Leer el texto sobre el carbón y responder: (a) importancia y limitantes; (b) ¿existen yacimientos de carbón en el Ecuador?; (c) alternativas de uso al carbón.

Importancia: electricidad, cemento, acero, combustibles; Limitantes: CO_2, SO_2, NO_x, degradación ambiental

Completar la tabla con características e importancia de grafito, diamante, fullerenos y grafeno.

grafito sp^2 diamante sp^3 C_60 molecular grafeno sp^2 2D

Recabar imágenes de las 4 formas alotrópicas, armar un collage y explicar sus características e importancia.

Estructura sp^2 vs sp^3 explica las diferencias entre los alótropos

Elegir una de las 4 formas alotrópicas del carbono y explicar por qué le llama la atención.

El grafeno: un átomo de espesor, récord de resistencia, conductividad y flexibilidad

Metacognición: ¿qué he aprendido?, ¿cómo lo he aprendido?, ¿para qué me ha servido?, ¿en qué otras ocasiones puedo usarlo?

La estructura atómica explica las propiedades; el carbón exige transición energética

Libro de Química 2 BGU

Ministerio de Educación del Ecuador

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El carbón y las formas alotrópicas del carbono: importancia, límites y alternativas

📄 ejercicios quimica 🎓 bachillerato · 2° BGU Ecuador 🇪🇨 EC 🗣 Español

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Respuesta rápida

1.a Importancia: fuente energética y materia prima (electricidad, cemento, acero, combustibles). Limitantes: lluvia ácida, smog, CO₂, degradación del suelo y el agua, daños a la salud, recurso no renovable.

1.b Sí: yacimientos en Loja, Zamora Chinchipe, El Oro y Esmeraldas, de explotación limitada.

1.c Alternativas: solar, eólica, hidroeléctrica, biomasa, biogás y eficiencia energética.

Grafito: capas hexagonales deslizables, conductor, lubricante; usado en lápiles y electrodos. Diamante: red tetraédrica, extremadamente duro, conductor térmico; joyería y corte. Fullereno (C₆₀): molécula esférica, química molecular; nanomedicina y electrónica. Grafeno: capa hexagonal de 1 átomo, conductividades eléctrica y térmica máximas; baterías y electrónica.
Grafeno: más resistente que el acero, flexible, ligero y el mejor conductor conocido.

📚 exercise quimica ⭐⭐ Dificultad 2/5 ⏱ 12 min lectura

Solución — Página 96

Quimica 2° · 2024

Ejercicio 1

Leemos el texto: el carbón es una roca sedimentaria orgánica formada por carbono amorfo, hidrocarburos, compuestos orgánicos complejos, materia inorgánica y proteínas vegetales; se usa en generación de electricidad, fabricación de cemento, producción de acero y combustibles líquidos, pero su explotación y combustión generan contaminación del suelo, agua y aire (smog, lluvia ácida).

Parte 1.a

¿En qué radica la importancia del carbón y cuáles son sus limitantes para su uso?

Importancia: es una fuente energética primaria y abundante; su combustión produce calor y vapor que genera electricidad (plantas térmicas).
Aporta carbono para la siderurgia (coque) y sirve como materia prima en la fabricación de cemento y de combustibles líquidos mediante la carbonización y la gasificación.
Limitante ambiental: su quema libera $\text{CO}_{2}$ (efecto invernadero), $\text{SO}_{2}$ y óxidos de nitrógeno (formadores de lluvia ácida y smog) y partículas sólidas.
Limitante sanitario y físico: los minerales de carbón generan polvo y gases tóxicos; además, la explotación minera destruye suelos, contamina acuíferos y deja pasivos ambientales difíciles de remediar.
Limitante energético: el rendimiento de las plantas térmicas es bajo comparado con otras fuentes, y el recurso es no renovable (se agota en escalas geológicas).

Respuesta

el carbón importa por su alto poder calorífico y su uso en electricidad, cemento, acero y combustibles; sus limitantes son la contaminación del aire (lluvia ácida, smog, $\text{CO}_{2}$ ), la destrucción del suelo y el agua, los daños a la salud y el carácter no renovable del recurso.

Parte 1.b

¿Existen yacimientos de carbón en Ecuador?

