LECCIÓN 41 Materia y energía

 

Nuestro entorno está formado por materiales susceptibles a sufrir cambios que a su vez están llenos de moléculas y átomos. Se le suele llamar materia a todos esos elementos que nos rodean, los cuales poseen características físicas y químicas que las diferencian unas de otras. La materia tiene elementos y compuestos, donde los elementos están formados por átomos de un solo tipo y los compuestos por átomos de distintos elementos. 

La materia tiene propiedades generales y específicas, donde las primeras son aquellas que no permiten diferenciar a una sustancia de otra, entre las que tenemos a la masa, el volumen, la impenetrabilidad, etc. En cambio, las propiedades específicas sí permiten diferenciar a las sustancias, y como ejemplo de estas tenemos a la densidad, los puntos de ebullición y fusión, dureza, entre otros. Además, la materia posee diversos tipos de energía, entre las cuales tenemos a la mecánica, la química, calórica, eléctrica, entre otros. 

Con las sustancias también se pueden formar las mezclas, donde hay dos tipos fundamentales: las homogéneas, donde no se pueden diferenciar sus componentes; y las mezclas heterogéneas, donde sí se pueden diferenciar. Los componentes de las mezclas pueden separarse unos de otros mediante técnicas de separación, los cuales tienen en cuenta las propiedades físicas y químicas que poseen las sustancias presentes en ellas. Existen muchos tipos de técnicas, entre las cuales están la evaporación, destilación, centrifugación, decantación, etc. 

En conclusión, estos temas deben ser presentados a los estudiantes por parte de los docentes de una forma didáctica, para que puedan enfrentar las dudas, problemas comunes y otros requerimientos que los estudiantes necesiten para su correcto aprendizaje y mejor entendimiento de las temáticas acá mencionadas. Por lo tanto, la presente lección les dará a los docentes una mejor idea de la forma cómo hay que abordar los retos del aula de clases.

TIPOS DE SEPERACIÓN DE MEZCLAS

DOCUMENTO: MATERIA Y ENERGÍA 

DOCUMENTO: LA MATERIA Y LOS ESTADOS DE AGREGACIÓN 

simulacro 

1) Después de que el docente finalizara la explicación que realizó acerca de los diferentes tipos de energía que posee la materia en sus diferentes formas, les pidió a sus estudiantes realizar una frase acerca de la temática vista. Una de las respuestas de uno de sus aprendices fue la siguiente:

“Cuando un cuerpo que está formado por un tipo de sustancia en específico no está en movimiento, por ejemplo, una esfera de hierro, es porque no posee ningún tipo de energía.”

Al analizar la respuesta, el docente encuentra que esta es errónea, por lo cual decide hacer una actividad ilustrativa usando ese mismo ejemplo que utilizó el estudiante, con el propósito de corregir ese error, y decirle que hay un tipo de energía que va en función del movimiento y la posición de las sustancias, incluso si están quietas o en estado de reposo.

De acuerdo a la situación planteada, la actividad pedagógica ilustrativa que debe realizar el docente es

Seleccione una:

A. realizar un gráfico de los enlaces químicos que hay en los átomos de la esfera de hierro e indicar la cantidad de energía calórica potencial que ellos poseen, ya que esa energía describe el movimiento y la posición de las sustancias.

B. mostrar unas diapositivas de las reacciones químicas que puede sufrir el hierro de la esfera e indicar la cantidad de energía potencial que generan esas reacciones, ya que esas energías van en función del movimiento y la posición de las sustancias.

C. proyectar una animación donde se observen a los electrones de los átomos de hierro presentes en la esfera y se indique la cantidad de energía cinética que ellas poseen, ya que esas energías van en función del movimiento y la posición de las sustancias.

D. hacer un dibujo en el cual se ilustra una esfera de hierro, donde se indique la cantidad de masa y energía mecánica que ella posee, debido a que ese tipo de energía va en función del movimiento y la posición de las sustancias. 

Retroalimentación

La respuesta correcta es: hacer un dibujo en el cual se ilustra una esfera de hierro, donde se indique la cantidad de masa y energía mecánica que ella posee, debido a que ese tipo de energía va en función del movimiento y la posición de las sustancias.

