Ejercicios: La química en la sociedad, la tecnología y el medio ambiente

Al quemar nafta, gas natural o carbón se emite a la atmósfera un gas que refuerza el efecto invernadero. ¿Qué gas es? Explicá con una frase sencilla en qué consiste el efecto invernadero.

La reja de un balcón acaba cubriéndose con los años de una capa marrón rojiza. ¿Cómo se llama ese proceso y esa sustancia marrón? ¿Qué dos cosas necesita el hierro para oxidarse?

Nombrá dos sustancias ácidas que tengas en la cocina de tu casa y explicá cómo sabés que son ácidas (por su sabor, su olor o su uso).

La lavandina y el amoníaco que se usan para limpiar son sustancias básicas, lo contrario de los ácidos. ¿Por qué hay que manejarlos con cuidado? Nombrá otro producto de uso cotidiano que sea básico.

¿Qué tipo de energía almacena una pila y en qué tipo de energía la transforma cuando enciende una linterna? Explicá por qué decimos que la reacción química que ocurre dentro de la pila es una reacción «útil».

Después de una comida abundante, Thiago toma un antiácido para la acidez estomacal. Sabiendo que el jugo gástrico del estómago es ácido:

1. a) ¿Cómo actúa el antiácido?
2. b) ¿Cómo se llama la reacción entre un ácido y una base?

Nombrá dos formas habituales de proteger una reja de hierro de la oxidación y explicá cómo actúa cada una de ellas.

¿Qué es la lluvia ácida? Nombrá los gases procedentes de las combustiones de fábricas y autos que la provocan y mencioná un efecto que cause sobre el ambiente.

La caldera de una vivienda quema metano según la ecuación $\text{CH}_4 + 2\ \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\ \text{H}_2\text{O}$.

1. a) ¿Qué producto de esta combustión contribuye al efecto invernadero?
2. b) Si la caldera está mal regulada y quema el gas de forma incompleta, ¿por qué es peor para el ambiente y también para la factura? Justificá ambas respuestas.

El efecto invernadero no es malo en sí mismo: sin él, la temperatura media de la Tierra estaría muy por debajo de cero. Explicá la diferencia entre el efecto invernadero natural y el «aumento del efecto invernadero» del que hablan las noticias, indicando qué actividad humana lo está provocando.

En un experimento se colocan tres clavos de hierro en tres tubos: el tubo 1, con agua de la canilla y abierto al aire; el tubo 2, con aire seco en su interior y bien tapado; el tubo 3, con agua hervida y una capa de aceite encima para aislarla del aire. Al cabo de una semana solo se oxidó el clavo del tubo 1. La figura muestra el montaje de los tres tubos:

Explicá qué demuestra cada tubo sobre las condiciones que necesita la corrosión del hierro.

Al mezclar vinagre con bicarbonato en un vaso se produce un burbujeo intenso.

1. a) ¿Qué gas se desprende en esa reacción?
2. b) Nombrá una aplicación doméstica o una actividad de feria de ciencias que aproveche esta reacción.
3. c) Indicá qué tipo de sustancia es el vinagre y qué tipo es el bicarbonato.

La lluvia «normal» ya es ligeramente ácida, con un pH de unos $5,6$, porque el dióxido de carbono del aire se disuelve en las gotas. La lluvia ácida, en cambio, puede bajar a un pH de $4$ o menos. Fijate en la escala de pH de la figura:

1. a) ¿Qué contaminantes hacen que la lluvia sea mucho más ácida de lo normal?
2. b) ¿De qué actividades salen esos contaminantes?

Las pilas recargables del joystick de la consola se pueden usar cientos de veces antes de arruinarse.

1. a) ¿Qué significa que la reacción química de una pila recargable es «reversible»? ¿Qué hace el cargador?
2. b) ¿Por qué las pilas gastadas, recargables o no, no deben tirarse a la basura común?

El cuadro de muchas bicicletas está pintado, es decir, cubierto por una capa fina de pintura. La figura muestra un corte del cuadro:

1. a) ¿Cómo protege esa capa al hierro del contacto con el aire y la humedad?
2. b) Si la bicicleta se raya y queda hierro a la vista, ¿por qué el óxido ataca justo por la zona rayada? Relacionalo con las condiciones que necesita la corrosión.

Los antiácidos efervescentes llevan bicarbonato y un ácido sólido entre sus ingredientes; al echar la pastilla en agua ambos reaccionan.

1. a) ¿Por qué se producen burbujas al disolver la pastilla?
2. b) Relacioná el alivio de la acidez estomacal con la reacción que ocurre después, entre el antiácido disuelto y el exceso de ácido del estómago.

Diseñá un experimento para demostrar que el hierro necesita a la vez agua y oxígeno para oxidarse.

1. a) Materiales que usarías.
2. b) Montaje de los tubos de ensayo: qué contiene cada uno y qué variables controlás.
3. c) Qué esperás observar al cabo de unos días en cada tubo.
4. d) Conclusión del experimento y dos formas de proteger una bicicleta que se deduzcan de ella.