Sí. Ecuador posee yacimientos sedimentarios distribuidos en varias provincias de la sierra y del litoral.
Los más referenciados están en Loja (p. ej., Chaguarpamba y Olmedo), Zamora Chinchipe (Yantzaza, Palanda), El Oro (Zaruma) y también en Esmeraldas, Imbabura, Cotopaxi y Pichincha.
Su explotación ha sido pequeña e intermitente, con vocación mayormente artesanal, de modo que la participación del carbón en la matriz energética nacional es marginal frente al petróleo, la hidroelectricidad y el gas natural.
Aun así, estos yacimientos tienen valor estratégico y educativo como recurso mineral del país, y su aprovechamiento exige planes de remediación ambiental.

Respuesta

sí, Ecuador cuenta con yacimientos de carbón, principalmente en Loja, Zamora Chinchipe, El Oro y Esmeraldas, aunque su explotación es limitada y su peso en la matriz energética es bajo.

Parte 1.c

¿Cuáles serían las alternativas de uso al carbón?

Energía solar fotovoltaica y térmica: aprovechan la radiación solar sin emisiones locales.
Energía eólica: aprovecha el viento, recurso muy disponible en el litoral ecuatoriano.
Energía hidroeléctrica: ya es la principal fuente eléctrica del país.
Biomasa y biogás: usan residuos agrícolas y ganaderos con menor impacto neto de carbono.
A nivel industrial, sustituir el coque de carbón por electricidad o gas en los hornos y usar materiales de bajo carbono en la construcción.
El carbón puede coexistir con estas fuentes como respaldo, pero siempre bajo estándares de captura y control de emisiones.

Respuesta

las alternativas son la energía solar, eólica, hidroeléctrica, biomasa y biogás, además de la eficiencia energética y la electrificación de procesos industriales.

Ejercicio 2

Completamos la tabla comparativa de las cuatro formas alotrópicas del carbono.

Grafito: red hexagonal en capas apiladas; enlace $sp^{2}$ y un electrón deslocalizado por átomo.
Diamante: red cúbica tetraédrica; enlace $sp^{3}$ , sin electrones libres.
Fullereno: molécula molecular cerrada (p. ej. $\text{C}_{60}$ ) con forma de balón de fútbol; enlaces $sp^{2}$ curvados.
Grafeno: una sola capa de grafito, átomos en red hexagonal plana con electrones de conducción casi libres.

Respuesta

la tabla queda completada como se muestra en answer_md.

Ejercicio 3

Armar un collage con las imágenes de grafito, diamante, fullerenos y grafeno y explicar a los compañeros sus características e importancia más relevantes (uso del grafito en lápices y electrodos, dureza del diamante para corte y joyería, nanopartículas de fullereno en nanotecnología y electrónica, y el grafeno en baterías, composites y electrónica flexible).

Ejercicio 4

Elegir una forma alotrópica y explicar por qué llama la atención. Propuesta orientativa (grafeno):

Es el material más delgado que existe: un átomo de espesor.
Es el mejor conductor térmico y eléctrico conocido, con movilidad electrónica muy alta.
Es hasta 200 veces más resistente que el acero, pero muy flexible y ligero.
Promete revolucionar baterías, pantallas flexibles, sensores biomédicos y sistemas de desalinización, y además es abundante en la naturaleza (el grafito es barato).

Respuesta

el grafeno destaca por combinar resistencia, ligereza, flexibilidad y conductividad eléctrica y térmica superiores, con aplicaciones en baterías, electrónica, sensores y materiales compuestos.

Ejercicio 5

(Metacognición)

¿Qué he aprendido? Qué el carbón es una fuente energética no renovable de alto poder calorífico pero con graves impactos ambientales, y que el carbono presenta cuatro formas alotrópicas cuyas propiedades dependen de cómo se enlazan sus átomos.

¿Cómo lo he aprendido? Mediante la lectura de un texto informativo, la organización de información en una tabla comparativa y el análisis grupal de imágenes.

¿Para qué me ha servido? Para reconocer fuentes de energía y sus consecuencias ambientales, y para relacionar estructura atómica con propiedades de los materiales.

¿En qué otras ocasiones puedo usarlo? Al evaluar noticias sobre energías renovables, al comparar materiales para un proyecto tecnológico y al argumentar en debates ambientales.

