Aplicaciones a la vida cotidiana

1. 153
1. La ciencia, la materia y su medida . . . . . . . . . . . . . 154
2. La materia: estados físicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
3. La materia: cómo se presenta . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
4. La materia: propiedades eléctricas y el átomo . . . . . 157
5. Elementos y compuestos químicos . . . . . . . . . . . . . 158
6. Cambios químicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
7. Química en acción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
8. La electricidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
APLICACIONES
ALAVIDACOTIDIANA
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2. El sistema GPS es un sistema militar controlado por el Gobierno de EE UU, mientras que el sistema galileo
es un sistema civil. ¿Qué ventajas tiene el sistema Galileo sobre el otro?
Explica la utilidad de un sistema de posicionamiento automático:
• En los aeropuertos. • Para los senderistas.
• En los barcos. • En los automóviles.
2
1
CUESTIONES
154 1FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO1MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 1
APLICACIONES
LA CIENCIA, LA MATERIA Y SU MEDIDA1
En pocos años, los receptores GPS de
bolsillo han invadido el mercado.
Junto con un software para calcular las
rutas y para visualizar los mapas de ca-
rreteras, estos aparatos se han conver-
tido en los «copilotos» de millones de con-
ductores.
La ruta deseada se puede programar de
antemano y el aparato dicta en tiempo
real las órdenes necesarias para llegar al
destino.
Para evitar distracciones, el conductor
recibe las órdenes mediante comentarios
del tipo:
Gire a la derecha en el próximo
cruce
. Permanezca en el carril de la iz-
quierda
.
Navegadores GPS
CIENCIA Y TECNOLOGÍA
Sistemas de posicionamiento: el GPS
Al utilizar los medios de transporte, uno de los objetivos principales ha sido conocer la posición exacta (del coche, del barco, del avión) sobre el planeta. En los antiguos barcos los marineros empleaban brújulas e instrumentos astronómicos para determinar la longitud y la latitud del barco y fijar el rumbo.
Hoy existe un sistema más preciso: el Sistema de Posicionamiento
Global o GPS (del inglés
Global Positioning System), que utiliza una
red de 24 satélites artificiales. En cada punto del planeta es posible
recibir señales de al menos 4 satélites. Esto permite fijar la latitud, la
longitud y la altitud con un margen de error de unos pocos metros.
El sistema GPS es norteamericano, pero en Europa se ha desarrollado
el sistema Galileo, formado por 30 satélites, que estará operativo en el
2008. Junto con señalizadores situados en los aeropuertos, este siste-
ma permitirá, entre otras cosas, las maniobras de aviones en condi-
ciones de visibilidad prácticamente nulas.
Los receptores GPS pueden ser portátiles y formar parte de agendas
electrónicas, teléfonos móviles, cámaras fotográficas...
Estación
de
referencia
Internet
Receptores
Satélites
Señal GPS
bloqueada
por los
edificios
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3. 155
Fíjate en los dibujos y explica cómo funciona la válvula de seguridad de una olla a presión.
¿Por qué las ollas a presión nos ahorran tiempo y energía a la hora de cocinar los alimentos?
¿No conseguimos el mismo efecto si cocinamos con una cacerola con la tapa puesta?
Los fabricantes de ollas a presión prestan especial atención en su publicidad a la garantía
de que la tapa cierra bien, evitando pérdidas. ¿Por qué crees que esta medida afecta
al consumo energético a la hora de cocinar los alimentos?
Explica la relación existente entre el uso de ollas a presión y la conservación del medio ambiente.
4
3
2
1
CUESTIONES
2FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO2MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 2
APLICACIONES
LA MATERIA: ESTADOS FÍSICOS2
El ahorro de tiempo y de energía que per-
miten las ollas ha incentivado la investi-
gación. Así se han conseguido ollas ul-
trarrápidas que, si bien son más caras
que las ollas convencionales, permiten
ahorrar hasta un 70 % en el tiempo de
cocción y un 50 % de energía.
Otra ventaja de estas ollas es que el aire
se evacúa durante la precocción de los
alimentos, no durante la cocción como en
las convencionales. Además, como el
tiempo de cocción disminuye, las verdu-
ras conservan más vitaminas y más aro-
ma tras la cocción.
