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Quimica 3° · 2024
Libro de Química 3 BGU

Ministerio de Educación del Ecuador

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Minas de diamantes y grafito en el mundo y ciclo del carbono

📄 ejercicios quimica 🎓 bachillerato · 3° BGU Ecuador 🇪🇨 EC 🗣 Español
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Respuesta rápida

Diamantes: Botsuana, Sudáfrica, Angola, Rusia (Yakutia), Canadá, Brasil y Australia. Grafito: China, Sri Lanka, Madagascar, India, Brasil y Rusia. El ciclo del carbono recicla el carbono mediante fotosíntesis, respiración, descomposición y combustión, regulando la vida y el clima.

📚 exercise quimica ⭐⭐⭐ Dificultad 3/5 ⏱ 4 min lectura

Solución — Página 89

Quimica 3° · 2024

2
Ejercicio 2

Investigo y señalo en el mapa las principales minas de diamantes y grafito a nivel mundial.

Para completar el mapa debemos ubicar los países que concentran la mayor producción mundial de cada mineral.

a
Parte 2.a

Diamantes

  1. Los diamantes se forman en el manto terrestre (profundidades de 150–200 km) y son transportados a la superficie por magmas kimberlíticos, que llegan a la corteza como kimberlitas verticales.
  2. Los depósitos se concentran en cratones antiguos, donde la corteza es gruesa y estable.
  3. África concentra la producción: Sudáfrica (minas históricas como Cullinan y Premier), Botsuana (mina Jwaneng, considerada la más rica del mundo), Angola (mina Catumbela), RD Congo, Namibia (mina Orapa, en realidad en Botsuana, y la pesca de diamantes en ríos de Namibia), República Centroafricana y Sierra Leona.
  4. Rusia es líder mundial junto a Botsuana y Canadá: Yakutia (Siberia), con las minas Mir y Udachnaya (ALROSA).
  5. Canadá: región de Yellowknife, Territorios del Noroeste (minas Diavik, Ekati y Gahcho Kué).
  6. Brasil: Minas Gerais (Minas de Diamantes de Diamantina), producción histórica desde el siglo XVIII.
  7. Australia: Argyle, en Kimberley (Oriente de Australia) — fue la mayor mina de diamantes del mundo por volumen.
  8. Zimbabue y Lesoto también son productores relevantes.
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Parte 2.b

Grafito

  1. El grafito se forma por metamorfismo de rocas ricas en carbono (márgenes de cuencas sedimentarias) o por procesos ígneos en zonas alcalinas.
  2. China es el mayor productor mundial (minería en Heilongjiang, Inner Mongolia y Shandong).
  3. Sri Lanka (Ceylón): las minas de Ratnapura y Matara son clásicas, conocidas desde la antigüedad.
  4. Madagascar: depósitos alrededor de Antsirabe y Vakinankaratra.
  5. India (Bihar y Tamil Nadu), Brasil (Serra do Lobo, Espírito Santo) y Austria (Klagenfurt).
  6. Rusia (Siberia), Ucrania (minas de Kryvyi Ríh y Zavaliye) y Alemania (Paso de Renania).
  7. Estados Unidos: Alabama, California y Nueva York (Ticonderoga).
  8. En América del Sur: Cuba, Bolivia, Colombia y Ecuador poseen depósitos, aunque de menor escala.
c
Parte 2.c

Cómo señalas el mapa

  • Encierra con un color (por ejemplo, rojo) los países de diamantes: Sudáfrica, Botsuana, Angola, RD Congo, Namibia, Zimbabue, República Centroafricana, Rusia, Canadá, Brasil y Australia.
  • Encierra con otro color (por ejemplo, azul) los países de grafito: China, Sri Lanka, Madagascar, India, Brasil, Rusia, Ucrania, Alemania y Estados Unidos.
  • Coloca una L (diamante, por su alótropo) y una G (grafito) al lado de cada uno y agrega una leyenda.
  • Los tres elementos — C (carbono) → diamante y grafito — confirman que son alótropos del mismo elemento químico.
3
Ejercicio 3

Investigo y escribo la importancia del ciclo del carbono en la vida de los seres vivos. Con la información obtenida elaboro una maqueta con material reciclable y expongo en clase.

a
Parte 3.a

Importancia del ciclo del carbono

  1. El carbono es el elemento que forma la esqueleto de toda la materia orgánica: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos (ADN y ARN).
  2. Respiración celular: los seres vivos oxidan glucosa para obtener energía; la ecuación resumida es

\mathrm{C_6H_{12}O_6 + 6\,O_2 \rightarrow 6\,CO_2 + 6\,H_2O + \text{energía}}

  1. Fotosíntesis: las plantas, algas y cianobacterias capturan el \mathrm{CO_2} atmosférico y el agua con la energía luminosa para construir materia orgánica:

6\,\mathrm{CO_2} + 6\,\mathrm{H_2O} \xrightarrow{\text{luz solar}} \mathrm{C_6H_{12}O_6} + 6\,\mathrm{O_2}

