1 Tema 1 El mundo material : los átomos http://apoyosegundoeso.blogspot.com.es/p/ciencias-naturales.html

2 Lee el siguiente texto atentamente La observación de la materia a distintas escalas proporciona un extenso conocimiento sobre ella, que abarca desde sus propiedades macroscópicas (observables a simple vista, como el color, la forma, la masa o la dureza) hasta sus propiedades microscópicas (no observables a simple vista, relacionadas con la disposición de las partículas en su interior). Las imágenes de la punta del lápiz permite formarse cierta idea acerca de cómo cambia nuestra visión de un mismo material, dependiendo de su escala de observación; se trata de un material muy conocido: el grafito (carbono) de la mina de los lápices.

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4 Con la imagen que muestra cómo es el lápiz a simple vista es posible reconocer detalles macroscópicos del grafito, como su color, su brillo o su dureza. A esta escala, se pueden estudiar aspectos tales como la densidad del material, su capacidad para transmitir el calor o para conducir la electricidad... A principios del siglo xvn, Galileo y Zacharias Jansen desarrollaron el primer microscopio óptico. Con un microscopio óptico, se pueden apreciar detalles de la punta del lápiz que escapan a simple vista: por ejemplo, la punta no se ve tan afilada. Los microscopios ópticos tradicionales permiten alcanzar resoluciones de hasta 1000 aumentos.

5 Entre 1925 y 1930, Ernst Ruska y Max Knoll desarrollaron el microscopio electrónico. Cuando se observa un detalle de la punta del lápiz con el microscopio electrónico, capaz de revelar detalles de hasta 500000 aumentos, es posible ver defectos superficiales del mismo, tales como la estructura en láminas y las fracturas de estas. La gran revolución llegó a finales del siglo xx cuando, ya en la década de los ochenta, Heinrich Rohrer y Gerd Binnig desarrollaron el denominado «microscopio de efecto túnel» (STM) que permite cartografiar una superficie a escala atómica. Con este microscopio, es posible apreciar que las partículas de la mina del lápiz se disponen formando hexágonos. En 1986, estos dos científicos compartieron el premio Nobel de Física con Ernst Ruska (que obtuvo así un merecido reconocimiento, algo tardío, al desarrollo de las técnicas microscópicas).

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7 Copia y responde en tu cuaderno 1.- ¿ Qué diferencia hay entre una observación microscópica y una macroscópica? 2.- Explica macroscópicamente el crecimiento de una planta. 3.- Busca en libros o en internet, ¿qué son la densidad, el color, el brillo o la dureza de una sustancia? 4.- ¿Qué es un microscópio óptico? ¿En qué época se construyó el primero? ¿A quién se le atribuye? 5.- ¿Qué es un microscópio electrónico y qué es un microscópio efecto tunel? ¿Qué diferencias hay entre ambos?

8 Lee el siguiente texto e intenta responder a las preguntas en tu cuaderno. Puedes consultar con tu compañer@ a) Si te preguntaran por qué resulta más difícil mover una roca que un ladrillo, ¿qué responderías?  Porque la roca es más grande.  Porque la roca es más pesada.  Porque la roca, como es más grande, también es más pesada. b) ¿Qué objeto es más pesado, una bola de petanca de acero o una almohada? c)¿Cuál es más grande? ¿Son siempre más pesados los objetos de mayor tamaño? Justifica tus respuestas.

9 d) Si el chico del dibujo suelta el ladrillo, el Iibro cae al suelo. ¿Por qué crees que ocurre esto?

