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Física y Química 3.º ESO · Átomos, moléculas y cristales

Recuerda: los elementos más abundantes y los bioelementos

Objetivo: Al terminar, sabrás cuáles son los elementos más abundantes en el universo, en la corteza terrestre, en el aire y en los seres vivos, y qué son los bioelementos.

Recuerda

¿Qué elementos abundan más?

De los 118 elementos conocidos, solo unos pocos forman casi toda la materia que nos rodea. Los porcentajes son aproximados:

Dónde	Elementos más abundantes
Universo (en masa)	Hidrógeno ≈ 74 %, helio ≈ 24 %
Corteza terrestre (en masa)	Oxígeno ≈ 47 %, silicio ≈ 28 %, aluminio ≈ 8 %, hierro ≈ 5 %, calcio, sodio, potasio y magnesio (2–4 % cada uno)
Aire seco (en volumen)	Nitrógeno ( $\text{N}_2$ ) ≈ 78 %, oxígeno ( $\text{O}_2$ ) ≈ 21 %, argón ≈ 0,9 %, dióxido de carbono ≈ 0,04 %
Cuerpo humano (en masa)	Oxígeno ≈ 65 %, carbono ≈ 18 %, hidrógeno ≈ 10 %, nitrógeno ≈ 3 %, calcio ≈ 1,5 %, fósforo ≈ 1 %

En la corteza, el oxígeno y el silicio forman los silicatos de rocas y arenas (como el cuarzo, $\text{SiO}_2$ ). En el cuerpo, el oxígeno es tan abundante porque somos agua en más de un 60 %.

Bioelementos

Los bioelementos son los elementos que forman los seres vivos:

Primarios (≈ 96 % de la masa): C, H, O, N, P, S. Forman las proteínas, los azúcares, las grasas y el ADN.
Secundarios: Ca, Na, K, Mg, Cl. Por ejemplo, el calcio de huesos y dientes.
Oligoelementos: se necesitan en cantidades muy pequeñas, pero son imprescindibles: hierro (Fe, en la hemoglobina de la sangre), yodo (I, en las hormonas del tiroides), flúor (F, en el esmalte dental), cinc (Zn).

Elementos de interés por sus usos

Otros elementos son importantes por lo que hacemos con ellos:

Elemento	Uso
Silicio (Si)	Chips de ordenadores y móviles, placas solares
Litio (Li)	Baterías de móviles y coches eléctricos
Cobre (Cu)	Cables eléctricos
Aluminio (Al)	Latas, papel de aluminio, aviones
Hierro (Fe)	Acero para edificios, puentes y coches
Cloro (Cl)	Potabilizar el agua del grifo y de las piscinas
Helio (He)	Globos que flotan
Neón (Ne)	Letreros luminosos

Puntos clave

Universo: sobre todo hidrógeno y helio.
Corteza terrestre: oxígeno y silicio, seguidos de aluminio y hierro.
Aire: nitrógeno (≈ 78 %) y oxígeno (≈ 21 %).
Seres vivos: los bioelementos primarios C, H, O, N, P y S.
Los oligoelementos (Fe, I, F, Zn…) se necesitan en cantidades muy pequeñas pero son imprescindibles.
Algunos elementos son de especial interés por sus usos: silicio (chips), litio (baterías), cobre (cables), cloro (potabilizar el agua).

Errores frecuentes

ErrorDecir que el gas más abundante del aire es el oxígeno.
Cómo corregirloEs el nitrógeno, $\text{N}_2$ (≈ 78 %). El oxígeno es solo ≈ 21 %.
ErrorPensar que el elemento más abundante del cuerpo humano es el carbono.
Cómo corregirloEn masa es el oxígeno (≈ 65 %), sobre todo por el agua. El carbono es el segundo (≈ 18 %).

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. ¿De qué estás hecho? numérico (porcentajes)
Una persona tiene una masa de 60 kg. Con los porcentajes aproximados de la tabla, calcula qué masa de oxígeno, de carbono y de hidrógeno hay en su cuerpo.