Contenido de la página

RETO

1. Leo el siguiente texto y respondo las preguntas establecidas a continuación:

El carbón es una roca sedimentaria orgánica que se compone de carbono amorfo acompañado de hidrocarburos, así como compuestos orgánicos complejos, materia inorgánica y proteínas vegetales. Se utiliza en la generación de electricidad, la fabricación de cemento, la producción de acero y la producción de combustibles líquidos. Sin embargo, es necesario identificar que las explotaciones mineras de carbón producen impactos negativos sobre el suelo, el agua y el aire. En el proceso de combustión del carbón se liberan sustancias al aire que causan contaminación ambiental, smog y lluvia ácida, con efectos negativos para la salud.

a. ¿En qué radica la importancia del carbón y cuáles son sus limitantes para su uso?
b. ¿Existen yacimientos de carbón en el Ecuador?
c. ¿Cuáles serían las alternativas de uso al carbón?

ACTIVIDAD PARA TRABAJO EN GRUPO

2. Me reúno en equipos y completemos la siguiente tabla con la información requerida sobre las formas alotrópicas del carbono:

	Grafito	Diamante	Fullereno	Grafeno
Características
Importancia

3. Recabamos imágenes de las 4 formas alotrópicas del carbono, armamos un collage y explicamos a las compañeras y compañeros las características e importancia más relevantes.

4. Elijo una de las 4 formas alotrópicas del carbono y explicamos por qué les llama la atención.

METACOGNICIÓN

¿Qué he aprendido?
¿Cómo lo he aprendido?
¿Para qué me ha servido?
¿En qué otras ocasiones puedo usarlo?

Respondo estas preguntas de manera individual y luego las comparto en una plenaria para establecer un diálogo acerca del aprendizaje desarrollado en la sección.

Texto de Química — página 95

Ejemplos resueltos

Explicar por qué la combustión del carbón produce lluvia ácida.

El carbón contiene azufre como impureza; al quemarse se forma $\text{SO}_{2}$ . 2. En la atmósfera, $\text{SO}_{2}$ se oxida: $2\text{SO}_{2} + \text{O}_{2} \rightarrow 2\text{SO}_{3}$ . 3. El $\text{SO}_{3}$ se disuelve en el agua de lluvia: $\text{SO}_{3} + \text{H}_{2}\text{O} \rightarrow \text{H}_{2}\text{SO}_{4}$ . 4. La precipitación resultante es ácida (pH menor que 5,6) y daña suelos, agua y materiales.

Comparar la conducción eléctrica de grafito y diamante.

En el grafito cada carbono es $sp^{2}$ y queda un electrón deslocalizado por átomo que conduce la corriente en las capas. En el diamante todos los carbonos son $sp^{3}$ , no hay electrones libres, por lo que es un aislante eléctrico pese a ser el más duro de los alótropos.

Tabla

	Grafito	Diamante	Fullereno	Grafeno
Características	Red hexagonal en capas apiladas; enlaces $sp^{2}$ con un electrón deslocalizado por átomo. Sólido, blando, negro, opaco, conductor eléctrico en el plano, lubricante por deslizamiento de capas.	Red cúbica tetraédrica; enlaces $sp^{3}$ , sin electrones libres. Incoloro, transparente, el material más duro natural (10 Mohs), excelente conductor térmico y aislante eléctrico.	Molécula molecular cerrada ( $\text{C}_{60}$ , 60 átomos, 12 pentágonos y 20 hexágonos, simetría icosaédrica); enlaces $sp^{2}$ curvados, semiconductora.	Una sola capa hexagonal de carbono $sp^{2}$ de un átomo de espesor ( $\approx 0,335\,\text{nm}$ ); plana, flexible, transparente, con la mayor conductividad eléctrica y térmica conocida.
Importancia	Lápices, lubricantes y electrodos de hornos, baterías y frenos.	Joyería, herramientas de corte y perforación (diamanteros), ventanas de alta presión, disipadores térmicos.	Nanomedicina (transporte de fármacos), sensores, superconductividad a baja temperatura, catálisis, células solares.	Baterías y supercondensadores, electrónica flexible y pantallas, composites ultraligeros, sensores biomédicos y desalinización.