10 Respondamos a las preguntas ¿Qué significa ser grande? Ocupar mucho espacio, es decir tener grandes dimensiones. ¿ Qué significa inercia? Que cueste más o menos modificar su posición o su estado de movimiento. También se llama masa inercial. Es un valor constante para cada cuerpo. ¿Qué es gravedad? Es la fuerza que hace la Tierra sobre cualquier objeto aunque esté separado de él. Es la responsable de que los cuerpos caigan al suelo o los planetas se muevan alrededor del Sol. El valor de la gravedad depende del lugar en el estemos

11 Cuanto mas inercia tiene un cuerpo, más cuesta moverlo o cambiar su estado de movimiento.

12 El peso es la fuerza que la Tierra hace sobre los objetos. Depende de la distancia a la que estemos; si estamos muy lejos la fuerza es tan pequeña que parece que no existe y pensamos que no pesamos

13 Observa el dibujo. Si para arrastrar un bloque de 50 T, se necesita un tractor, ¿cuántos tractores necesitaremos para arrastrar dos bloques? Si la bola que arrastra el escarabajo aumenta su masa, ¿le costara más o menos arrastrarla?

14 Cuanto mas masa mayor inercia, es decir nos cuesta mover más. Un objeto con mucha masa es atraido con más fuerza por la Tierra, es decir tiene más peso. Pero si estamos en un lugar donde la gravedad es pequeña, aunque la masa sea grande, el peso será pequeño. El peso también depende de la masa del planeta que lo atrae. Si nos colocamos entre dos planetas, los dos nos atraen; puede ocurrir que gane uno de ellos o que se equilibren las fuerzas y nos quedemos sin movernos, aunque en este caso seria una casualidad que coincidiera. El peso se calcula así: P = G M planeta m objeto / d 2 = m g

15 Hemos puesto como g al valor de la expresión g = G M planeta / d 2 G = 6,67 x 10 -32 Observemos que la “gravedad “ depende de la masa del planeta y de la distancia entre el cuerpo y el planeta

16 Copia las siguientes frases en el cuaderno y complétalas. “ La roca, al tener más cantidad de __________ que el ladrillo, tiene________inercia y cuesta ____ ponerla en movimiento.” “ En el espacio, los cuerpos____pesan porque no hay__________; pero si que tienen _______ “ “ Si se dejan caer desde la misma altura, en la Luna, los cuerpos caen al suelo _____ lentamente que en la Tierra, porque en la la Luna hay _______ gravedad” “ Un cuerpo es más ______ que otro porque ocupa más _______. Puede haber cuerpos más _______ que tengan más masa que otro que sea más _______; por ejemplo una bola de ______ puede tener más _____ que una almohada.”

17 “ La roca, al tener más cantidad de masa que el ladrillo, tiene más inercia y cuesta más ponerla en movimiento.” “ En el espacio, los cuerpos no pesan porque no hay gravedad; pero si que tienen masa “ “ Si se dejan caer desde la misma altura, en la Luna, los cuerpos caen al suelo _más lentamente que en la Tierra, porque en la la Luna hay menos gravedad” “ Un cuerpo es más grande que otro porque ocupa más espacio. Puede haber cuerpos más pequeños que tengan más masa que otro que sea más grande; por ejemplo una bola de hierro puede tener más masa que una almohada, aunque ésta sea más grande”

18 Diferencia entre masa y peso Copia en tu cuaderno y responde a las preguntas. a) ¿Qué pesa más, 1 kg de paja o 1 kg de plomo? b) Las dos botellas parecen iguales, pero uno la levanta fácilmente y al otro le cuesta mucho hacerlo. ¿A qué será debido?

19 La masa de un kilo de paja es la misma que la de un kilo de plomo. El peso de una masa se calcula P=mg Si la masa es la misma y estamos en el mismo sitio,es decir la gravedad es la misma, los pesos deben ser los mismos. P paja = 1 x 9.8 = 9.8 Newton P plomo = 1 x 9.8 = 9.8 Newton ¿Por qué pensamos que debe pesar menos la paja? Por que asociamos lo grande con lo pesado, pero eso no es cierto. Si dos objetos tienen el mismo volumen pensamos que deben ser igual de pesados; por eso al ver que las botellas son iguales, creemos que deben pesar lo mismo.

