Quimica Contextual I Primera Unidad

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Primera parte del extraordinario Libro de Química en la Vida Cotidiana conteniendo atractivas lecturas y ejercicios amenos: Materia, Energia, Definicion Quimica, Aplicaciones.

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Quimica Contextual I Primera Unidad

  1. 1. 1.1.1 Química como una ciencia central. ¿Dónde está la química? Describe tus actividades diarias desde que te levantas hasta que te duermes, enlista los productos químicos que utilizas y organízate en equipos de 4 estudiantes nombrando un representante, para que éste exponga las conclusiones. Formen equipos de 4 personas y lean detenidamente las siguientes lecturas “La química y la industria automotriz” y “La edad de piedra, de hierro y del polímero” realizando además un resumen (por equipo), el cual será expuesto al grupo por un integrante. Lectura No. 1: “La química y la industria automotriz” En la producción de automóviles se requiere de muchos materiales con características especiales, los avances en la química muestran muchos de los desarrollos y mejoras en estos materiales, por ejemplo: la pintura y el acabado protector contienen diversas sustancias químicas; los químicos trabajan para desarrollar nuevos colores y acabados que sean resistentes a las inclemencias del medio ambiente, como el polvo, la suciedad, la humedad, el sol y el frío. 1
  2. 2. En la industria de los neumáticos se emplean químicos, en la producción de materiales ahulados, con características especiales que dan mayor duración, mejor "agarre" en caminos con hielo y tolerancia al calor extremo que han de soportar durante las carreras. Los materiales que se utilizan en neumáticos, bandas y mangueras deben tener propiedades especiales para cumplir con sus funciones. En la preparación del acero, aluminio y otros materiales que usan en la industria automotriz, utilizan una amplia gama de procesos químicos. Los plásticos empleados en los automóviles, se usan comúnmente en defensas, parrillas, molduras y paneles laterales, haciendo al automóvil más ligero y como consecuencia, menor consumo de combustible, además de que los plásticos no se oxidan. Corte de un convertidor catalítico de contacto , que se ha empezado a utilizar en los tubos de escape de los automóviles. Así se cataliza la oxidación a CO2 del CO y de restos de hidrocarburos sin quemar , y la descomposición en N2 y O2 de los óxidos de nitrógeno , evitando lanzar gases muy tóxicos a la atmósfera. Los vidrios empleados en parabrisas y ventanas, implican también procesos químicos que les dan propiedades específicas según su uso. Muchos convertidores catalíticos automotrices contienen materiales cerámicos. El automóvil del futuro sin duda llevará una diversidad de productos químicos nuevos y mejores. Lectura No. 2: “La edad de piedra, de hierro y del polímero” Hubo una época en que las flechas y los sillones eran de piedra, las cuevas con ventilación natural, los filetes de tigre (dientes de sable) al carbón. Afortunadamente, esta época terminó cuando alguien descubrió como reducir el óxido de hierro a hierro metálico usando coque (carbón) como agente reductor. Todo esto sucedió hace varios años y el químico de las cavernas que obtuvo los derechos de patente de la edad de hierro, no fue educado en el Instituto Tecnológico de Massachusetts o en el Instituto Politécnico Nacional; pero estos descubrimientos químicos cambiaron profundamente el modo de vida de la gente, dando nuevos productos como las espadas, los arados y los colchones de muelles. ¿Cómo habría reaccionado el hombre de la edad de piedra la primera 2
  3. 3. vez que hubiera usado una armadura de hierro o subido a la Torre Latinoamericana o tomado el tren para ir a Chapultepec?, en esto también los químicos están presentes. Esta vez, estamos por entrar a la edad del polímero. Se podría pensar que ya estamos en ella, por las camisas de poliéster, los envases de polietileno, la valija de cloruro de polivinilo, las alfombras de polipropileno, los muebles de poliestireno, los neumáticos de poliisopreno y a los disquetes de acetato de polivinilo en las computadoras. En sólo 40 años, el volumen de polímeros ha crecido sorprendentemente y sobrepasa a la producción del acero; sin embargo, lo mejor de todo esto aún no ha llegado. Los materiales estructurales con los cuales se han construido las puertas, ventanas, puentes, automóviles, parecieran ser el último baluarte de la edad de hierro; ¿se atrevería alguien a sugerir que los polímeros podrían competir en ese terreno sagrado?. Nadie, excepto los químicos. Hoy se habla de un automóvil construido totalmente con plástico y ya se vuela en aviones comerciales que tienen elementos estructurales hechos con polímeros híbridos. Uno de éstos es el poli-para-fenilenotereftalamida, que tiene una fuerza de tensión ligeramente mayor que la del acero, pero donde este polímero realmente sobresale, es en aquellas aplicaciones donde la relación fortaleza/peso tiene gran importancia, como sucede en los aeroplanos. Aún con su nombre complicado, este polímero tiene una relación fortaleza/peso ¡seis veces más que la del acero!. Para poder apreciar esta ventaja, debes saber que la reducción de una libra (0.454 Kg.) en el peso estructural del avión reduce su peso para elevarse en 10 libras (4.54 Kg.). Por esta razón, este polímero cuyo nombre comercial es “keblar”, se usa para construir la sección de la parte trasera de los aviones más grandes, ¡ah! … y además, para los chalecos antibalas. ¿Qué se puede decir de los automóviles construidos totalmente con plásticos? por supuesto la reducción de peso es la base de este juego que trata de construir autos eficientes en cuanto al consumo de combustible. Ya hay ejes de transmisión de automóviles, hechos de polímeros fortalecidos con fibras rígidas y se usan materiales híbridos similares para ballestas. Actualmente los autos contienen 3