Diagramas (3)

graph TD
    A[Carbono C] --> B[Grafito]
    A --> C[Diamante]
    A --> D[Fullerenos C60]
    A --> E[Grafeno]
    B --> B1[Capas hexagonales sp2, conductor, lubricante]
    C --> C1[Red tetraédrica sp3, extremadamente duro]
    D --> D1[Molécula esférica, nanotecnología y catálisis]
    E --> E1[Capa plana sp2 de 1 átomo, máxima conductividad]

graph LR
    X[Quema de carbón] --> Y[SO2 y NOx]
    X --> Z[CO2]
    Y --> S[Smog y lluvia ácida]
    S --> W[Daño a suelos, agua y salud]
    Z --> I[Efecto invernadero y cambio climático]

graph TD
    Q[Alternativas al carbón] --> Q1[Solar fotovoltaica y térmica]
    Q --> Q2[Eólica]
    Q --> Q3[Hidroeléctrica]
    Q --> Q4[Biomasa y biogás]
    Q --> Q5[Eficiencia energética]

Fórmulas y ecuaciones

Quema del carbono: $\text{C} + \text{O}_{2} \rightarrow \text{CO}_{2} + \text{energía}$

Formación de lluvia ácida: $\text{SO}_{2} \rightarrow \text{H}_{2}\text{SO}_{4}$ y $\text{NO}_{x} \rightarrow \text{HNO}_{3}$

Hibridación: grafito, grafeno y fullerenos $sp^{2}$ ; diamante $sp^{3}$

$\text{C}@@MATH_0@@_{2(g)}$ $\rightarrow$ $\text{CO}$ $_{2(g)}$

$\text{S}$ + $\text{O}@@MATH_0@@_{2}$ , $\quad$ 2 $\text{SO}@@MATH_1@@_{2}$ $\rightarrow$ 2 $\text{SO}$ $_{3}$

$\text{SO}@@MATH_0@@_{2}@@MATH_1@@_{2}@@MATH_2@@_{4}$

$\text{NO}@@MATH_0@@_{2}@@MATH_1@@_{3}$

$\text{C}@@MATH_0@@_{(grafeno)}$ = $\text{capa hexagonal de }$ $sp^{2}$

Glosario (7)

Carbón: Roca sedimentaria orgánica formada por carbono amorfo, hidrocarburos, compuestos orgánicos complejos, materia inorgánica y proteínas vegetales; se emplea como fuente de energía y materia prima industrial.
Alótropos: Formas en las que un mismo elemento químico puede presentarse, con distinta estructura atómica y propiedades: grafito, diamante, fullerenos y grafeno para el carbono.
Lluvia ácida: Precipitación con pH bajo causada por la emisión de $\text{SO}_{2}$ y $\text{NO}_{x}$ que forman ácidos sulfúrico y nítrico en la atmósfera.
Smog: Mezcla de humo, neblina y contaminantes (ozono, partículas) que reduce la visibilidad y daña la salud respiratoria.
Fullereno: Molécula cerrada de carbono, como el $\text{C}_{60}$, con estructura esférica de dobles enlaces; aplicada en nanotecnología y nanomedicina.
Grafeno: Capa de un solo átomo de espesor de carbono en red hexagonal, con excelentes propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas.
Poder calorífico: Energía que libera la combustión completa de una unidad de masa de un combustible, típicamente en $\text{kJ/kg}$.

Preguntas para practicar

¿En qué radica la importancia del carbón y cuáles son sus limitantes para su uso?

Su importancia está en su alto poder calorífico y en que sirve para generar electricidad, fabricar cemento y acero y producir combustibles líquidos. Sus limitantes son la contaminación del aire con CO₂, SO₂ y NOₓ (smog y lluvia ácida), la destrucción del suelo y la contaminación del agua por la minería, los efectos negativos en la salud y el hecho de ser un recurso no renovable.

¿Existen yacimientos de carbón en el Ecuador?

Sí. El Ecuador cuenta con yacimientos de carbón, principalmente en las provincias de Loja (Chaguarpamba y Olmedo), Zamora Chinchipe (Yantzaza y Palanda), El Oro (Zaruma) y Esmeraldas, además de otros menores en la sierra. Su explotación es relativamente pequeña e intermitente, por lo que el carbón tiene un peso marginal en la matriz energética del país, con vocación mayormente artesanal.

¿Cuáles serían las alternativas de uso al carbón?