2) En su clase el docente les dice a sus estudiantes que hay ocasiones en que las sustancias sufren cambios y se modifica su composición. Luego, un estudiante pregunta de qué forma se lleva a cabo ese proceso, por lo que el docente quiere ilustrar el proceso mediante el uso de un ejemplo para describirle ese fenómeno.

Para ayudar a superar la dificultad del estudiante, la acción pedagógica ilustrativa que deber realizar el docente es

Seleccione una:

A. mostrar un video donde se observen las reacciones químicas y el rompimiento de las moléculas de alcohol etílico cuando pasa del estado líquido al gaseoso, cuando se seca al ser impregnado en una superficie.

B. proyectar unas animaciones donde se observe la reorganización de los átomos de una hoja de papel a causa del oxígeno presente en el aire, cuando esta se quema por la acción del fuego. 

C. realizar un dibujo que muestre la formación de nuevos enlaces químicos entre las moléculas de azúcar o sacarosa cuando estas interactúan con las moléculas de agua, cuando el azúcar se disuelve en este compuesto.

D. presentar un esquema donde se muestre la transformación de las moléculas de gasolina en dióxido de carbono cuando esta se evapora al ser sometida a calentamiento.

Retroalimentación

La respuesta correcta es: proyectar unas animaciones donde se observe la reorganización de los átomos de una hoja de papel a causa del oxígeno presente en el aire, cuando esta se quema por la acción del fuego.

3) Durante la realización de una actividad experimental, un estudiante accidentalmente agregó aceite vegetal en un recipiente con agua destilada, la cual es necesaria para hacer otra actividad. Al notar la preocupación del estudiante porque solo cuenta con esa agua para hacer ese trabajo, el docente le comentó que puede sacar el agua del aceite por un método de separación. Por ello, el docente reunió a sus estudiantes, y con el uso de herramientas del laboratorio procede a enseñarles cómo realizar esa separación de una manera rápida. Para lograr su objetivo, las acciones que debe realizar el docente son

Seleccione una:

A. utilizar un mechero y hacer el montaje de un aparato destilador, agregar el agua con el aceite vegetal, y calentar hasta ebullición de la mezcla, donde primero saldrá el agua en estado líquido después de pasar por el condensador, porque el agua tiene un punto de evaporación menor que el aceite, que luego es recuperada en un recipiente.

B. tomar un embudo de decantación, agregar el agua con el aceite vegetal, esperar que se formen las capas de las dos sustancias, donde el aceite queda por encima del agua por diferencia de densidades, y finalmente abrir la llave para así recuperar primero el agua y luego el aceite en dos recipientes diferentes. 

C. emplear un refrigerador, agregar el agua con el aceite vegetal en un recipiente para que sean enfriadas aprovechando sus diferentes temperaturas de congelación, y luego esperar que el agua se congele antes del aceite por tener un punto de solidificación más bajo, y finalmente colocar el agua congelada en un recipiente.

D. usar un papel filtro y colocarlo en un embudo normal, luego agregar el agua con el aceite vegetal y después, por la diferencia de tamaño de las moléculas de las sustancias, sale primero el agua porque sus moléculas son más pequeñas que las del aceite, la cual se recupera colocando un recipiente debajo del embudo utilizado.

Retroalimentación

La respuesta correcta es: tomar un embudo de decantación, agregar el agua con el aceite vegetal, esperar que se formen las capas de las dos sustancias, donde el aceite queda por encima del agua por diferencia de densidades, y finalmente abrir la llave para así recuperar primero el agua y luego el aceite en dos recipientes diferentes.

4) Al finalizar la clase de los principales estados de agregación de la materia, un estudiante pregunta al docente si es posible pasar de un estado a otro, por lo que el docente le responde diciéndole que eso efectivamente es posible y le muestra el siguiente esquema sobre los cambios de estado del agua:

Con el objetivo de profundizar los conocimientos y que los estudiantes analicen el gráfico para una mejor comprensión del tema, la pregunta que debe hacer el docente con respecto a la condensación que aparece en el esquema es

Seleccione una:

A. Pregunta 2
¿de qué forma deben reorganizarse las moléculas de agua para que entren en proceso de condensación y pasar al estado líquido?, lo que le permitirá comprender a los estudiantes la forma en que las moléculas de agua se comportan cuando pasan al estado líquido. 

