Ejemplos resueltos y ejercicios guiados - Tabla periódica
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Introducción
En esta lección se revisan los conceptos básicos de la tabla periódica: grupos, periodos y número atómico. Conoceremos cómo localizar un elemento y qué información nos aporta su posición.
Explicación
La tabla periódica está organizada en filas horizontales llamadas periodos y columnas verticales llamadas grupos. Cada casilla contiene el símbolo químico, el número atómico y, a veces, la masa atómica del elemento.
Ejemplo
Ejemplo: El oxígeno (O) tiene número atómico 8. Está situado en el periodo 2 y en el grupo 16 (grupo de los calcógenos).
Ejercicios
Los elementos situados a la izquierda de la tabla periódica (excepto el hidrógeno) son generalmente:
El oxígeno tiene número atómico Z = 8, con configuración 2, 6. ¿Cuántos electrones tiene en su última capa (electrones de valencia)?
Material adicional
El calor y la temperatura
El calor y la temperatura son conceptos que a menudo se confunden, pero son muy diferentes. La temperatura mide el grado de agitación de las partículas de un cuerpo, mientras que el calor es la transferencia de energía térmica entre dos cuerpos a diferente temperatura.
Temperatura
La temperatura se mide con un termómetro. Las escalas más usadas son:
Escala
Símbolo
Punto de fusión del agua
Punto de ebullición del agua
Celsius
°C
0 °C
100 °C
Kelvin
K
273 K
373 K
Fahrenheit
°F
32 °F
212 °F
🔬 Fórmula clave
Conversiones:
T(K) = T(°C) + 273 T(°C) = T(K) − 273
Calor
El calor (Q) es energía en tránsito: pasa del cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura hasta alcanzar el equilibrio térmico (ambos a la misma temperatura).
La cantidad de calor que absorbe o cede un cuerpo depende de:
• Su masa (m). • La variación de temperatura (ΔT = T_final − T_inicial). • Su calor específico (ce): capacidad de la sustancia para absorber calor.
🔬 Fórmula clave
Ecuación fundamental de la calorimetría:
Q = m · ce · ΔT
donde Q = calor (J), m = masa (kg), ce = calor específico (J/(kg·°C)), ΔT = variación de temperatura (°C).
Calor específico del agua: ce = 4 180 J/(kg·°C)
📘 Ejemplo resuelto
¿Cuánto calor necesitamos para calentar 2 kg de agua de 20 °C a 80 °C?
Datos: m = 2 kg, ce = 4 180 J/(kg·°C), ΔT = 80 − 20 = 60 °C Fórmula: Q = m · ce · ΔT Cálculo: Q = 2 × 4 180 × 60 = 501 600 J ≈ 502 kJ
Mecanismos de transferencia de calor
Mecanismo
Descripción
Ejemplo
Conducción
Transferencia por contacto directo entre partículas
Calentar una sartén en el fuego
Convección
Transferencia por movimiento de un fluido
El radiador calienta el aire de la habitación
Radiación
Transferencia mediante ondas electromagnéticas (no necesita medio material)
El Sol calienta la Tierra
Dilatación térmica
Cuando un cuerpo se calienta, sus partículas vibran más y se separan: el cuerpo se dilata (aumenta su volumen). Al enfriarse, se contrae.
Este fenómeno es importante en la vida cotidiana: por eso los puentes y vías de tren tienen juntas de dilatación, y los cables eléctricos cuelgan con cierta holgura en verano para que no se tensen en invierno.
🤔 ¿Sabías que…?
El agua tiene un comportamiento anómalo: entre 0 °C y 4 °C se contrae al calentarse (en lugar de dilatarse). Por eso el agua más densa (a 4 °C) se sitúa en el fondo de los lagos, y el hielo (menos denso) flota en la superficie.
✏️ Ejercicios
1. Diferencia entre calor y temperatura.
2. Convierte: a) 25 °C a K; b) 350 K a °C; c) 100 °C a K.
3. ¿Cuánto calor se necesita para calentar 500 g de agua de 15 °C a 90 °C?
4. Se suministran 41 800 J de calor a 1 kg de agua a 30 °C. ¿Cuál será la temperatura final?
5. Explica los tres mecanismos de transferencia de calor y pon un ejemplo de cada uno.
6. ¿Hacia dónde fluye el calor siempre? ¿Qué es el equilibrio térmico?
7. ¿Por qué los raíles del tren tienen pequeños huecos entre ellos?
8. El calor específico del hierro es 449 J/(kg·°C). Calcula el calor necesario para calentar 3 kg de hierro de 20 °C a 120 °C.
9. ¿Por qué el agua tarda más en calentarse que el metal? Relacónalo con el calor específico.
10. Explica por qué la arena de la playa está más caliente que el agua del mar al mediodía en verano.
📋 Resumen de la lección
La temperatura mide la agitación de las partículas; el calor es transferencia de energía térmica.
Q = m · c_e · ΔT permite calcular el calor absorbido o cedido.
El calor se transfiere por conducción, convección y radiación.
El calor fluye siempre del cuerpo más caliente al más frío hasta el equilibrio térmico.
Los cuerpos se dilatan al calentarse y se contraen al enfriarse.
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