20 La densidad. Hay una magnitud que nos permite saber si un cuerpo al cogerlo “ va a ser muy pesado o no”. Se llama densidad y es : Sus unidades serán : kg / m 3. Si un objeto tiene una densidad alta, será “ muy pesado”. El mercurio es una sustancia que tiene una densidad muy alta, unos 13600 kg/m 3, mientras que el agua tiene un valor de unos 1000

21 1.- Un cuerpo tiene una masa de 1 g y un volumen de 1 cm 3, ¿cuál es su densidad? 2.- Si la densidad del agua es de 1 g/cm 3, ¿qué masa tiene 2 cm 3 de agua? 3.- Si la densidad del aceite es de 0,9 g/cm 3, ¿qué masa ocupa 2,5 cm 3 de aceite? 4.- La masa de un objeto es de 15 g y ocupa un volumen de 27 cm 3, ¿cuál es su densidad? 5.- Un objeto tiene una densidad de 1,4 g/cm 3. Si su masa es de 14 g, ¿qué volumen ocupa? 6.- La densidad de un objeto es de 1539 Kg/m 3, si ocupa un volumen de 4.5 m 3, ¿qué masa tiene? 7.- Un objete tiene una masa de 6 Kg y ocupa un volumen de 4,7 m 3, ¿cuál es su densidad? ¿Cuál es su peso si está en un sitio donde la gravedad es de 9,86 m/s 2 ?

22 Copia en tu cuaderno y responde qué respuestas son ciertas, indicando el porqué. a)Los objetos de grandes dimensiones presentan más inercia. b) Dos objetos del mismo tamaño tienen la misma masa. c)Un planeta con más masa ejerce mayor atracción gravitatoria. d)Una canica de acero es más densa que una canica de cristal.

23 a)Falsa. Un objeto grande puede tener poca masa como una almohada. Lo grande sólo quiere decir que ocupa mucho volumen, pero no siempre tiene mucha masa. b)Falso. Si están hechos de la misma sustancia, si que es cierto, pero si no no es cierto. Una bola de hierro tiene mas masa que una bola igual de cristal. c)Cierto. La atracción de un planeta depende de su masa, de la del objeto y de la distancia a la que estén. Según la expresión: d)Verdadero. La densidad es m/V, y la densidad del acero es mayor que la del cristal, porque para dos canicas iguales, la masa del acero es mayor.

24 Cuerpos y sistemas materiales Las siguientes ilustraciones muestran distintas formas de materia; la primera son dos piedras y la segunda son nubes en el cielo. a) ¿Cuál presenta límites bien definidos? b) ¿Cuál muestra límites imprecisos? c) ¿A qué ilustración asignarías el nombre de «sistema material» y a cuál denominarías «cuerpo material»? ¿Por qué?

25 Se denomina cuerpo material a toda forma de materia con límites propios definidos. Se denomina sistema material a toda forma de materia sin morfología propia o cuyos límites son imprecisos, ya sea por su naturaleza o por su extensión. Una mesa es un cuerpo material. Un lápiz es un cuerpo material. Un vaso es un cuerpo material. El agua contenida en un vaso no es un cuerpo material, pues sus límites, aunque bien definidos, no son propios sino que están determinados por la forma del vaso.

26 a)Mira la fotografía y escribe en tu cuaderno,los objetos y los sistemas materiales que ves. Explica el porqué. b) Clasifica en cuerpo y en sistema material: 1.Globo lleno de aire 2.Pelota de tenis 3.Arena de la playa 4.Agua de un lago 5.Bosque 6.Atmósfera

27 Escalas de observación del mundo material A través de nuestros ojos percibimos un mundo material en continuo cambio y de tamaños diversos: pequeños insectos; lejanas estrellas de gran tamaño; plantas que crecen; nubes que se desarrollan; nieve que se derrite en agua y fluye por los ríos hasta los mares y los océanos... No obstante, la escala de tamaños del mundo material que percibimos por medio de nuestros sentidos es muy limitada y se denomina escala de observación macroscópica. Esta escala permite ver que una planta crece o que el Sol emite luz, pero no explica por qué suceden estos hechos.

