Aplicaciones cotidianas de la ciencia y la química

APLICACIONES
A LA VIDA COTIDIANA

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

153

1 LA CIENCIA, LA MATERIA Y SU MEDIDA
APLICACIONES

CIENCIA Y TECNOLOGÍA
Sistemas de posicionamiento: el GPS
Navegadores GPS
Al utilizar los medios de transporte, uno de los objetivos principales
En pocos años, los receptores GPS de ha sido conocer la posición exacta (del coche, del barco, del avión)
bolsillo han invadido el mercado. sobre el planeta. En los antiguos barcos los marineros empleaban
Junto con un software para calcular las brújulas e instrumentos astronómicos para determinar la longitud y la
rutas y para visualizar los mapas de ca- latitud del barco y fijar el rumbo.
rreteras, estos aparatos se han conver- Hoy existe un sistema más preciso: el Sistema de Posicionamiento
tido en los «copilotos» de millones de con- Global o GPS (del inglés Global Positioning System), que utiliza una
ductores. red de 24 satélites artificiales. En cada punto del planeta es posible
La ruta deseada se puede programar de recibir señales de al menos 4 satélites. Esto permite fijar la latitud, la
antemano y el aparato dicta en tiempo longitud y la altitud con un margen de error de unos pocos metros.
real las órdenes necesarias para llegar al
destino.
Satélites
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.
Señal GPS
bloqueada
por los
edificios

Estación
de
referencia

Internet

Receptores

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...

CUESTIONES

1 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?

2 Explica la utilidad de un sistema de posicionamiento automático:

• En los aeropuertos. • Para los senderistas.
• En los barcos. • En los automóviles.

154 FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L.

2 LA MATERIA: ESTADOS FÍSICOS
APLICACIONES

La olla a presión
Ollas ultrarrápidas
Los alimentos se cuecen mucho más rápido en una olla a presión.
El ahorro de tiempo y de energía que per- ¿Por qué? Pues porque en el interior de la olla se consigue una tem-
miten las ollas ha incentivado la investi- peratura de cocción más elevada, por encima de los 100 ºC. Por eso
gación. Así se han conseguido ollas ul- los alimentos tardan mucho menos tiempo en reblandecerse.
trarrápidas que, si bien son más caras
Cuando cocemos los alimentos en una cacerola normal, aunque sea
que las ollas convencionales, permiten
con tapa, la presión existente es la presión atmosférica (1 atm), y la
ahorrar hasta un 70 % en el tiempo de

APLICACIONES
temperatura máxima que se alcanza es la temperatura de ebullición
cocción y un 50 % de energía.
del agua: 100 ºC. Pero en una olla a presión, la presión en el interior
Otra ventaja de estas ollas es que el aire es mayor de una atmósfera, ya que a la presión atmosférica se suma
se evacúa durante la precocción de los la presión ejercida por el vapor de agua que se va acumulando.
alimentos, no durante la cocción como en
Según se va acumulando vapor, al mismo tiempo va aumentando la
las convencionales. Además, como el
temperatura de ebullición del agua, alcanzándose una temperatura de
tiempo de cocción disminuye, las verdu-
unos 120 ºC, por lo que los alimentos se cuecen mucho más rápido.
ras conservan más vitaminas y más aro-
ma tras la cocción. Al cabo de cierto tiempo la presión se mantiene constante (unas dos
atmósferas) gracias a la válvula de seguridad que deja salir vapor
La clave está en aumentar la temperatu-
cuando la presión sobrepasa cierto valor.
ra interior para que los alimentos se cue-
zan más rápidamente. Esto se consigue La utilización de la olla permite ahorrar energía, pues con ella conse-
tapando las ollas con precisión. guimos cocinar los alimentos en menos tiempo.

Aire

Tapón
Válvula
Vapor
de seguridad
Asas aislantes

Válvula abierta
Válvula cerrada

Tapa
Acero

CUESTIONES

1 Fíjate en los dibujos y explica cómo funciona la válvula de seguridad de una olla a presión.

2 ¿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?

3 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?

4 Explica la relación existente entre el uso de ollas a presión y la conservación del medio ambiente.

FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO MATERIAL FOTOCOPIABLE © SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 155

3 LA MATERIA: CÓMO SE PRESENTA
APLICACIONES

Densidad y resistencia
Relojes de titanio
Una densidad menor no implica necesariamente una menor resisten-
¿Cuál es la ventaja de los relojes de tita- cia. Por ejemplo, el aluminio o el titanio son materiales bastante lige-
nio respecto a los relojes elaborados con ros (menos densos que otros metales) y, sin embargo, son muy resis-
otros metales? La ligereza. Como el tita- tentes. Junto con los metales puros, se emplean aleaciones que
nio (4,5 g/cm3) es mucho menos denso permiten mejorar la resistencia, la dureza, el brillo...
que el acero (casi 8 g/cm3), 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.