  1. El CO_2 actúa como sumidero de carbono: los océanos disuelven gran cantidad (cicló del carbono oceánico) y los organismos calcificadores lo incorporan a sus caparazones y conchas (\mathrm{CaCO_3}).
  2. La descomposición de organismos muertos por descomponedores y la fósiles (petróleo, gas, carbón) liberan carbono a la atmósfera, cerrando el ciclo.
  3. El ciclo regula la temperatura planetaria (efecto invernadero) y, por lo tanto, el clima; su desequilibrio por la quema de combustibles fósiles provoca el cambio climático.
  4. El carbono circula entre la atmósfera, litosfera, hidrosfera y biosfera (geosfera y biósfera) mediante procesos físicos, químicos y biológicos.
b
Parte 3.b

Propuesta de maqueta con material reciclable

  • Suelo/base: cartón de caja de zapatos o de un refrigerador, pintado de marrón y azul para tierra y océano.
  • Atmósfera: envoltura de aluminio o papel celofán claro sobre un alambre formando una cúpula.
  • Planta: botella PET cortada, con tallo de tubería de PVC reciclado y hojas de papel reciclado verde; raíces de hilo de lana.
  • Sol: tapa de vidrio o de plástico amarillo con puntitos de papel dorado.
  • Animales: plastilina hecha con harina, sal y papel higiénico molido.
  • Nubes y lluvia: algodón reciclado de funda de coca.
  • Etiquetas impresas con los procesos: fotosíntesis (flecha verde: \mathrm{CO_2} + \mathrm{H_2O} \rightarrow materia orgánica + \mathrm{O_2}), respiración (flecha naranja: materia orgánica + \mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{CO_2} + \mathrm{H_2O}), descomposición y quema de combustibles fósiles.
  • Guion de exposición (2 minutos): presentar el ciclo, señalar las cuatro esferas, explicar por qué la fotosíntesis libera oxígeno y la respiración libera dióxido de carbono, y terminar con una recomendación para reducir emisiones (sembrar árboles y usar transporte público).
Respuesta

El ciclo del carbono recicla el carbono entre atmósfera, océanos, suelo y organismos mediante fotosíntesis, respiración, descomposición y quema de fósiles; el diamante y el grafito son alótropos de carbono provenientes de minas como Jwaneng (Botsuana), Mir (Rusia), Argyle (Australia) y Ratnapura (Sri Lanka).

Contenido de la página

Página 88 — Texto de Química (BGU 3.er año, Ecuador)

2. Investigo y señalo en el mapa las principales minas de diamantes y grafito a nivel mundial.

Mapa mudo del mundo para ubicar y encerrar los países productores de diamantes y de grafito.

3. Investigo y escribo la importancia del ciclo del carbono en la vida de los seres vivos. Con la información obtenida elaboro una maqueta con material reciclable y expongo en clase.

Cuadro en blanco para redactar la investigación y luego construir una maqueta y exponerla en clase.

Ejemplos resueltos

Indica dos diferencias entre el diamante y el grafito, pese a estar formados por el mismo elemento.

  1. Enlace: en el diamante el carbono forma 4 enlaces sp^3 en red tetraédrica; en el grafito forma 3 enlaces sp^2 en capas hexagonales con electrones deslocalizados.
  2. Propiedades: el diamante es el cuerpo duro natural (10 en la escala Mohs), transparente e isolador; el grafito es blando (1–2 Mohs), negro y conductor eléctrico en la dirección de sus capas.

¿Por qué el carbono atmosférico (CO_2) aumenta al quemar combustibles fósiles?

  1. Los combustibles fósiles (petróleo, carbón y gas) son materia orgánica de seres vivos del pasado, enterrada y convertida en hidrocarburos.
  2. Al quemarlos se oxida el carbono con oxígeno: \mathrm{CH_4 + 2\,O_2 \rightarrow CO_2 + 2\,H_2O}.
  3. El \mathrm{CO_2} producido se libera a la atmósfera más rápido de lo que lo absorben océanos y plantas, elevando su concentración desde ~280 ppm (era preindustrial) a más de 420 ppm.

Tabla

Característica Diamante Grafito
Fórmula \mathrm{C} \mathrm{C}
Tipo de enlace 4 enlaces sp^3, red tetraédrica 3 enlaces sp^2, capas hexagonales
Dureza (Mohs) 10 1–2
Conductividad eléctrica Aislante Conductor en la dirección de las capas
Apariencia Transparente, refractante Negro, opaco, lubricante
Origen Kimberlitas en cratones antiguos Metamorfismo de rocas ricas en carbono
País / región Tipo de mineral Minas o zonas características
Botsuana Diamantes Jwaneng, Orapa
Sudáfrica Diamantes Cullinan, Premier
Rusia (Siberia) Diamantes Mir, Udachnaya (Yakutia)
Canadá Diamantes Diavik, Ekati, Gahcho Kué
Brasil Diamantes y grafito Diamantina (Minas Gerais); Serra do Lobo
Australia Diamantes Argyle (Kimberley)
China Grafito Heilongjiang, Shandong
Sri Lanka Grafito Ratnapura, Matara
Madagascar Grafito Antsirabe (Vakinankaratra)
India Grafito Bihar, Tamil Nadu