B. Pregunta 3
¿es indispensable suministrar energía al agua para que se condense después de pasar del estado gaseoso al sólido?, lo que le permitirá comprender a los estudiantes que el agua para pasar al estado sólido necesita el suministro de energía para que se dé la condensación.

C. Pregunta 4
¿el proceso endotérmico conocido como condensación es fundamental para que se pase el agua del estado gaseoso al líquido?, lo que le permitirá comprender a los estudiantes que el paso del agua al estado líquido es un proceso endotérmico de tipo regresivo.

D. Pregunta 1
¿qué necesita el agua líquida para convertirse en un gas después de que haya sufrido el proceso de condensación?, lo que le permitirá comprender a los estudiantes las condiciones en las cuales el agua en estado líquido debe estar para sufrir la condensación.

Retroalimentación

La respuesta correcta es: Pregunta 2
¿de qué forma deben reorganizarse las moléculas de agua para que entren en proceso de condensación y pasar al estado líquido?, lo que le permitirá comprender a los estudiantes la forma en que las moléculas de agua se comportan cuando pasan al estado líquido.

5) Después de explicar las características de la materia, el docente les pregunta a sus estudiantes cuáles son las características que les permiten a las sustancias sufrir modificaciones en su composición. Un estudiante respondió diciendo que esos cambios se producen solamente porque las moléculas de las sustancias tienen la facultad de alejarse unas de otras, y así modificar su composición, por lo que el docente le dice a su estudiante que su respuesta es incorrecta. Para ayudar a superar esa dificultad al estudiante, y de paso reforzar el conocimiento del resto de estudiantes, la estrategia pedagógica que debe realizar el docente es

Seleccione una:

A. llevar a cabo un taller grupal con un texto informativo relacionado con diversos procesos tales como la combustión, reactividad química, reducción y oxidación, y luego realizar unas preguntas acerca de esos temas. 

B. hacer un mapa conceptual que abarque diversos fenómenos tales como la basicidad, alcalinidad, oxidación, punto de fusión y reactividad química, y luego socializar los temas en una mesa redonda.

C. mostrar un video explicativo acerca de algunos fenómenos tales como la acidez, impenetrabilidad, reducción y basicidad, y luego llevar a cabo la realización de una lluvia de ideas relacionadas con esos temas.

D. proyectar unas diapositivas que proporcionen información acerca de diversos procesos tales como el punto de ebullición, impenetrabilidad, combustión e inercia, y luego realizar una socialización de dichos temas.

Retroalimentación

La respuesta correcta es: llevar a cabo un taller grupal con un texto informativo relacionado con diversos procesos tales como la combustión, reactividad química, reducción y oxidación, y luego realizar unas preguntas acerca de esos temas.

6) En su clase, la profesora explicó a los estudiantes la naturaleza de los gases tales como el metano, hidrógeno, ozono, dióxido de carbono, entre otros. Luego se presenta el siguiente diálogo:

Docente: ¿De qué forma se mueven las moléculas de ozono en un cilindro que contiene ese gas?

Estudiante: “Como las moléculas de ozono en un gas están separadas unas de otras, y están formadas por tres átomos de oxígeno unidos por enlaces covalentes, ellas se mueven por la energía que liberan estos enlaces”.

Al analizar lo dicho por el estudiante, la docente encuentra un error en una parte de su respuesta, y decide hacerle una pregunta y luego una actividad pedagógica para ayudar al estudiante a superar esa dificultad.

Para alcanzar su objetivo, la pregunta y la acción pedagógica que debe realizar la docente son respectivamente

Seleccione una:

A. ¿qué tipos de enlaces químicos hay en las moléculas de ozono? y presentar una tabla con los tipos de enlaces químicos que hay en el estado gaseoso, ya que el estudiante comete un error al decir que en el ozono hay enlaces covalentes.

B. ¿cómo están organizadas las moléculas en el estado gaseoso? y proyectar unas imágenes que describan la disposición de las moléculas de los gases, porque el estudiante se equivoca al decir que las moléculas están separadas unas de otras.