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/cm3.
• 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.
Las bicicletas modernas pesan poco; están
hechas de una aleación de aluminio. • Joyería: relojes, piedras preciosas artificiales, etc.

CUESTIONES

1 ¿Los materiales más densos son también los más resistentes? Pon varios ejemplos.

2 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.

3 Elabora un listado con las ventajas del titanio frente a otros materiales.

4 ¿Por qué se usan tornillos de titanio en ciertas intervenciones quirúrgicas de la columna vertebral?

5 ¿Qué ventajas tienen los materiales ligeros empleados en los trenes de alta velocidad frente a otros metales?


4 LA MATERIA: PROPIEDADES ELÉCTRICAS Y EL ÁTOMO
APLICACIONES

Isótopos radiactivos
Bola de plasma
Las aplicaciones de los isótopos radiactivos son muy variadas. En me-
Consiste en una bola esférica de vidrio dicina se usan para realizar diagnósticos (captación del yodo por la
que, al tocarla con los dedos, produce glándula tiroides) y con fines terapéuticos (bomba de cobalto para
rayos brillantes, debido a que el eleva- destruir células cancerosas).
do voltaje del interior arranca los electro-
En biología se usan para seguir la trayectoria de sustancias en seres
nes de los átomos del gas que se encuen-
vivos y para realizar la datación de fósiles.
tra en el interior, a baja presión.

APLICACIONES
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:
14
7 N + 1n → 14 C + 1 H
0 6 1

El carbono-14 formado reacciona a su vez con
el oxígeno del aire, formando dióxido de carbono
(CO2). El dióxido de carbono atmosférico alcan-
za una concentración estacionaria, que ascien-
de aproximadamente a un átomo de carbono-14
por cada 1012 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 12
C/ C = 1/1012.
Cuando un organismo vegetal o animal muere,
comienza a producirse la desintegración radiac-
tiva del carbono-14 que contiene, por lo que la
relación 14C/12C que contienen sus restos dismi-
nuye según pasa el tiempo.
14
6 C → 14 N + –1 e
7
0

Determinando la relación 14C/12C, 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.

CUESTIONES

1 Describe diferentes aplicaciones de los isótopos radiactivos en medicina, en biología o en la industria.

2 ¿Cómo podemos conocer la edad del hueso de un animal encontrado en una excavación arqueológica?


5 ELEMENTOS Y COMPUESTOS QUÍMICOS
APLICACIONES

Sal en la dieta
Semiconductores
El cloruro de sodio (NaCl), conocido popularmente como sal, es un
Son sustancias, como el silicio o el ger- compuesto químico que, desde el origen del hombre, se utilizaba para
manio, que no son buenos conductores conservar los alimentos. Este proceso es conocido como salazón.
de la electricidad, pero que, al «doparse»
El fundamento de este proceso está en que la sal impide que se desa-
con pequeñas impurezas (galio, vanadio,
rrollen los microorganismos que descomponen los alimentos, pudien-
fósforo, aluminio), se convierten en bue-
do conservarse estos durante mucho tiempo inalterados. En los países
nos conductores. Se utilizan en la fabri-
escandinavos, los pescados en salazón son una base muy importante
cación de «chips» en miniatura utiliza-
de la dieta.
dos en ordenadores.
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.

CUESTIONES

1 Busca en un diccionario el origen de la palabra «salario».

2 ¿Cuál es el fundamento de los salazones?

3 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?


6 CAMBIOS QUÍMICOS
APLICACIONES

Catalizadores y contaminación
Combustible espacial
Los catalizadores son sustancias que se utilizan con el objetivo de
La lanzadera espacial va acoplada a los que una reacción química se produzca. Pero ahora el término catali-
cohetes de propulsión, cuya misión es zador (convertidor catalítico) también se emplea para identificar una
proporcionar la energía suficiente para parte del automóvil que se acopla en el tubo de escape.
escapar de la atmósfera terrestre.
Estos catalizadores están constituidos por unas rejillas que contienen
Contiene un gran tanque de oxígeno e hi- metales nobles, como platino y óxidos metálicos (NiO), dentro de una

APLICACIONES
drógeno líquidos en depósitos separados carcasa de acero inoxidable. Dentro hay miles de celdas que ofrecen
que, al combinarse, reaccionan forman- una gran superficie de contacto a los gases expelidos por el motor.
do vapor de agua y suministran la poten-
La función química del catalizador es transformar los óxidos de nitró-
cia impulsora necesaria.
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.

