Unidad_1_Cap_11q.pdf

Transformaciones de la materiaLos cambios químicos

Capítulo 11

En nuestra vida cotidiana, presenciamos, casi sin darnos cuenta, nu-merosos cambios químicos. En la mayoría de los procesos biológicos, en la elaboración de alimentos, en la corrosión de metales, en la de-gradación de otros materiales. se evidencian cambios al transformarse unas sustancias en otras.

En todos estos casos se modifica la composición de la materia.Los procesos de descomposición (termólisis, electrólisis) ya estudia-

dos, son ejemplos de cambios químicos; las propiedades de la sustancia inicial y de las sustancias formadas son diferentes (fig. 1).

En los cambios químicos:

• se llaman reactivos a las sustancias presentes inicialmente en el sistema

• se denominan productos a las sustancias que se obtienen luego de la transformación

En el cuadro se detallan los reactivos y productos en los procesos de descomposición ya estudiados.

¿Cómo se pueden reconocer los cambios químicos?

Analizaremos otros fenómenos químicos con la finalidad de identi-ficar las modificaciones observables que los acompañan.

Un cambio químico es una transformación que modifica la composición de la materia.

CAMBIOS QUIMICOS

REACTIVOS PRODUCTOS

TERMÓLISIS DE SACAROSA

sacarosa carbón y otras sustancias

ELECTRÓLISIS DEL AGUA

aguadihidrógeno y dioxígeno

Fig. 1. Cambio químico: deterioro de un tanque de agua

127Transformaciones de la materia. Los cambios químicos. • Capítulo 11 Química • 3º C.B.

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Actividad experimental

Manifestaciones de las transformaciones químicas

Objetivo Analizar algunas manifestaciones de los cambios químicos.

Materiales ..................................................................................................

Sustancias ..................................................................................................

Procedimiento ..........................................................................................

Ensayo 1a) Coloca en un tubo de ensayo 1 cm3 de solución acuosa de per-

manganato de potasio. b) Agrega unas gotas de solución acuosa de ácido sulfúrico y 1 cm3

de solución acuosa de glucosa. c) Calienta suavemente el tubo de ensayo.d) Anota las observaciones.

Ensayo 2a) Coloca en un tubo de ensayo aproximadamente 3 cm3 de solu-

ción acuosa de sulfato de cobre.b) Introduce un trozo torneado de esponja de acero.c) Luego de unos minutos, anota las observaciones.

Ensayo 3a) Coloca en un pequeño recipiente transparente seco un poco de

cloruro de amonio sólido.b) Añade una cantidad aproximadamente igual de óxido de calcio y

mezcla las sustancias con ayuda de una varilla.c) Anota las observaciones.

Ensayo 4 a) Coloca en un tubo de ensayo 1 cm3 de solución acuosa de nitrato

de plomo (II).b) Añade unas gotas de solución acuosa de yoduro de potasio.c) Anota las observaciones.

Cuadro de datos

ENSAYO CARACTERÍSTICAS DE LOS REACTIVOS CAMBIOS OBSERVADOS

1

2

3

4

Recuerda:• en estos ensayos cualitativos las can-tidades utilizadas son aproximadas• es necesario que la observación se realice cuidadosamente.

1- Completa la ficha de trabajo, confeccionando la lista de mate-riales y sustancias que se necesitan para estos ensayos.2- Discute con tus compañeros cuá-les de los sentidos usarás además de la vista y cuál no usarás en ningún caso. 3- Analiza con tu equipo las dife-rentes manifestaciones de los pro-cesos químicos que han tenido lu-gar en los ensayos realizados.4- Consulta con tu profesor los cambios químicos que se produje-ron.

128 Capítulo 11 • Transformaciones de la materia. Los cambios químicos. Química • 3º C.B.

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Actividad experimental

Estudio de un cambio químico

Objetivo Estudiar la transformación química entre dos sólidos y una solu-

ción acuosa.

Materiales Recipiente de plástico transparente, bolsa de nylon mediana con

cierre hermético, 2 cucharas plásticas medianas, probeta 10 cm3.

Sustancias Bicarbonato de sodio (hidrógeno carbonato de sodio), cloruro de

calcio, solución acuosa de rojo fenol (fig. 2).