28 Para entender este tipo de fenómenos, debemos adentrarnos en un mundo material mucho más pequeño, que no podemos percibir a simple vista: el mundo de las células que se reproducen o de los núcleos de los átomos que se unen. Dicho diminuto mundo material, que es invisible a simple vista, constituye lo que se denomina escala de observación microscópica. Los fenómenos macroscópicos observados en la naturaleza están determinados por los fenómenos que suceden a escala microscópica. Pero, ¿cómo se puede saber qué ocurre a escala microscópica si es invisible a simple vista?

29 Este conocimiento se obtiene mediante dos posibles vías experimentales: Por observación directa. Requiere la utilización de instrumentos adecuados, como el microscopio óptico, el microscopio electrónico o el más reciente microscopio de efecto túnel, que permite cartografiar superficies materiales a escala atómica. Por observación indirecta. A partir de hechos experimentales observables a escala macroscópica, se idean modelos y se establecen leyes y teorías que describen el comportamiento de la materia a escala microscópica.

30 División de células vegetales.

31 Así es un piojo visto al microscopio electrónico.

32 Diversidad de tamaños de la materia En el estudio de la materia, hasta hoy, nos permite decir que: El límite inferior de tamaño medible esté en el valor del núcleo de un átomo y es: 0, 000 000 000 000 001 metros El límite superior en el diámetro estimado del Universo cuyo valor se cree que es: 100 000 000 000 000 000 000 000 000 metros

33 Para simplificar la escritura y la lectura de estos números, se utiliza la denominada notación científica, expresión que consiste en escribirlos como potencias de diez. ¿Cómo se hace? Números grandes. Se pone un 10 elevado a un número que indica los ceros que tiene: 1 000 000 000 000 = 10 12 Números pequeños. Se pone un 10 elevado a un número negativo que indica el número de lugares que hay que correr la coma hasta llegar al final del número: 0,000 000 001 = 10 -9 A esta forma de expresar los números se llama “notación científica”

34 Otros ejemplos: 125 000 000 000 = 1,25 10 8 2 689 000 000 000 000 = 2,689 10 15 189 456 000 000 = 1,89 10 11 0,000 000 024 = 2,4 10 -8 0,000 000 1568 = 1,56 10 -7 Al revés si nos lo dan en notación científica: 1,34 10 7 = 134 00000 2,34 10 -12 = 0,00000000000234 2510 23 = 25 000 000 000 000 000 000 000 00 256 10 -15 = 0,000 000 000 000 256

35 Para introducir el número en una calculadora debemos utilizar una tecla “especial”. Suele ser la tecla EE EXP x10 x. Si queremos introducir 2,6 10 8 tecleamos ; 2, el punto, 6, la tecla especial, y el 8

36 Escribe los siguientes números en notación científica: 1000000 0,00000001 273000000 0,00000042 58000000 0,00001003 125 756 932 0, 000 003456

37 Órdenes de magnitud Los cuerpos o sistemas materiales tienen diferentes tamaños y podemos compararlos. Cuando los expresamos en notación científica, decimos que son del mismo orden de magnitud si el exponente de la potencia de diez es el mismo: 3,4 10 6 2,59 10 6 La diferencia que hay entre los exponentes indica la diferencia de órdenes de magnitud: 3,4 10 6 2,7 10 9 Se diferencian en 3 órdenes de magnitud: 9-6 =3