C. ¿cuántos átomos de oxígeno están presentes en las moléculas de ozono? y mostrarle una diapositiva que tenga un diagrama de la molécula de ozono, ya que el estudiante comete un error al decir que las moléculas de ozono tienen tres átomos de oxígeno

D. ¿qué clase de energía les da movimiento a las moléculas de ozono? y realizar un esquema sobre la cinética de las moléculas, ya que el estudiante se equivoca cuando dice que la energía de los enlaces permite el movimiento de las moléculas de ozono. 

Retroalimentación

La respuesta correcta es: ¿qué clase de energía les da movimiento a las moléculas de ozono? y realizar un esquema sobre la cinética de las moléculas, ya que el estudiante se equivoca cuando dice que la energía de los enlaces permite el movimiento de las moléculas de ozono.

7) En un laboratorio, el docente realiza el proceso de separación de una mezcla heterogénea que contiene sólidos insolubles en agua con sus estudiantes, aplicando una fuerza giratoria que aumenta la fuerza de gravedad efectiva, y el cual permite al final del proceso diferenciar los componentes que hay presentes en esa mezcla que está contenida en varios tubos de ensayo. Luego, se ilustraron los resultados del proceso en una imagen de uno de esos tubos de ensayo, donde aparece la boca y el fondo de dicho tubo. La imagen es la siguiente:

Luego del ejercicio, algunos estudiantes manifestaron no comprender cuál es el fundamento que explica por qué las sustancias se dividen de esa forma, a lo que el docente atiende a sus dudas para que puedan comprender mejor el procedimiento y los resultados obtenidos haciendo una clasificación de las sustancias de acuerdo al criterio que tiene en cuenta ese procedimiento de separación de mezclas que se realizó. Para ayudar a solucionar las dudas, la actividad pedagógica que debe realizar el docente es

Seleccione una:

A. hacer mapa conceptual que clasifica a las sustancias por el volumen que ocupan en la mezcla, porque aquellas que ocupan más volumen son las que se van al fondo del tubo de ensayo, y las de menor volumen quedan en la parte superior.

B. realizar una lista clasificando de menor a mayor la densidad de las sustancias que hacen parte de la mezcla, porque aquellas que tienen mayor densidad se van al fondo del tubo de ensayo, y las de menor densidad quedan en la parte superior. 

C. hacer un diagrama de flujo para clasificar a las sustancias según el número de partículas que ocupan en la mezcla, porque aquellas de mayor número se van al fondo del tubo de ensayo, y las de menor cantidad quedan en la parte superior.

D. realizar una tabla clasificando las sustancias por el grado de atracción entre sus partículas en la mezcla, ya que las partículas que más se atraen son las que se van al fondo del tubo de ensayo y las de menor atracción quedan en la parte superior.

Retroalimentación

La respuesta correcta es: realizar una lista clasificando de menor a mayor la densidad de las sustancias que hacen parte de la mezcla, porque aquellas que tienen mayor densidad se van al fondo del tubo de ensayo, y las de menor densidad quedan en la parte superior.

8) La docente le dice a sus estudiantes que las mezclas son la unión de diversos materiales, las cuales son determinadas por las características físicas y químicas que poseen los componentes que hacen parte de ellas. Luego, explica que hay dos tipos de mezclas: las homogéneas, donde solo se puede observar una fase, es decir, no se pueden distinguir sus componentes; y las heterogéneas, donde se forman dos o más fases porque pueden distinguirse los elementos que hacen parte de ella. Después, algunos estudiantes le preguntaron a la docente por ejemplos de mezclas homogéneas y heterogéneas, por lo que ella les propuso realizar un laboratorio para ilustrarles varios ejemplos. De acuerdo a lo anterior, la actividad experimental que debe realizar la docente es

Seleccione una:

A. agregar sacarosa en gasolina para formar una mezcla homogénea debido a que ambas tienen alta solubilidad entre ellas, y acetona en etanol para conformar una mezcla heterogénea porque ambas no son solubles entre ellas.

B. agregar cloruro de sodio en etanol para formar una mezcla homogénea porque ambas son sustancias polares, y agua en cloroformo para conformar una mezcla heterogénea porque el agua es polar y el cloroformo apolar.

C. agregar glucosa en cloroformo para formar una mezcla homogénea porque ambas sustancias son iónicas, y tolueno en gasolina para formar una mezcla heterogénea porque el tolueno es iónico y la gasolina no iónica.