Procedimiento

1) Observa las características de las sustancias sólidas y anótalas en el cuadro.

2) Vierte 2 cucharaditas de bicarbonato de sodio en la bolsa de nylon y luego añade 1 cucharadita de cloruro de calcio.

3) Coloca 10 cm3 de solución de rojo fenol en el recipiente de plástico.4) Introduce el recipiente destapado en la bolsa en forma vertical

para evitar que el líquido se derrame.5) Cierra bien e inclina la bolsa de manera que el frasco caiga y su

contenido se mezcle con las sustancias sólidas. 6) Sostén la bolsa en tu mano y observa. 7) Completa el cuadro.

Cuadro de datos

CARACTERÍSTICAS DE LOS REACTIVOS CAMBIOS OBSERVADOS

Las actividades experimentales planteadas confirman que en las transformaciones químicas se pueden producir modificaciones ma-croscópicas observables:

• cambio de color• desprendimiento de gas• formación de un precipitado (sólido insoluble o muy poco soluble)• aumento o disminución de temperatura

1- Describe los cambios observados en cada etapa del experimento.2- ¿Cómo pueden explicarse dichos cambios?

Fig. 2.


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Sin embargo, a veces, los cambios químicos no van acompañados de efectos fácilmente observables y es necesario recurrir a métodos más complejos para determinar si se produjeron.

Comparando cambios físicos con cambios químicos

En los cambios físicos las sustancias son las mismas antes y después del mismo; la composición química del sistema no cambia.

En los cambios químicos, como el nombre lo indica, existe una va-riación en la composición química del sistema. Las sustancias iníciales son diferentes a las sustancias finales.

Aparentemente, esto da la idea que en los cambios químicos se pro-ducen transformaciones “más profundas” en la materia que en los cam-bios físicos. Parece intuitivo pensar que es fácil invertir un cambio físi-co, volver al estado inicial del sistema, o sea, recuperar la o las sustancias tal cual estaban inicialmente (en las mismas condiciones).

Analicemos un cambio físico, la vaporización del agua

• al aumentar la temperatura, el agua líquida se transforma en agua gaseosa

Representación simbólica

H2O (l) H

2O (g)

Estado inicial Estado final agua líquida vapor de agua

• al disminuir la temperatura se invierte el cambio


H2O (g) H

2O (l)

Estado inicial Estado final vapor de agua agua líquida

La composición química del sistema es la misma durante ambos cambios, la única sustancia presente es agua.

Usando el modelo discontinuo, es posible interpretar este cambio fí-

sico suponiendo que se produce un aumento o disminución del espacio vacío entre las moléculas de agua (fig. 3).

Analicemos un cambio químico, la electrólisis del agua

Mediante el pasaje de corriente eléctrica se produce la descomposi-ción del agua líquida y se obtienen dos sustancias diferentes en estado gaseoso: dihidrógeno y dioxígeno.

Las transformaciones o cam-bios químicos suelen denomi-narse reacciones químicas. Algunos autores prefieren esta expresión para referirse a las interpretaciones de estos cam-bios realizadas con el modelo de partículas.

Fig. 3. Interpretación de un cambio fí-sico usando el modelo discontinuo. En estado gaseoso las particulas estan muy separadas por lo cual solo se represen-tan dos de ellas. No “desaparecen” mo-léculas.

Estado gaseoso

cond

ensa

ción

vapo

rizac

ión

Estado líquido


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2 H2O (l)

corriente eléctrica 2 H

2 (g) + O

2 (g)

Estado inicial Estado final agua líquida dihidrógeno

y dioxígeno gaseosos

Este proceso no ocurre por sí solo, es necesario aportar energía de ma-nera continua, de lo contrario el agua no se descompone. Si se interrum-pe el pasaje de corriente eléctrica se detiene la descomposición del agua.

En el estado inicial la sustancia es diferente a las sustancias en el es-tado final

Este es un cambio químico llamado descomposición.

¿Es posible invertir este cambio químico?

La respuesta es afirmativa. Si en un recipiente adecuado se colocan las sustancias gaseosas dihidrógeno y dioxígeno y se produce una des-carga eléctrica, estas sustancias reaccionan químicamente formándose agua en estado líquido.

A este cambio químico donde dos (o más) sustancias se transforman en una única sustancia se le llama síntesis.