38 Copia en el cuaderno y responde a los ejercicios: 1.- Una célula puede tener un tamaño de 10 5 m. ¿Cuántos órdenes de magnitud es mayor una célula que: un átomo de 10 -10 metros el núcleo de un átomo de 10 -14 metros 2.-Escribe correctamente las cifras que corresponden a las siguientes potencias de diez: 3,64 ∙10 7 = 4,081 ∙10 11 = 6,67 ∙ 10 -11 = 10 2 =

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40 Copia y responde en tu cuaderno: 1.- Un niño, un perro y un caballo son: a) del mismo orden de magnitud b) de diferente orden de magnitud 2.- Observa la ilustración y responde a las siguientes preguntas: a) ¿Cuántas veces es mayor nuestra galaxia que el Sol? ¿Cuántos órdenes de magnitud es mayor la galaxia? b) ¿Cuántos órdenes de magnitud es mayor el átomo que su núcleo? ¿Cuántos núcleos alineados cabrían en el diámetro de un átomo?

41 ¿Cómo está hecha la materia por dentro? Sabemos que hace 25 siglos, en la antigua Grecia, se preguntaban si cuando golpeamos una piedra y ésta se rompe en fragmentos, había un límite para estas roturas. Había unos que pensaban que si se podía romper los granitos de forma indefinida, que cualquier pedacito por muy pequeño que fuera seguiría siendo la misma sustancia de la que estaba hecha la roca. Otros pensaban que debía haber un límite para la rotura a partir del cual ya no se podía romper más

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43 Los que pensaban que la materia tenía un límite para ser rota, se llamaban ATOMISTAS, que en Griego quiere decir “ sin parte; indivisible”. Sin embargo aunque hoy todos aceptamos la existencia de los átomos, su comprobación no se pudo hacer hasta casi el siglo XX. Además, los que creían que sí se puede dividir tuvieron más influencia en la cultura occidental de los siglos siguientes de manera que sólo en el siglo XIX, volvió a hablarse de los átomos.

44 ¿Cómo son los átomos ? Los átomos tienen un tamaño de unos 10 -10 m. Piensa que el espesor de una hoja de papel es del orden de unos 10 -3 m, es decir unas 7 veces mas grande que un átomo. Si son tan pequeños, ¿cómo sabemos que existen?,¿cómo sabemos su tamaño? Como hemos dicho antes, mediante observaciones indirectas se ha podido conocerlos y medirlos. Su existencia permitió explicar los llamados fenómenos eléctricos que se conocían desde el S XVII. Vamos a realizar algún experimento

45 Experimento 1 Corta un papel en tiras pequeñas. Frota fuerte un trapo o tu ropa con una regla de plás­ tico y acércala a una de las tiras por la parte frotada. Experimento 2 Consigue tiras pequeñas de una transparencia de las que se utilizan en el retroproyector. Frota durante unos instantes la regla y un fragmento de transparencia contra tu ropa y aproxímalos.

46 Experimento 3 Abre el grifo de tu casa o del laboratorio de modo que salga un chorro muy fino de agua. Acerca un peine de plástico que hayas frotado vigorosamente contra tu pelo. Experimento 4 Sujeta dos tiras finas de papel con los dedos. Acerca al extremo libre una regla que hayas frotado contra tu ropa.

47 Tras realizar estas prácticas, podemos observar que hay algo que las hace atraerse o repelerse. La causa de que ocurra esto se dice que es la CARGA ELÉCTRICA. Se llama eléctrica porque los griegos lo hacían con resina fósil, que ellos llamaban “electron”. Pero, ¿dónde está la carga eléctrica? Hoy se sabe que está dentro de los átomos y que hay de dos tipos: Una que llamamos positiva Otra que llamamos negativa

48 Si dos cargas son de distinto signo se atraen, y si son del mismo se repelen.

49 Durante los primeros 30 años del SXX, tras una serie de experimentos se llegó a la conclusión de que los átomos debían tener: las cargas positivas en el centro del átomo que se llamó núcleo. La carga positiva era debida a unas partículas llamadas “Protones”, la negativa la causan los “electrones”.