Un auto a nafta emite unos $120\ \text{g}$ de dióxido de carbono por cada kilómetro recorrido, y recorre $15\,000\ \text{km}$ al año.

1. a) Calculá cuántos kilogramos de dióxido de carbono emite en un año.
2. b) Un tren eléctrico emite unos $40\ \text{g}$ por pasajero y kilómetro: calculá las emisiones de ese mismo trayecto anual hecho en tren y comparalas.
3. c) Explicá cómo contribuye el dióxido de carbono al cambio climático y por qué reducir las emisiones del transporte es una prioridad.

Las estatuas de mármol y las fachadas de piedra caliza ($\text{CaCO}_3$) se desgastan más rápido en ciudades con mucha contaminación que en el campo.

1. a) Explicá qué le hace la lluvia ácida al carbonato de calcio de la piedra.
2. b) Razoná por qué en zonas rurales alejadas de fábricas el desgaste es mucho menor.
3. c) Proponé dos medidas para frenar este daño en el patrimonio y justificalas: una a corto plazo sobre los edificios y otra a largo plazo sobre el origen del problema.

En la clase de tecnología se construye una pila casera clavando un electrodo de cobre y otro de zinc en un limón: al conectar un pequeño LED, este se enciende débilmente. El montaje es el de la figura:

1. a) ¿De dónde sale la energía que enciende el LED? ¿Qué tipo de reacción la suministra?
2. b) ¿Qué papel juega el jugo ácido del limón en el montaje?
3. c) Predecí qué ocurrirá si se conectan tres limones en serie y explicá en qué se parecen las pilas comerciales a estos «limones mejorados».

Los barcos con casco de acero llevan atornillados bloques de zinc que se van desgastando con el tiempo y se sustituyen cada cierto plazo, como se muestra en la figura:

1. a) Explicá qué le ocurre al zinc mientras el casco de hierro permanece intacto.
2. b) ¿Por qué tiene sentido «sacrificar» un metal para salvar al otro?
3. c) Compará este método con pintar el casco: ¿qué tienen en común ambos y en qué se diferencian?

Para recuperar lagos acidificados por la lluvia ácida se les añade caliza molida desde el aire.

1. a) Explicá, con lo que sabés de ácidos y bases, por qué la caliza ayuda a recuperar el lago.
2. b) ¿Cómo se llama el tipo de reacción que tiene lugar?
3. c) Razoná por qué esta solución de emergencia no sustituye a reducir las emisiones de dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno en el origen.

Una central térmica quema carbón para producir electricidad.

1. a) Nombrá dos problemas ambientales asociados a esa combustión y explicá la reacción o el proceso químico que causa cada uno.
2. b) Proponé dos formas alternativas de obtener electricidad que eviten esos problemas y justificá por qué.

Las baterías de los autos eléctricos almacenan energía gracias a reacciones químicas reversibles, igual que una pila recargable gigante.

1. a) Explicá la ventaja ambiental de usar una batería así frente a quemar nafta en un motor.
2. b) ¿Por qué es importante que la electricidad con que se carga la batería provenga de fuentes renovables? ¿Qué ocurriría si se cargara quemando carbón?
3. c) Las baterías contienen metales como el litio o el cobalto: razoná por qué el reciclaje de baterías es parte esencial de la solución y no un detalle menor.

Reto del tema. ¿Cómo influyen las condiciones de una reacción en la emisión de gases y cómo se relaciona con nuestro entorno? Convertite en investigador químico desde tu cocina.

Fase 1: La ecuación. Escribí y ajustá la reacción entre el bicarbonato de sodio y el vinagre (ácido acético): $\text{NaHCO}_3 + \text{CH}_3\text{COOH} \rightarrow \text{CH}_3\text{COONa} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2$.

Fase 2: Cinética casera. Medí con el cronómetro del celular ($t \pm 0,5\text{ s}$) el tiempo que tarda en completarse la efervescencia de media cucharada de bicarbonato en $50\text{ mL}$ de vinagre a tres temperaturas: fría ($10\,^{\circ}\text{C}$), ambiente ($20\,^{\circ}\text{C}$) y caliente ($40\,^{\circ}\text{C}$). Recogé los datos en una tabla indicando las incertidumbres y elaborá un gráfico de tiempo en función de la temperatura, justificando el resultado según la teoría de colisiones.

Fase 3: Impacto ambiental. Entrá en la web de CAMMESA o del Servicio Meteorológico Nacional (SMN) y consultá la aportación de fuentes emisoras de $\text{CO}_2$. Redactá un informe breve integrando tus resultados experimentales con una propuesta razonada sobre la importancia de controlar las reacciones de combustión a nivel industrial para reducir la huella de carbono.

Se valorará:

• Ajuste correcto de la reacción química identificando reactivos y productos.

• Rigor en el tratamiento experimental: tabla con incertidumbres y gráfico claro.

• Justificación científica del factor cinético analizado.

• Calidad de la propuesta ambiental conectada con los datos consultados.