2 H2 (g) + O

2 (g) 2 H

2O (l)

Estado inicial Estado final dihidrógeno y dioxígeno gaseosos agua líquida

Usando el modelo discontinuo es posible interpretar los cambios químicos mencionados (descomposición y síntesis). Se supone que se rompen las uniones entre los átomos en las moléculas iniciales, se pro-duce luego un reordenamiento de los mismos y por último se estable-cen nuevas uniones entre ellos, formando moléculas diferentes (fig. 4).

En los cambios químicos las sustancias cambian pero los elementos se conservan.Es decir las sustancias iniciales y las finales están formadas por los mismos elementos.

La síntesis de un compuesto químico es el proceso inverso a su descomposición. A partir de sustancias simples se obtiene una sustancia compuesta.

Cuando tiene lugar una trans-formación o cambio químico los átomos de los elementos que intervienen se reordenan dando lugar a la formación de sustan-cias distintas a las iniciales.Es decir las sustancias iniciales y las finales están formadas por los mismos elementos.

Fig. 4. Dos procesos químicos inversos: descomposición y síntesis del agua.

Recordar A nivel macroscópico: en un sistema cerrado la masa se conserva aunque se produz-can cambios físicos o químicos (Ley de Lavoisier).

Interpretación con el modelo de partículas:Si la masa se conserva en los cam-bios físicos o químicos podemos suponer que se conserva el núme-ro de átomos de cada elemento.

En algunos casos resulta imposible invertir el proceso, por ejemplo la carbonización de la sacarosa.

descomposición

síntesis

Molécula de dihidrógeno

Molécula de dioxígeno

Molécula de agua


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Aplicaciones y problemas

1) Se detallan a continuación ejemplos de transformaciones. Indica cuáles son cambios químicos y justifica.

a) Elaboración de “pop” b) Sublimación de la naftalina c) Combustión de una vela d) Oscurecimiento de una manzana cortada (pardeamiento) e) Obtención de aspirina f) Formación de glaciares g) Horneado de un pan h) Preparación de una plomada para pesca i) Estiramiento de un resorte j) Enranciamiento de aceite

2) Construye una red conceptual que sintetice lo estudiado en este ca-pítulo usando los términos del cuadro. Si es necesario incluye otros términos y utiliza los conectores que consideres apropiados.

3) Utilizando conocimientos de Biología analiza: a) cuáles son los principales cambios químicos que tienen lugar en

cada etapa de la fotosíntesis indicando reactivos y productos. b) el siguiente mito “no es saludable dormir en una habitación con

plantas”.

Debate

4) Al quemar madera, papel, querosén o supergás entre otros, se pro-ducen cambios químicos llamados combustiones.

Investiga si es posible invertir estas transformaciones químicas y recuperar así las sustancias iniciales (fig.2).

Reflexiona y entabla un debate con tus compañeros si esta solución evitaría el agotamiento de los combustibles fósiles.

Fig. 1. Ejercicio 1

Fig. 2. Ejercicio 4

propiedades precipitado Cambio químico gas color

átomos sustancias masa elementos

Actividades


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Investiga y reflexiona

5) La máquina a vapor, real protagonista de la Revolución Industrial, funciona por la combinación de procesos físicos y químicos. Lue-go de investigar y relacionar con los conocimientos adquiridos en Historia responde:

a) ¿Cuándo se inicia la Revolución Industrial? b) ¿Qué cambios sociales, económicos y culturales se produjeron? c) ¿Quién inventó la máquina a vapor? ¿Cuándo? Menciona un

cambio físico y un cambio químico que sustentaron la inven-ción de la misma (fig. 3).

6) Lee el poema Don Carbono de la página 137. a) Ubica históricamente el Jurásico; averigua durante cuántos años

los dinosaurios poblaron el planeta y las teorías que explican su extinción.

b) ¿Qué tipo de rocas están vinculadas a los posibles yacimientos de petróleo?

c) Busca en el texto los procesos mencionados que involucran va-rios cambios químicos naturales y otros provocados por el hom-bre. Ordénalos en una secuencia, destacando la conservación del átomo de carbono.

d) Redacta un breve texto donde imagines un posible destino para este átomo de carbono o inventa para ese átomo una secuencia de cambios diferente desde el Jurásico al siglo XXI.