Las principales alternativas renovables son la energía solar fotovoltaica y térmica, la eólica, la hidroeléctrica, la biomasa y el biogás, complementadas con la eficiencia energética y la electrificación de los procesos industriales. En la industria pesada puede sustituirse el coque de carbón por electricidad o gas natural.

¿Por qué un mismo elemento, el carbono, puede formar materiales tan diferentes?

Porque el carbono se combina consigo mismo de distintas maneras: en el diamante forma una red tetraédrica mediante enlaces sp³ muy estables, en el grafito y el grafeno se organiza en capas o planos hexagonales sp² con electrones deslocalizados, y en los fullerenos cierra la red en moléculas esféricas. Cambiando el tipo de enlace y la estructura cambian la dureza, la conductividad y el color del material.

¿Qué medidas se podrían aplicar en Ecuador para reducir el impacto ambiental del carbón y transicionar hacia fuentes renovables?

Se pueden instalar sistemas de control de emisiones (lavadores de gases, precipitadores electrostáticos) en las plantas térmicas, exigir planes de restauración de zonas mineras, promover la generación distribuida solar en el litoral y la sierra, incentivar el uso de eficiencia energética y desarrollar la hidroelectricidad y la biomasa con criterios ambientales.

Temas y conceptos clave

El carbón como recurso mineral y energéticoImpactos ambientales de la minería y la combustión del carbónEnergías alternativas al carbónFormas alotrópicas del carbonoTrabajo colaborativo y metacognicióncarbónroca sedimentaria orgánicacombustiónlluvia ácidasmogefecto invernaderoalótroposgrafitodiamantefullerenografenohibridación sp² y sp³

Fuentes y referencias

Texto de Química, Bachillerato General Unificado, Ministerio de Educación de Ecuador, 2024, pág. 95

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Figuras de la página (1)

Figura 1 image

Preguntas que la gente también hace

¿Cuáles son las cuatro formas alotrópicas del carbono y en qué se diferencian?

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¿Por qué el carbón causa lluvia ácida y smog?

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¿Qué energías alternativas se usan en Ecuador en lugar del carbón?

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📌 Antes de leer esto

• Estructura atómica del carbono y hibridación sp² y sp³
• Enlaces covalentes y redes moleculares y covalentes
• Combustión y emisiones (CO₂, SO₂, NOₓ)
• Tipos de energía y fuentes renovables vs. no renovables

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Compuestos orgánicos: hidrocarburos, alquenos y alquinos (introducción a la química orgánica)

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E) nero )

Leo el siguiente texto y respondo las preguntas establecidas a continuación:

El carbón es una roca sedimentaria orgánica que se compone de carbono amorfo acompañado de hidrocarburos, así como compuestos orgánicos complejos, materia inorgánica y proteínas vegetales. Se utiliza en la generación de electricidad, la fabricación de cemento, la producción de acero y la producción de combustibles líquidos. Sin embargo, es necesario identificar que las explotaciones mineras de carbón producen impactos negativos sobre el suelo, el agua y el aire. En el proceso de combustión del carbón se liberan sustancias al aire que causan contaminación ambiental, smog y lluvia ácida, con efectos negativos para la salud.

a. ¿En qué radica la importancia del carbón y cuáles son sus limitantes para su uso? b. ¿Existen yacimientos de Carbón en el Ecuador?

C. ¿Cuáles serían las alternativas de uso al carbón?

/ AcriviDAD PARA TRABAJO EN GRUPO Je

Me reúno en equipos y completemos la siguiente tabla con la información requerida sobre las formas alotrópicas del carbono:

Grafito Diamante Fullereno Grafeno

Características

Importancia

Recabamos imágenes de las 4 formas alotrópicas del carbono, armamos un collage y explicamos a las compañeras y compañeros las características e importancia más relevantes.
Elijo una de las 4 formas alotrópicas del carbono y explicamos por qué les llama la atención.

D / METACOGNICIÓN )

Respondo estas preguntas de manera

4 ¿En qué otras ocasiones puedo usarlo? SES individual y luego las comparto en una 3 ¿Para qué me ha servido? plenaria para establecer un diálogo acerca del aprendizaje desarrollado en 2 ¿Cómo lo he aprendido? la sección. 1 ¿Qué he aprendido?

Texto de Quimica ' 95

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