuestos covalentes se denominan fuerzas intermoleculares. 


Como las moléculas covalentes pueden ser polares y apolares a estas fuerzas se las clasifica de la siguiente manera:
  • Fuerzas dipolo-dipolo (moléculas polares)
  • Fuerzas de London (moléculas apolares o dipolos instantáneos)
  • Enlace de hidrógeno (moléculas con atómos de hidrógeno unidos a átomos de flúor, oxígeno o nitrógeno)
ACTIVIDAD II: Vídeo de fuerzas de Van der Waals
ACTIVIDAD III: Vídeo de enlace de hidrógeno
ACTIVIDAD IV: Resumen de las fuerzas intermoleculares I
ACTIVIDAD V: Resumen de las fuerzas intermoleculares II


Este vídeo te explica con detalle las fuerzas intermoleculares



FORMULACIÓN Y NOMENCLATURA


Para representar una sustancia química utilizaremos la fórmula química que nos indicará los tipos de átomos que la forman así como el número o proporción de estos átomos en dicha sustancia. 
El objetivo de la formulación y nomenclatura química es que a partir del nombre de un compuesto sepamos cuál es su fórmula y a partir de una fórmula sepamos cuál es su nombre. Antiguamente esto no era tan fácil, pero gracias a las normas de la I.U.P.A.C. la formulación puede llegar a ser incluso entretenida. 

Cuando estudiamos las configuraciones electrónicas de los átomos vimos que los electrones de la capa de valencia tenían una importancia especial ya que eran los que participaban en la formación de los enlaces y en las reacciones químicas. También vimos que los gases nobles tenían gran estabilidad, y eso lo achacábamos a que tenían las capas electrónicas completas. Pues bien, tener las capas electrónicas completas será la situación a que tiendan la mayoría de los átomos a la hora de formar enlaces, o lo que es lo mismo a la hora de formar compuestos.

Os dejo estos enlaces para practicar Nomenclatura y Formulación 
Formulación FisQuiWeb 
Formulación AlonsoFormula 
Ejercicios de Formulación 
Ponencia sobre Formulación y Nomenclatura Universidad de Sevilla 
Orientaciones PAU 2012 Madrid 
Apps para móviles
LAS REACCIONES QUÍMICAS



Una reacción química es un proceso mediante el cual una o varias sustancias iniciales, llamadas reactivos, se transforman en otras distintas a estas, denominadas productos.

ACTIVIDAD: Simulación de la Precipitación del Diyoduro de plomo

Según la teoría de colisiones para que tenga lugar una reacción química es necesario:
  • Energía suficiente para que se rompan los enlaces entre átomos de reactivos. La energía mínima necesaria para que se produzca la reacción se denomina energía de activación.
  • Orientación adecuada para que, al romperse los enlaces, los átomos libres se puedan unir de la manera que requiere la formación de productos.

Una ecuación química es la representación escrita y abreviada de una reacción química. Ajustar una reacción química consiste en asignar a cada fórmula un coeficiente para que haya el mismo número de átomos de cada elemento en ambos miembros.
ACTIVIDAD: Ajuste de reacciones I
ACTIVIDAD: Ajuste de reacciones II
ACTIVIDAD: Ajuste de reacciones III

Según la ley de conservación de la masa en una reacción química, la suma de las masas de todas las sustancias que intervienen se mantiene constante. Es decir, la suma de las masas de los reactivos es igual a la suma de las masas de los productos.

Cuando trabajamos con gases según la hipótesis de Avogadro, volúmenes iguales de cualquier gas, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de moléculas.

En el siguiente vídeo vemos diferentes tipos de reacciones químicas:


La velocidad de reacción es la rapidez con la que se combinan los reactivos o la rapidez con la que se forman los productos, la velocidad de reacción depende de diversos factores como son la temperatura, la concentración de los reactivos, el grado de división de los reactivos sólidos y la presencia de catalizadores.

En una reacción química, siempre tiene lugar un intercambio de energía entre las sustancias que intervienen y el medio en el que se encuentran. Según sea el sentido del intercambio de energía estas pueden ser:
  • Reacciones endotérmicas tienen lugar con absorción de energía en forma de calor.
  • Reacciones exotérmicas transcurren con desprendimiento de energía en forma de calor.

Si conocemos la masa y el volumen de algunos de los reactivos o productos de reacción, podremos calcular la masa y el volumen de las demás sustancias de la reacción. Para obtener esta información cuantitativa, efectuamos cálculos estequimétricos, que resolveremos aplicando factores de conversión.


Procedimiento para efectuar cálculos estequimétricos:
  1. Escribimos y ajustamos la ecuación química correspondiente.
  2. Convertimos a moles el dato de partida.
  3. Aplicamos la relación molar entre la sustancia conocida y la que queremos conocer, según los coeficientes de la ecuación química ajustada.
  4. Calculamos la masa o el volumen de la sustancia requerida.


QUÍMICA ORGÁNICA



La química orgánica es la química del carbono y de sus compuestos. Estos compuestos de carbono se encuentran formando enlaces covalentes carbono-carbono o carbono-hidrógeno y otros heteroátomos, todos estos compuestos son los que llamamos compuestos orgánicos. Debido a la omnipresencia del carbono en los compuestos que esta rama de la química estudia esta disciplina también es llamada química del carbono.

La química orgánica tiene una gran importancia debido a que los seres vivos estamos formados por moléculas orgánicas, proteínas, ácidos nucleicos, azúcares y grasas. Todos ellos son compuestos cuya base principal es el carbono. Los productos orgánicos están presentes en todos los aspectos de nuestra vida: la ropa que vestimos, los jabones, champús, desodorantes, medicinas, perfumes, utensilios de cocina, la comida, etc.



EJERCICIOS INTERACTIVOS (Alonso-Formula)



"Existen dos tipos de personas en la vida los que saben la tabla periódica y los que no"


4º ESO



 Estándares evaluables de aprendizaje:

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