Diagrama

flowchart TB
  Atmosfera["Atmósfera: CO<sub>2</sub>"] -->|Fotosíntesis| Plantas["Plantas y algas: materia orgánica + O<sub>2</sub>"]
  Plantas -->|Respiración| Atmosfera
  Plantas -->|Consumo por animales| Animales["Animales"]
  Animales -->|Respiración| Atmosfera
  Plantas -->|Muerte y descomposición| Microbios["Descomponedores"]
  Microbios -->|CO<sub>2</sub> y materia mineral| Suelo["Suelo y océanos"]
  Microbios -->|Fósiles por millones de años| Fosiles["Combustibles fósiles: carbón, petróleo y gas"]
  Fosiles -->|Combustión| Atmosfera
  Atmosfera -->|Disolución y precipitación| Oceanos["Océanos: CO<sub>2</sub> disuelto y CaCO<sub>3</sub>"]
  Oceanos -->|Emisión de CO<sub>2</sub>| Atmosfera

Fórmulas y ecuaciones

Fotosíntesis: 6\,\mathrm{CO_2} + 6\,\mathrm{H_2O} \xrightarrow{\text{luz solar}} \mathrm{C_6H_{12}O_6} + 6\,\mathrm{O_2}

Respiración celular: \mathrm{C_6H_{12}O_6 + 6\,O_2 \rightarrow 6\,CO_2 + 6\,H_2O + \text{energía}}

Calcificación: \mathrm{Ca^{2+} + 2\,HCO_3^- \rightarrow CaCO_3 + CO_2 + H_2O}

\mathrm{C_6H_{12}O_6 + 6\,O_2 \rightarrow 6\,CO_2 + 6\,H_2O + \text{energía}}

6\,\mathrm{CO_2} + 6\,\mathrm{H_2O} \xrightarrow{\text{luz solar}} \mathrm{C_6H_{12}O_6} + 6\,\mathrm{O_2}

\mathrm{C \rightarrow diamante \ y \ grafito}

\mathrm{CO_2 + H_2O \rightleftharpoons C_6H_{12}O_6 + O_2}

Glosario (8)

Alótropo
Cada una de las formas cristalinas distintas en que un mismo elemento químico puede presentarse, como el diamante, el grafito y el grafeno, todos carbono.
Diamante
Alótropo del carbono de red tetraédrica extremadamente dura, que se forma a altas presiones en el manto y se transporta a la superficie en kimberlitas.
Grafito
Alótropo del carbono de capas hexagonales apiladas y blandas, conductor eléctrico en la dirección de sus capas.
Kimberlita
Roca ígnea volcánica de origen profundo que transporta diamantes desde el manto hasta la corteza terrestre.
Ciclo del carbono
Movimiento del carbono entre la atmósfera, los océanos, el suelo y los organismos mediante procesos biológicos y geológicos.
Fotosíntesis
Proceso mediante el cual las plantas, algas y cianobacterias transforman dióxido de carbono y agua en glucosa y oxígeno usando energía luminosa.
Respiración celular
Oxidación de moléculas orgánicas para obtener energía, produciendo dióxido de carbono y agua.
Cambio climático
Variación duradera del clima global, asociada en la actualidad al aumento del dióxido de carbono por la quema de combustibles fósiles.

Preguntas para practicar

¿Por qué el diamante es duro y el grafito es blando si ambos están hechos de carbono?

Porque la disposición de los átomos de carbono es distinta: en el diamante cada carbono forma cuatro enlaces tetraédricos que construyen una red tridimensional extremadamente rígida, mientras que en el grafito los carbonos forman capas hexagonales débilmente unidas entre sí, por lo que las capas se deslizan con facilidad.

¿Qué papel juegan los océanos dentro del ciclo del carbono?

Los océanos absorben dióxido de carbono disuelto y lo fijan a través de plancton y de organismos calcificadores que forman conchas de carbonato de calcio; además regulan la temperatura global al redistribuir el calor.

¿Cómo puedes contribuir tú a mantener el equilibrio del ciclo del carbono?

Sembrando árboles que fijan carbono, reduciendo el consumo de combustibles fósiles, usando transporte público o bicicleta y reciclando materiales, ya que cada uno de estos gestos disminuye las emisiones de dióxido de carbono.

Temas y conceptos clave

Alótropos del carbono: diamante y grafitoMinería mundial de diamantes y grafitoCiclo del carbono en la naturalezaFotosíntesis y respiración celularalótroposdiamantegrafitokimberlitaciclo del carbonofotosíntesisrespiración celularmateria orgánicadescomposicióncombustibles fósilesgeosfera, biósfera, hidrosfera y atmósfera

Fuentes y referencias

  • USGS Mineral Commodity Summaries — Diamond and Graphite
  • ALROSA (Rusia) — producción de diamantes
  • Natural Resources Canada — Canadian diamond mines
  • Ceylon Graphite — minas de grafito de Sri Lanka
  • FAO/UNESCO — informes sobre cambio climático y ciclo del carbono
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Preguntas que la gente también hace

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📌 Antes de leer esto
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