Resolución
Aplicamos cada porcentaje a 60 kg:
- Oxígeno: $60 \cdot \dfrac{65}{100} = 39\ \text{kg}$
- Carbono: $60 \cdot \dfrac{18}{100} = 10{,}8\ \text{kg}$
- Hidrógeno: $60 \cdot \dfrac{10}{100} = 6\ \text{kg}$
Entre los tres suman unos 56 kg: el 93 % de la masa del cuerpo. Son resultados aproximados, porque los porcentajes lo son.

Ejercicios

De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.

1. Fácil
a) ¿Cuáles son los dos elementos más abundantes de la corteza terrestre? b) ¿Y del universo? c) ¿Qué elemento está entre los más abundantes tanto de la corteza como del cuerpo humano?

Ver solución
a) Oxígeno y silicio. b) Hidrógeno y helio. c) El oxígeno.
a) Oxígeno (≈ 47 %) y silicio (≈ 28 %). b) Hidrógeno (≈ 74 %) y helio (≈ 24 %). c) El oxígeno: es el primero en la corteza (≈ 47 %) y en el cuerpo humano (≈ 65 %).
2. Media
Un aula mide 7 m de largo, 8 m de ancho y 3 m de alto. ¿Qué volumen de oxígeno y de nitrógeno contiene aproximadamente su aire?

Ver solución
Unos 35 m³ de oxígeno y unos 131 m³ de nitrógeno.
Volumen del aula: $V = 7 \cdot 8 \cdot 3 = 168\ \text{m}^3$ . Oxígeno (≈ 21 %): $168 \cdot 0{,}21 \approx 35\ \text{m}^3$ . Nitrógeno (≈ 78 %): $168 \cdot 0{,}78 \approx 131\ \text{m}^3$ .
3. Fácil
Clasifica estos elementos en bioelementos primarios, secundarios u oligoelementos: carbono, hierro, calcio, nitrógeno, yodo, sodio, fósforo, flúor.
Ver solución
Primarios: C, N, P. Secundarios: Ca, Na. Oligoelementos: Fe, I, F.
- Primarios (C, H, O, N, P, S): carbono, nitrógeno, fósforo.
- Secundarios: calcio, sodio.
- Oligoelementos (cantidades muy pequeñas): hierro, yodo, flúor.

Para practicar más

1. Fácil
Una piedra de 250 g tiene la composición media de la corteza terrestre. Calcula aproximadamente cuántos gramos de oxígeno, silicio y aluminio contiene (usa 46,6 %, 27,7 % y 8,1 %).

Ver solución
Unos 117 g de O, 69 g de Si y 20 g de Al.
Oxígeno: $250 \cdot 0{,}466 = 116{,}5 \approx 117\ \text{g}$ . Silicio: $250 \cdot 0{,}277 = 69{,}25 \approx 69\ \text{g}$ . Aluminio: $250 \cdot 0{,}081 = 20{,}25 \approx 20\ \text{g}$ .
2. Media
Di si es verdadero o falso y corrige las falsas: a) El gas más abundante del aire es el oxígeno. b) El silicio es muy abundante en la corteza, pero casi no está en los seres vivos. c) Los oligoelementos no son necesarios porque están en cantidades muy pequeñas. d) El hidrógeno es el elemento más abundante del universo.

Ver solución
a) F: es el nitrógeno. b) V. c) F: son imprescindibles. d) V.
a) Falso: el más abundante es el nitrógeno (≈ 78 %); el oxígeno es ≈ 21 %. b) Verdadero: es el segundo de la corteza (≈ 28 %), pero no es un bioelemento primario. c) Falso: se necesitan en cantidades muy pequeñas, pero son imprescindibles (sin hierro no se forma hemoglobina). d) Verdadero: ≈ 74 % de la masa del universo.