7) Las manzanas y las papas se oscurecen luego de ser peladas debido al pardeamiento enzimático. Este cambio químico se favorece por la presencia de enzimas en los tejidos vegetales.

Existe un pardeamiento no enzimático (Reacción de Maillard), que se logra por calentamiento. Esto produce una descomposicion libe-rándose sustancias que dan color y sabor a los alimentos.

Esta reacción es la usada para dar aspecto agradable y sabor carac-terístico a galletas, al pan tostado, al café, a las cebollas fritas, a la carne asada, al dulce de leche, entre otros ejemplos (fig.4).

Investiga • ¿Qué son las enzimas? ¿qué función cumplen? • Ejemplos de pardeamiento enzimático y no enzimático. En

la actividad experimental sugerida Nº 2 puedes estudiar las diferencias.

8) La fabricación del vino está basada en un proceso natural llamado fermentación, consistente en la transformación del azúcar de la uva en alcohol y anhídrido carbónico. ¿Es un cambio físico o químico?

Investiga • ¿Desde cuándo el hombre conoce y utiliza la fermentación? • ¿Cuáles son las etapas en la fabricacion del vino, desde la reco-

lección de la uva hasta el consumo de la bebida?

Fig. 3. Ejercicio 5. Máquina a vapor.

Fig. 4. Ejercicio 7. El color, el sabor y el olor de algunos alimentos se deben a un cambio químico llamado pardeamiento no enzimático.


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Actividades domiciliarias experimentales sugeridas

Acitividad Nº 1 Coloca en un tubo de ensayo una pequeña cantidad de bicarbonato

de sodio. Añade una cucharadita de vinagre. a) Describe las modificaciones producidas. b) Analiza el proceso y clasifica el cambio como físico o químico. c) Es frecuente en recetas de cocina el uso de bicarbonato de sodio

para preparar una masa de pan o torta En otros casos se reco-mienda usar polvo de hornear que también contiene esta sus-tancia. ¿Qué efecto produce este ingrediente en la masa?

d) Algunas personas acostumbran beber como “digestivo” un vaso con agua y una cucharadita de bicarbonato de sodio. Las sales efervescentes contienen bicarbonato de sodio y son utilizadas con el mismo fin. Investiga por qué actúa como “digestivo”.

Acitividad Nº 2 Parte A Lava cuidadosamente 3 manzanas, 5 duraznos, 3 bananas y 2 peras

para preparar una ensalada de frutas. Corta en pequeños trocitos, agrega media taza de azúcar. Separa una pequeña parte de la pre-paración y al resto agrégale el jugo de 2 limones y 3 naranjas. Luego de una hora observa la diferencia y discute los resultados.

Parte B Coloca 5 mL de jugo de manzanas en cada uno de los tubos de en-

sayos identificados con las letras A, B, C Tubo A: Colócalo en baño de agua con hielo durante 10 minutos. Tubo B: Colócalo en baño de agua tibia durante 10 minutos. Tubo C: Colócalo en baño de agua caliente durante 10 minutos. Compara el grado de pardeamiento en los tres tubos, anota las ob-

servaciones y extrae conclusiones.

Parte C Lava y pela una cebolla. Córtala en juliana (tiras delgadas). Coloca en un sartén 50 cm3 de aceite y la mitad de las cebollas y

cocínalas a fuego lento. Reserva el resto de las cebollas en un plato tapadas con film. Retira del fuego, observa y explica las diferencias.

Acitividad Nº 3 En un recipiente con vinagre sumerge un hueso de ala de pollo.

Luego de 48 horas intenta anudar o doblar el hueso. ¿puedes lograr-lo? ¿Qué sucede luego de cierto tiempo?

Busca una explicación para los cambios químicos que se producen teniendo en cuenta que el hueso tiene una sustancia llamada car-bonato de calcio y sabiendo que uno de los componentes del aire es el anhídrido carbónico.


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Actividades experimentales sugeridas. Conservación de los elementos en los cambios químicos.

Actividad experimental Nº 1

Procedimiento La primera parte se realizará en tres equipos como mínimo.

Primera parte 1. Introduce en un tubo de ensayo un trocito de cobre. 2. Agrega 1 cm3 de solución acuosa de ácido nítrico. 3. Observa hasta que no aprecies más cambios. Construye un cua-

dro de datos y anota las observaciones. 4. Añade 2 cm3 de agua destilada y agita suavemente.