La clave está en aumentar la temperatu-
ra interior para que los alimentos se cue-
zan más rápidamente. Esto se consigue
tapando las ollas con precisión.
Ollas ultrarrápidas
CIENCIA Y TECNOLOGÍA
La olla a presión
Los alimentos se cuecen mucho más rápido en una olla a presión. ¿Por qué? Pues porque en el interior de la olla se consigue una tem- peratura de cocción más elevada, por encima de los 100 ºC. Por eso los alimentos tardan mucho menos tiempo en reblandecerse.
Cuando cocemos los alimentos en una cacerola normal, aunque sea
con tapa, la presión existente es la presión atmosférica (1 atm), y la
temperatura máxima que se alcanza es la temperatura de ebullición
del agua: 100 ºC. Pero en una olla a presión, la presión en el interior
es mayor de una atmósfera, ya que a la presión atmosférica se suma
la presión ejercida por el vapor de agua que se va acumulando.
Según se va acumulando vapor, al mismo tiempo va aumentando la
temperatura de ebullición del agua, alcanzándose una temperatura de
unos 120 ºC, por lo que los alimentos se cuecen mucho más rápido.
Al cabo de cierto tiempo la presión se mantiene constante (unas dos
atmósferas) gracias a la válvula de seguridad que deja salir vapor
cuando la presión sobrepasa cierto valor.
La utilización de la olla permite ahorrar energía, pues con ella conse-
guimos cocinar los alimentos en menos tiempo.
APLICACIONES
Válvula cerrada
Tapa
Válvula
de seguridad
Aire
Vapor
Tapón
Asas aislantes
Acero
Válvula abierta
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4. 156 3FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO3MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 3
¿Los materiales más densos son también los más resistentes? Pon varios ejemplos.
Busca aplicaciones de metales y aleaciones ligeras a tu alrededor (aluminio, titanio, etc.) y escribe una lista
con las aplicaciones que hayas encontrado, como, por ejemplo, un reproductor de MP3.
Elabora un listado con las ventajas del titanio frente a otros materiales.
¿Por qué se usan tornillos de titanio en ciertas intervenciones quirúrgicas de la columna vertebral?
¿Qué ventajas tienen los materiales ligeros empleados en los trenes de alta velocidad frente a otros metales?
5
4
3
2
1
CUESTIONES
APLICACIONES
LA MATERIA: CÓMO SE PRESENTA3
¿Cuál es la ventaja de los relojes de tita-
nio respecto a los relojes elaborados con
otros metales? La ligereza. Como el tita-
nio (4,5 g/cm
3
) es mucho menos denso
que el acero (casi 8 g/cm
3
), los objetos
de titanio pesan menos.
Además, el titanio presenta otras venta-
jas: no se oxida, no provoca alergias, es
resistente...
La única pega: el precio, pues el titanio
es notablemente más caro que el ace-
ro, por ejemplo.
Relojes de titanio
CIENCIA Y TECNOLOGÍA
Densidad y resistencia
Una densidad menor no implica necesariamente una menor resisten- cia. Por ejemplo, el aluminio o el titanio son materiales bastante lige- ros (menos densos que otros metales) y, sin embargo, son muy resis- tentes. Junto con los metales puros, se emplean aleaciones que permiten mejorar la resistencia, la dureza, el brillo...
La fachada del Museo Guggemheim de Bilbao está elaborada con titanio.
Por ello, los metales y aleaciones metálicas ligeros tienen múltiples aplicaciones:
• Estructuras empleadas en arquitectura: fachadas, ventanas, etc.
• Vehículos de alta velocidad: aviones y cohetes. Sobre todo el alumi-
nio, un metal muy ligero, cuya densidad es de solo 2,7 g/cm
3
.
• Tornillos, placas y otros elementos empleados en cirugía. Sobre todo
el titanio, que no provoca reacciones de rechazo en el organismo.
• Implantes dentales.
• Carcasas de objetos portátiles: cámaras, reproductores MP3, etc.