Salida de gases
purificados
Carcasa
metálica

CO

NOX
Emisiones
procedentes Soporte
del motor cerámico Reacciones
químicas

2 CO + O2 ⇒ 2 CO2
2 NO + 2 CO ⇒ N2 + 2 CO2

CUESTIONES

1 Anota los reactivos y los productos de las reacciones que tienen lugar en un catalizador.

2 ¿Cuáles son las ventajas de emplear catalizadores?

a) En el ámbito local (ciudad).
b) En el ámbito global (planeta).

3 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?


7 QUÍMICA EN ACCIÓN
APLICACIONES

¿De qué material están hechos los chalecos
Química y deporte
antibalas?
Las lesiones leves que sufren los depor- Probablemente alguna vez te hayas hecho la pregunta anterior. Pues
tistas (golpes, contracturas, esguinces, bien, el componente fundamental es un polímero llamado kevlar.
etc.) pueden aliviarse con ayuda de unas
«bolsas de frío». Al golpear la bolsa, el ni- Este plástico fue descubierto en 1965 y debe sus propiedades a la
trato de amonio que contiene se disuelve regularidad de su estructura. Es más fuerte que el acero y más elásti-
en el agua, produciendo un enfriamien- co que la fibra de carbono, resiste las llamas y se apaga por sí mismo.
to brusco de la disolución, al ser un pro- Con propiedades tan excelentes no es raro que, aparte de servir para
ceso endotérmico. fabricar chalecos antibalas, se utilice para blindajes militares, cañas
En otros casos se necesita calor para ali- de pesca, raquetas de tenis o zapatillas deportivas. También se em-
viar los dolores musculares. Las «bol- pleó kevlar para construir las cuerdas y bolsas de aterrizaje de la son-
sas de calor» contienen cloruro de cal- da Mars Pathfinder que llegó a Marte en 1997 y que utilizó un siste-
cio, que, al disolverse en agua, desprende ma de airbags para aterrizar tras sucesivos rebotes.
calor. Un chaleco corriente de kevlar puede absorber la energía de una bala
Un dispositivo se- que viaje a 370 m/s (1332 km/h) procedente de una pistola. En este
mejante se utiliza caso, la piel se hundiría unos 4 cm, presión que no causaría lesiones
para obtener café graves. Si se fabrica un chaleco con más capas de kevlar, se pueden
caliente sin calen- detener balas más potentes.
tar al fuego. En la actualidad la nanotecnología está investigando fibras con una
resistencia mucho mayor incluso que el kevlar.

CUESTIONES

1 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?

2 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.


8 LA ELECTRICIDAD
APLICACIONES

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.

Níquel cadmio Ion-Litio Plomo-ácido

APLICACIONES
y níquel-metal

• Radios, cámaras fotográficas • Teléfonos móviles, cámaras • Coches, motocicletas, sillas
digitales, reproductores de MP3. fotográficas digitales, de ruedas.
Usadas en... videocámaras.

• No dejar las baterías • Cargar las baterías a menudo, • Cargar inmediatamente tras
en el cargador más de dos días. incluso aunque no se descarguen el uso.
• Evitar el calentamiento excesivo completamente.
Carga durante la carga. • Evitar el calentamiento excesivo
durante la carga.

• Descargar completamente • Las baterías duran más evitando • La batería dura más evitando
una vez al mes. descargas totales. Recargar descargas totales. Recargar
Descarga • Evitar demasiados ciclos de carga a menudo, sin dejar que a menudo.
y descarga. las baterías se agoten.

• No descargar antes de cada • No necesita. La pérdida • Aplicar una carga total cada seis
carga. de capacidad se debe a la edad meses.
Mantenimiento de las baterías, se usen o no.

• Ideal: al 40 % de la capacidad • Ideal: al 40 % de la capacidad • Almacenar con la carga completa.
en un lugar fresco. en un lugar fresco.
• No almacenar las baterías
Almacenamiento completamente cargadas
ni en lugares cálidos.

Ciclo de vida 500-1500 recargas 300-500 recargas 200-300 recargas

1 hora 2-4 horas 2-3 horas
Tiempo para
carga rápida

−20 a 60 ºC −20 a 60 ºC −20 a 60 ºC
Temperatura
de operación

40-50 € 30-60 € 20 €
Coste

• Muy tóxicas. • Poco tóxicas. • Bastante tóxicas, contienen plomo
Toxicidad
y ácidos.
• Deben ser recicladas. • Es mejor que sean recicladas. • Deben ser recicladas.
Depósito


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