Segunda parte 1. Recolecta el contenido de los tubos de ensayo de todos los equi-

pos y colócalo en un tubo en forma de U. 2. Introduce un electrodo de acero inoxidable en una rama del

tubo y un electrodo de grafito en la otra rama. 3. Conecta el electrodo de acero inoxidable al borne positivo y el

electrodo de grafito al borne negativo de una fuente continua de 9 V. Observa y registra.

Actividad experimental Nº 2

Procedimiento

Primera parte 1. Coloca en el matraz 2g de yodo sólido. 2. Vierte 25cm3 de disán y agita hasta disolución total. 3. Agrega 25 cm3 de agua destilada y agita. 4. Añade 2g de cinc en polvo. 5. Agita enérgicamente hasta que la coloración violácea del yodo

en disán desaparezca y el agua quede incolora. 6. Anota las observaciones.

Segunda parte 1. Con ayuda de la pipeta extrae la fase acuosa del sistema resul-

tante de la primera parte y colócala en el tubo en U. 2. Introduce en rama del tubo un electrodo de grafito conectado al

borne positivo de la fuente continua de 9 V y uno de cobre en la otra rama conectado al terminal negativo.

3. Mantiene la fuente encendida durante cinco minutos. 4. Observa y registra los cambios ocurridos. 5. Desconecta el circuito, extrae 1cm3 de la solución cercana al

electrodo de grafito y colócala en un tubo de ensayo. 6. Agrega 1cm3 de disán, agita y observa.

Actividad experimental 1• Describe los cambios ob-

servados en cada etapa del experimento.

• Elabora una explicación para estos cambios.

• Analiza el siguiente es-quema, relaciónalo con el experimento y redacta un breve texto donde expli-ques esta representación.

Actividad experimental 2• Describe los cambios ob-

servados y elabora una ex-plicación para los mismos.

• Analiza el siguiente esque-ma y redacta un texto que lo interprete.

Cu

Zn I2

+

+

ácido nítrico

solución color celeste

solución acuosa incolora

electrólisis

electrólisis

• ¿Cuál puede ser el título de este experimento? ¿Y el objetivo?

• Piensa un nombre para el experimento y redacta el objetivo

• ¿Ha sido posible determinar que los elementos se conser-van en los cambios quími-cos? Argumenta la respuesta.


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Ampliando el horizonte...

Lee con atención el texto

• Analizalosefectospositivosynegativosdelusodefertilizantesfabricadosporelhombre.• ¿Cómoalteraelhombreelciclonaturaldelnitrógeno?Investiga

a) sobreloscambiosquímicosqueseproducenenelciclodelnitrógenoyporquéseafirmaqueelelementoseconserva.

b ¿quéeslaeutrofización?c) ¿cómosedebeprocederpararecuperaruncursodeaguaeutroficado?d) larelaciónentrelasituaciónmundialdelaépocaylainvestigacióndecómolograr“fijar”el

nitrógenodelairedemaneraartificial• Analizacontuscompañeroslaestrecharelaciónentreinvestigacióncientíficaysituaciónpolí-

tica-económica-socialdecadaépoca.Buscaotrosejemplosyreflexionasobreellos.

Intervención del hombre en el ciclo del nitrógeno

Enformanaturalelelementonitrógeno(N)presenteenelairecomosustanciasimpledinitrógeno(N

2) luegodenumerososcambiosquímicosse incorporaal

suelo.Esteproceso,muylento,llamadofijacióndelnitrógeno,espartedeunci-clo(ciclodelnitrógeno).Esasíqueelelementonitrógenopasaacomponersus-tanciasquealdisolverseenelaguasonabsorbidasporlasraíces.

Laincorporacióndeestosnutrientespermiteelcrecimientodelasplantas.AprincipiosdelsigloXXFritzHaber,científicoalemán,descubriócómoacor-

tarestecicloallograrlasíntesisdelamoníaco.Elamoníacosintetizadopermitióobtenerfertilizantessinnecesidadderecu-

rriralosnitratosnaturales.Elusodeestosfertilizantesdenitrógenohafavorecidolaproducciónagrícola

permitiendoalimentaraunapoblaciónmundialquecrecerápidamente.Estohaprovocadoquemayorcantidaddenitrógenoatmosféricoseincorpo-

realsuelo.Sinembargo,estafijaciónartificialtambiénhatenidoconsecuenciasnegativastantoparalosseresvivoscomoparaelambiente.