• Joyería: relojes, piedras preciosas artificiales, etc.
Las bicicletas modernas pesan poco; están
hechas de una aleación de aluminio.
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5. 157FFÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESOFMATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. F
Describe diferentes aplicaciones de los isótopos radiactivos en medicina, en biología o en la industria.
¿Cómo podemos conocer la edad del hueso de un animal encontrado en una excavación arqueológica?2
1
CUESTIONES
APLICACIONES
LA MATERIA: PROPIEDADES ELÉCTRICAS Y EL ÁTOMO4
Consiste en una bola esférica de vidrio
que, al tocarla con los dedos, produce
rayos brillantes, debido a que el eleva-
do voltaje del interior arranca los electro-
nes de los átomos del gas que se encuen-
tra en el interior, a baja presión.
Bola de plasma
CIENCIA Y TECNOLOGÍA
Isótopos radiactivos
Las aplicaciones de los isótopos radiactivos son muy variadas. En me- dicina se usan para realizar diagnósticos (captación del yodo por la glándula tiroides) y con fines terapéuticos (bomba de cobalto para destruir células cancerosas).
En biología se usan para seguir la trayectoria de sustancias en seres
vivos y para realizar la datación de fósiles.
En la industria, para detectar defectos y grietas en estructuras metáli-
cas, para esterilizar organismos patógenos en los alimentos y para
erradicar plagas agrícolas.
Se han utilizado para conservar alimentos vegetales (destruyendo los
microorganismos que pudieran contener). De esta forma, se ha logra-
do conservar patatas durante más de un año, manteniendo intactas
todas sus propiedades.
También se utilizan para descubrir falsificaciones artísticas o históricas.
Datación por el método del carbono-14
El carbono-14 se forma en nuestra atmósfera al interactuar los áto-
mos de nitrógeno con los neutrones de los rayos cósmicos. La ecua-
ción nuclear que representa dicho proceso es:
7
14N + 0
1n→ 6
14C + 1
1H
El carbono-14 formado reacciona a su vez con
el oxígeno del aire, formando dióxido de carbono
(CO
2). El dióxido de carbono atmosférico alcan-
za una concentración estacionaria, que ascien-
de aproximadamente a un átomo de carbono-14
por cada 10
12
átomos de carbono-12. Tanto los
animales que se alimentan de plantas como una
planta viva que absorbe dióxido de carbono de
la atmósfera mantienen esta proporción de
14
C/
12
C = 1/10
12
.
Cuando un organismo vegetal o animal muere,
comienza a producirse la desintegración radiac-
tiva del carbono-14 que contiene, por lo que la
relación
14
C/
12
C que contienen sus restos dismi-
nuye según pasa el tiempo.
6
14C→ 7
14N + –1
0e
Determinando la relación
14
C/
12
C, y comparándo-
la con la edad de los organismos vivos, se puede
saber el tiempo que hace que murió ese orga-
nismo, aplicando una fórmula matemática.
APLICACIONES
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6. 158 5FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO5MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 5
Busca en un diccionario el origen de la palabra «salario».
¿Cuál es el fundamento de los salazones?
Contesta:
a) ¿Qué elementos químicos forman el cloruro de sodio?
b) ¿Qué posición ocupan en el sistema periódico?
c) ¿Qué ion puede formar un átomo de cloro?
d) ¿Y un átomo de sodio?
3
2
1
CUESTIONES
APLICACIONES
ELEMENTOS Y COMPUESTOS QUÍMICOS5
Son sustancias, como el silicio o el ger-
manio, que no son buenos conductores
de la electricidad, pero que, al «doparse»
con pequeñas impurezas (galio, vanadio,
fósforo, aluminio), se convierten en bue-
nos conductores. Se utilizan en la fabri-
cación de «chips» en miniatura utiliza-
dos en ordenadores.
Semiconductores
CIENCIA Y TECNOLOGÍA
Sal en la dieta
El cloruro de sodio (NaCl), conocido popularmente como sal, es un compuesto químico que, desde el origen del hombre, se utilizaba para conservar los alimentos. Este proceso es conocido como salazón.