D. agregar etanol en agua destilada para formar una mezcla homogénea por la similitud de sus densidades, y acetona en gasolina para conformar una mezcla heterogénea porque ambas sustancias tienen densidades diferentes. 

Retroalimentación

Es la opción correcta ya que las sustancias que ahí se señalan son ideales para poder realizar las mezclas homogéneas y heterogéneas que quiere mostrarles el docente a los estudiantes. Además, el criterio que debe seguir el docente para lograr esas mezclas es la afinidad o polaridad, y la solubilidad que poseen las sustancias en otras, es decir, formarán mezclas homogéneas las sustancias que sean polares o no entre ellas mismas, y mezclas heterogéneas si una es polar y la otra no o viceversa. Sustancias que son polares, como el cloruro de sodio y el etanol, poseen cargas positivas y negativas entre ellas, los que les permite interactuar o solubilizarse mejor entre ellas, por lo que al unirse en una mezcla forman una sola fase, es decir, no se puede distinguir las dos sustancias mezcladas. En cambio, sustancias como el agua y el cloroformo son sustancias que forman mezclas heterogéneas, ya que el agua es polar pero el cloroformo apolar, es decir, que el cloroformo no posee esas cargas que poseen el cloruro de sodio y el etanol, lo que conlleva a que el agua no pueda interactuar con el cloroformo, por lo que se forman dos fases en esa mezcla, donde se puede distinguir el agua del cloroformo.

La opción de usar etanol, agua destilada, acetona y gasolina es incorrecta, ya que el criterio que se indica para formar las mezclas es la densidad, y no la polaridad de las sustancias. Recordemos que la densidad es el espacio que ocupa un cuerpo de acuerdo a su masa, y que dos sustancias con similar o diferentes densidades pueden ser polares o solubilizarse entre ellas, o no poder hacerlo. A pesar de ello, el agua y el etanol sí forman una mezcla homogénea porque ambas son polares, y que la gasolina y la acetona también forman mezclas homogéneas. Tanto la gasolina como la acetona son solubles entre ellas porque ambos son compuestos con esqueleto carbonado, y que la acetona posee una polaridad débil al igual que la gasolina.

La opción de usar gasolina, sacarosa, acetona y etanol es incorrecta ya que los dos ejemplos que se indican forman mezclas homogéneas. La acetona y el etanol forman una mezcla homogénea ya que ambas sustancias poseen una polaridad débil, además de tener un esqueleto carbonado, lo que aumenta la afinidad entre ellas, y así, forman una sola fase al mezclarse. Sin embargo, el criterio de solubilidad, al igual que el de polaridad, son las características que deben tenerse en cuenta para forma mezclas homogéneas y heterogéneas.

La opción de usar glucosa, cloroformo, tolueno y gasolina es incorrecta, ya que la glucosa y el cloroformo no son sustancias iónicas, y además ambas sustancias no forman una mezcla homogénea porque la glucosa es una sustancia polar y el cloroformo no. También el tolueno y la gasolina forman una mezcla homogénea entre ellas, porque ambos poseen esqueletos carbonados en sus estructuras moleculares, los que les permite ser solubles entre ellas, a pesar de que el tolueno tiene una polaridad débil y la gasolina apolar.

La respuesta correcta es: agregar cloruro de sodio en etanol para formar una mezcla homogénea porque ambas son sustancias polares, y agua en cloroformo para conformar una mezcla heterogénea porque el agua es polar y el cloroformo apolar.

9) Durante un laboratorio, el profesor propuso a sus estudiantes realizar las mediciones del volumen y la masa de varios objetos hechos con un material llamado X, y obtuvieron los siguientes resultados:

Luego, el docente les dice que hay características de la materia que son propias y no varían en las sustancias, independiente de la cantidad de materia que esté presente, y que una de ellas es llamada densidad, que es la relación entre la masa y el volumen. Ante esto, un estudiante indaga por la forma en que se podría ilustrar esa propiedad a partir de los datos obtenidos en el ejercicio de medición, por lo que el docente le dio las indicaciones para que realizara un gráfico y demostrar lo que él explicó.