50 Para que los protones no se separen, por tener la misma carga, hay otras partículas sin carga, en el núcleo, que se llaman “neutrones” que sirven como de pegamento. Entre el núcleo y los electrones que están dando vueltas alrededor del núcleo no hay nada. El tamaño del núcleo 10 5 veces más pequeño que el átomo entero. Igual que un balón y un es- tadio de fútbol.

51 En un átomo neutro el número de protones y de electrones es el mismo. Se llama número atómico. El número de neutrones es igual o superior al número de protones. A la suma de los protones y neutros se llama número másico

52 ¿Qué es un ión?. Muchas sustancias, cuando se disuelven en agua, se separan en una parte positiva y una parte negativa. A cada una de las partes se las lama ión

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55 ÁtomoMasaProtonesElectronesneutrones Hidrógeno11 Sodio2311 Oro197118 plata4761 Copia en tu cuaderno y responde: 1.-Copia y completa la siguiente tabla 2.-¿Qué le sucede a un átomo de oxígeno que tiene 8 electrones y 8 protones si adquiere 2 electrones más? ¿Sigue siendo eléctricamente neutro? ¿cómo queda entonces? 3.-¿Cuál será la carga iónica de un ión plomo que tiene 78 electrones ? Tiene 82 protones en el núcleo, y 125 neutrones.

56 4.- Copia en tu cuaderno y completa: a)El centro de un átomo se denomina _______ y tiene carga________ b)Las partíclas en movimiento alrededor del _______se llaman___________ y tienen carga ______ c)Los átomos neutros tienen ___________numero de _______ que de _______ d) Los _________tienen igual masa que los________ pero no tienen_________ e) si un átomo neutro adquiere tres electrones se convierte en un _________de carga neta_______ f)Si un átomo neutro pierde un electrón, se convierte en un ________de carga neta____________

57 Veamos las respuestas: a)El centro de un átomo se denomina núcleo y tiene carga positiva b)Las partíclas en movimiento alrededor del núcleo se llaman electrones y tienen carga negativa c)Los átomos neutros tienen igual número de protones que de electrones d) Los neutrones tienen igual masa que los protones pero no tienen carga e) Si un átomo neutro adquiere tres electrones se convierte en un ión de carga neta negativa f)Si un átomo neutro pierde un electrón, se convierte en un ión de carga neta positiva

58 Carga totalMasaProtonesElectronesNeutrones +32428 803536 933852 -27936 03849 5.- Copia y completa el siguiente cuadro referido a ciertos átomos 6.- Deduce la carga eléctrica que quedará en cada caso y especifica si es positiva y negativa: a)Se añaden 3 electrones a un átomo neutro b) Se quitan 2 electrones a un átomo neutro c) Se añaden 1 electrón a un ión de carga positiva +1 d) Se quitan 2 electrones a un ión de carga -3 e)Se añaden 2 electrones a un ión de carga +1

59 Los átomos en la materia no están aislados, sino que están unidos. Si se unen entre si se llama sustancia simple. Si se unen con átomos diferentes es un compuesto. Sustancia simple En las sustancias simples, los átomos pueden: -Mantener su individualidad: son gases nobles He; Ne, Ar; Kr, Rd; Xe. - Formar grandes agrupaciones, como el diamante o el grafito, o los metales, constituidos por millones de átomos unidos entre sí. - Formar uniones de unos pocos átomos formando moléculas, como el oxígeno, el nitrógeno, el cloro,…

60 En las sustancias compuestas, los átomos pueden agruparse: a) Formando moléculas, constituidas por unos pocos átomos en la misma proporción para cada compuesto. Por ejemplo : b) Formando agregados de iones de distinto signo, como la sal común, llamada cloruro de sodio

61 7.-¿A qué tipo de sustancias representan los siguientes dibujos: sustancia simple, compuesta o mezclas? ¿Por qué?