El fundamento de este proceso está en que la sal impide que se desa-
rrollen los microorganismos que descomponen los alimentos, pudien-
do conservarse estos durante mucho tiempo inalterados. En los países
escandinavos, los pescados en salazón son una base muy importante
de la dieta.
La sal es vital para el organismo, aunque un exceso es perjudicial para
quienes padecen alguna enfermedad renal, al elevar la presión san-
guínea. Este es un factor que interviene en los ataques cardiacos y las
hemorragias cerebrales.
En el mundo desarrollado, la preocupación por este tema ha llevado a
muchos fabricantes a producir alimentos «bajos en sal» y, aunque es
muy mala la prensa que tiene la sal, en otros países es de una ayuda
inestimable para salvar vidas.
La diarrea y la deshidratación causan en algunos países millones de
muertes cada año. Tomando simplemente ocho cucharadas peque-
ñas de azúcar y una de sal disueltas en medio litro de agua podría
salvarse la vida de un niño enfermo.
Pescado conservado en salazón.
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7. 159⇒FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO⇒MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. ⇒
Anota los reactivos y los productos de las reacciones que tienen lugar en un catalizador.
¿Cuáles son las ventajas de emplear catalizadores?
a) En el ámbito local (ciudad).
b) En el ámbito global (planeta).
Contesta:
a) ¿Se evita la contaminación por completo gracias al uso de los catalizadores?
b) ¿Qué otras medidas crees que se pueden adoptar para complementar el uso de catalizadores
y mejorar así la calidad del aire en ciudades con mucho tráfico?
3
2
1
CUESTIONES
APLICACIONES
CAMBIOS QUÍMICOS6
La lanzadera espacial va acoplada a los cohetes de propulsión, cuya misión es proporcionar la energía suficiente para escapar de la atmósfera terrestre.
Contiene un gran tanque de oxígeno e hi-
drógeno líquidos en depósitos separados
que, al combinarse, reaccionan forman-
do vapor de agua y suministran la poten-
cia impulsora necesaria.
Combustible espacial
CIENCIA Y TECNOLOGÍA
Catalizadores y contaminación
Los catalizadores son sustancias que se utilizan con el objetivo de que una reacción química se produzca. Pero ahora el término catali- zador (convertidor catalítico) también se emplea para identificar una parte del automóvil que se acopla en el tubo de escape.
Estos catalizadores están constituidos por unas rejillas que contienen
metales nobles, como platino y óxidos metálicos (NiO), dentro de una
carcasa de acero inoxidable. Dentro hay miles de celdas que ofrecen
una gran superficie de contacto a los gases expelidos por el motor.
La función química del catalizador es transformar los óxidos de nitró-
geno y los hidrocarburos no quemados en gases menos contaminan-
tes: nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono y agua. No es la solución
ideal pero, al menos, se «purifican» un poco los gases producidos du-
rante la combustión en el motor.
APLICACIONES
Carcasa
metálica
Salida de gases
purificados
Reacciones
químicas
2 CO +O
2⇒2 CO 2
2 NO +2 CO ⇒N 2+2 CO 2
Emisiones
procedentes
del motor
Soporte
cerámico
NO
X
CO
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8. 160 7FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO7MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 7
Contesta:
a) ¿Qué elemento químico forma la estructura básica (el esqueleto)
del kevlar?
b) ¿Qué otros plásticos conoces? ¿Para qué se usan?
c) ¿Qué elemento químico tienen en común todos los plásticos?
d) ¿Por qué se dice que el kevlar está formado por macromoléculas?
Repasa los usos del kevlar y justifica la utilización de este material
en cada caso.
a) Cañas de pesca.
b) Chalecos antibalas.
b) Raquetas de tenis.
b) Zapatillas deportivas.
2
1
CUESTIONES
APLICACIONES
QUÍMICA EN ACCIÓN7
Las lesiones leves que sufren los depor-
tistas (golpes, contracturas, esguinces,
etc.) pueden aliviarse con ayuda de unas
«bolsas de frío». Al golpear la bolsa, el ni-
trato de amonio que contiene se disuelve
en el agua, produciendo un enfriamien-
to brusco de la disolución, al ser un pro-
ceso endotérmico.