De acuerdo a la explicación del docente, el estudiante debe realizar un gráfico el cual debe ser similar a:

10) La profesora les dice a sus estudiantes que hay materiales o sustancias que oponen resistencia a cambios de forma y volumen. Luego les preguntó por ejemplos de sustancias que cumplirían esas características, y un estudiante dijo que el petróleo era un ejemplo. Al detectar el error, la docente decide mostrarle un ejemplo y una explicación mediante una estrategia ilustrativa de porqué el ejemplo que ella le proponga al estudiante se ajusta a las características que mencionó en su clase.

Con el fin de ayudar a superar la dificultad del estudiante, las acciones que debe llevar a cabo la docente son

Seleccione una:

A. exponerle un pedazo de madera y luego cortarlo en varios pedazos, y luego mostrarle unas animaciones donde se vea la tensión formada por la red de polímeros de actina, lo que explica la resistencia que este material posee. 

B. presentarle un trozo de hielo y golpearlo varias veces hasta quebrarlo, y después exponerle una imagen donde se describa la red de cristales que forman las moléculas de agua, lo que explica la resistencia que este material posee.

C. llevarle unas piedras y señalar con un estereoscopio los minerales que ellas poseen, y después proyectar unos esquemas donde se vea las uniones dipolo que hay entre los minerales, lo que explica la resistencia que este material posee.

D. mostrarle un alambre grueso de hierro y hacer varias figuras con ella, y luego un esquema que describa la disposición de los átomos de hierro unidos entre sí por enlaces iónicos, lo que explica la resistencia que este material posee.

Retroalimentación

Es la respuesta correcta porque la explicación de la docente hace referencia a los materiales que están en estado sólido, tales como el hielo, que es un material que opone resistencia al cambio de forma y de volumen, porque este necesita ser varias veces golpeado con mucha fuerza por la docente dada su dureza. En el estado sólido, los átomos y moléculas de esas sustancias están muy cercanos unos de otros, lo que les permite cumplir con esas características mencionadas anteriormente. Además de eso, esa resistencia que ofrece el hielo es debida a la red que forman las moléculas de agua cuando estas pasan del estado líquido al sólido durante su congelación, lo cual puede el docente ilustrarlo a través de una imagen, mostrando las interacciones intermoleculares como los puentes de hidrógeno que forman las moléculas de agua, y así conseguir una mejor comprensión del fenómeno por parte de los estudiantes, los cuales obtendrán un nuevo conocimiento.

La opción que menciona un alambre grueso de hierro es incorrecta ya que a pesar de que el hierro es un sólido y ofrece resistencia al cambio de forma y volumen dada la fuerza que hay que aplicarle para que se puedan hacer figuras con él, los átomos de hierro no están unidos entre sí por enlaces iónicos sino por enlaces metálicos, los cuales se caracterizan porque los átomos están muy cercanos unos de otros, rodeados por sus respectivos electrones formando algo similar a una nube. A pesar de lo anterior, usar un esquema para explicar lo que en la opción se propone sería adecuado, porque en un esquema se pueden ilustrar la disposición de esos enlaces y la unión de los átomos de hierro.

La opción que menciona un trozo de madera es incorrecta ya que, a pesar de que la madera es un sólido, ese material no está formado por polímeros de actina sino de celulosa, un polisacárido que está formado por miles de moléculas de glucosa. Esas fibras de celulosa están cercanas unas de otras formando una red, similar a como sucede en el agua, lo que le da la resistencia a este material. A pesar de que la explicación de la opción es incorrecta, mostrar unas animaciones para explicar la tensión entre los polímeros es una estrategia adecuada porque con esas animaciones se puede mostrar de forma detallada este fenómeno.

La opción que menciona unas piedras es incorrecta porque a pesar de que ellas estén formadas por minerales que pueden ser examinados con un estereoscopio, no se forman uniones dipolo como lo sugiere la opción, sino que las moléculas y átomos están muy cercanos unos de otros, igual como sucede con los metales. A pesar de que el contenido teórico de la opción es incorrecto, usar esquemas para explicar lo que se propone en la opción es una estrategia adecuada, ya que en un esquema se pueden ilustrar de forma gráfica las uniones dipolo que hay entre los minerales.

La respuesta correcta es: presentarle un trozo de hielo y golpearlo varias veces hasta quebrarlo, y después exponerle una imagen donde se describa la red de cristales que forman las moléculas de agua, lo que explica la resistencia que este material posee.