La lluvia, la erosión, el uso excesivo y otros factores provocanque los fertilizantes no queden solamente en el lugar donde vana ser utilizados por los cultivos; pueden ser absorbidos alcanzan-doaguassubterráneasoarrastradoshaciacursosdeaguacercanos.

Deestamanerasecontaminanlasfuentesdeaguapotablepro-vocandoenfermedadesaquieneslaconsumen,muertedepecesyotrasespecies,aparicióndeal-gastóxicasycambiosenelecosistemaquepuedenllevaralaeutrofizacióndeunarroyoodeunrío.

La investigación científica está orientada a solucionar estos problemas cambiando algunasprácticasagrícolas,controlandoellugarylacantidaddefertilizanteaplicadoyprofundizandoenelconocimientodelosprocesosquetienenlugarenelciclodelnitrógeno.

Fuente:JohnArthurHarrison,Ph.D.“ElCiclodelNitrógeno:DeMicrobiosydeHombres,”VisionlearningVol.EAS-2(4s),2003.http://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?mid=98&l=s

Fritz Haber (1868-1934) químico alemán, reci-bióelPremioNobelen1918porlograr“lasíntesisdelamoníaco”.

SepudieronsintetizarexplosivosyfertilizantessinnecesidadderecurriralasfuentesnaturalesdenitratosubicadosalnortedeChile.


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Don Carbono: del Jurásico al siglo XXIAhora les paso a contar

una historia sin igualque tuvo algún principio

no sé realmente cuál.

Un átomo de carbono soy,en el Jurásico ya existíay unido a otros átomos

un dinosaurio constituía.

Sin ninguna explicaciónentre rocas quedé atrapadocon presión muy apretado y además mucho calor.

Un gran caos comenzó;todo lo que allí estaba poco a poco cambió

y luego de muchos siglosen líquido se transformó.

Formé parte de ese líquido,viscoso, oscuro, pegajoso,

nada lindo, pero valioso.Dado su aspecto de óleoalguien con gran lucidez

al líquido llamó….petróleo.

El tiempo pasó y pasó,se hizo una excavación,

salimos de allí disparadosa través de la perforación.

Luego fuimos a parar a barriles bien cerradosque fueron transportados

a una empresa llamada ANCAP.

Nuevos cambios en ANCAP: allí el liquido se fraccionó

en todos sus componentessegún sus puntos de

ebullición.

En uno de ellos estaba yocon otros carbonos unidos

formando cadena de ocho,junto a varios hidrógenos

que en total eran dieciocho.

Luego de recorrer camino,por esas cosas del destino

en forma de nafta súper fui a parar a Paysandú.

A una cuatro por cuatropusimos en movimiento

pero al instante, al momento

de nuevo todo cambió.A dos átomos de oxígeno finalmente quedé unido

en compuesto no patógeno y así… fuimos expelidos

Como anhídrido carbónico en estado gaseoso

desplazarme intenté y aunque parezca gracioso,

quizás un poco irónico,por el Uruguay viajé.

Hasta que luego ingreséa un verde vegetal

donde de nuevo cambiécon ayuda de luz solar.

A formar parte pasé de cadena muy extensa

que al pastito da sostény también le da textura

celulosa me enterése llama esa estructura.

Como átomo de carbono una planta conformé,

hasta que una vaca triste,sin permiso y sin aviso,

de una nos engulló ...y luego de varios cambios

en leche nos convirtió.

Formé así un nuevo grupode varios átomos unidos

al que llaman Caseínade la familia…Proteínas

En el tambo se ordeñó,el líquido fue envasado

y a Conaprole llegópara ser pasteurizado.

La caja en la que estabauna señora compró

y pasé a ser dulce cremaque su familia almorzó.

Un átomo de carbono soy Y aquí estamos … aquí estoy…

esta vez en un pequeñoy humano corazón.

Por último me despido,la historia debe terminar, aunque en realidad creo

que no tiene final.

137todo se transformaQuímica • 3º C.B.

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