En otros casos se necesita calor para ali-
viar los dolores musculares. Las «bol-
sas de calor» contienen cloruro de cal-
cio, que, al disolverse en agua, desprende
calor.
Un dispositivo se-
mejante se utiliza
para obtener café
caliente sin calen-
tar al fuego.
Química y deporte
CIENCIA Y TECNOLOGÍA
¿De qué material están hechos los chalecos
antibalas?
Probablemente alguna vez te hayas hecho la pregunta anterior. Pues
bien, el componente fundamental es un polímero llamado kevlar.
Este plástico fue descubierto en 1965 y debe sus propiedades a la
regularidad de su estructura. Es más fuerte que el acero y más elásti-
co que la fibra de carbono, resiste las llamas y se apaga por sí mismo.
Con propiedades tan excelentes no es raro que, aparte de servir para
fabricar chalecos antibalas, se utilice para blindajes militares, cañas
de pesca, raquetas de tenis o zapatillas deportivas. También se em-
pleó kevlar para construir las cuerdas y bolsas de aterrizaje de la son-
da
Mars Pathfinderque llegó a Marte en 1997 y que utilizó un siste-
ma de
airbagspara aterrizar tras sucesivos rebotes.
Un chaleco corriente de kevlar puede absorber la energía de una bala
que viaje a 370 m/s (1332 km/h) procedente de una pistola. En este
caso, la piel se hundiría unos 4 cm, presión que no causaría lesiones
graves. Si se fabrica un chaleco con más capas de kevlar, se pueden
detener balas más potentes.
En la actualidad la nanotecnología está investigando fibras con una
resistencia mucho mayor incluso que el kevlar.
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9. 161−FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO−MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. −
APLICACIONES
LA ELECTRICIDAD8
Distintos tipos de baterías recargables
En el mercado hay baterías de distinto tipo. Unas se utilizan en aparatos portátiles, otras son más duraderas,
algunas son muy tóxicas, etc. En la siguiente tabla recogemos algunos datos de interés sobre disitntos tipos
de baterías.
APLICACIONES
Níquel cadmio
y níquel-metal
Ion-Litio Plomo-ácido
Usadas en...
• Radios, cámaras fotográficas
digitales, reproductores de MP3.
• Teléfonos móviles, cámaras
fotográficas digitales,
videocámaras. • Coches, motocicletas, sillas
de ruedas.
Carga
• No dejar las baterías
en el cargador más de dos días.
• Evitar el calentamiento excesivo
durante la carga.
• Cargar las baterías a menudo,
incluso aunque no se descarguen
completamente.
• Evitar el calentamiento excesivo
durante la carga.
• Cargar inmediatamente tras
el uso.
Descarga
• Descargar completamente
una vez al mes.
• Evitar demasiados ciclos de carga
y descarga.
• Las baterías duran más evitando
descargas totales. Recargar
a menudo, sin dejar que
las baterías se agoten.
• La batería dura más evitando
descargas totales. Recargar
a menudo.
Mantenimiento
• No descargar antes de cada
carga.
• No necesita. La pérdida
de capacidad se debe a la edad
de las baterías, se usen o no.• Aplicar una carga total cada seis
meses.
Almacenamiento
• Ideal: al 40 % de la capacidad
en un lugar fresco.
• Ideal: al 40 % de la capacidad
en un lugar fresco.
• No almacenar las baterías
completamente cargadas
ni en lugares cálidos.
• Almacenar con la carga completa.
Ciclo de vida
500-1500 recargas 300-500 recargas 200-300 recargas
Tiempo para carga rápida
1 hora 2-4 horas 2-3 horas
Temperatura de operación
−20 a 60 ºC −20 a 60 ºC −20 a 60 ºC
Coste
40-50 € 30-60 € 20 €
Toxicidad
• Muy tóxicas. • Poco tóxicas. • Bastante tóxicas, contienen plomo
y ácidos.
Depósito
• Deben ser recicladas. • Es mejor que sean recicladas.• Deben ser recicladas.
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10. Notas
162
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