  4. 4. alrededor de 500 libras de plásticos, si se toma en cuenta el hule, la pintura, los selladores, los lubricantes y la tapicería. 1.1.2 Pros y contras de la química. Como ya se mencionó la química se encuentra en nuestro entorno cotidiano y así como nos proporciona beneficios, la falta de control y ética en su manejo, también puede causarnos serios problemas. Algunos de los objetivos de la química son: elaborar nuevas sustancias (síntesis química), conocer la estructura de la materia e investigar los componentes de los materiales y separarlos para su estudio (análisis químicos). El hombre ha fabricado infinidad de objetos semejantes a muchos materiales naturales e incluso mejores y más baratos. Como se observa, la química proporciona innumerables satisfactores entre los cuales pueden mencionarse los siguientes: 4
  5. 5. Medicinas, vidrios, ladrillos, cementos, cerámicas, circuitos microelectrónicos, agroquímicos, productos caseros, textiles, metalurgia, plásticos, alimentos, etc. Cuando se llevan a cabo procesos químicos a gran o en pequeña escala, se corren riesgos que se deben evaluar para minimizarlos al máximo; en algunas ocasiones los industriales sólo contemplan los beneficios de cierta producción, pero no valoran sus riesgos y les resulta muy cómodo desechar sus desperdicios industriales al medio ambiente contaminando suelo, aire y agua; la mayoría de la gente le resulta muy cómodo desplazarse en un automóvil pero no miden el peligro que se produce en una ciudad muy poblada como México donde circulan millones de autos. Los beneficios de la química a la humanidad elevan la calidad de vida, pero si se hace mal uso se puede llegar a la desaparición de las especies vivientes, por lo que el comportamiento humano en el uso de la química debe ser analítico y reflexivo, desde el punto de vista pros y contras para el planeta más que para unos cuantos individuos. Pros y contras de la química. Escribe (en equipo) por lo menos tres accidentes ocurridos en industrias químicas que hayan dañado a la humanidad y al medio ambiente, exponlos al grupo por medio de un integrante del equipo. Lee y comenta en equipo de 4 personas las lecturas: “Síndrome de Minamata”, “Lección de Chernobyl “ y “Entrevista con el mexicano Mario Molina (premio Nóbel de química)”, para exponer en clase por medio de un representante del equipo. 5
  6. 6. Lectura No. 3: “El síndrome de Minamata”. (Contaminación por mercurio) El mercurio es un elemento de gran utilidad, dado que es el único metal que se encuentra en estado líquido a temperatura ambiente y posee una gran conductividad eléctrica; por desgracia, los compuestos mercuriales son venenosos para todos los sistemas vivientes. Se usa en una gran variedad de procesos industriales y en diferentes productos tales como: pinturas, fungicidas, termómetros, aparatos eléctricos (lámparas de vapor de mercurio, tubos e interruptores electrónicos y baterías de mercurio). Entra al medio en forma elemental como pérdida de los procesos industriales y de equipos convertidos en chatarra, así como en la forma de compuestos de mercurio debido a las actividades industriales y agrícolas. Se incorpora en los alimentos que come el hombre a través de los productos agrícolas y del agua. Es tóxico en la forma metálica y en estado combinado; las dos formas generales de mercurio combinado son el inorgánico y el orgánico; dentro del medio ambiente, las diversas formas de mercurio se interconvierten. En efecto, parece ser que el mercurio metálico se convierte en mercurio metilado por medio de procesos biológicos que se producen en el agua donde se encuentran desechos de él; el mercurio metilado (Hg(CH3)2) y el ion metilo de mercurio (HgCH3+) los absorben los tejidos de los organismos vivos. Una vez que se produce esta absorción, estas formas de mercurio pueden permanecer en organismos durante largos periodos, conforme un animal se come a otro, el mercurio se puede incorporar a la cadena alimenticia y producir la concentración biológica de mercurio dentro de ésta. El mercurio penetra en el hombre por la ingestión de plantas (lo incorporan del suelo), animales y agua. El contenido excesivo de mercurio en el organismo humano, puede producir el envenenamiento, causando daños permanentes en el cerebro. En Japón, muchas 6
  7. 7. enfermedades, muertes y defectos genéticos se han atribuido directamente a los alimentos marinos con altos contenidos de mercurio. Alrededor de 100 personas que vivían en la bahía de Minamata en Japón, fueron afectadas por una enfermedad misteriosa, muchas de ellas murieron. Se descubrió que la principal dieta de las víctimas lo constituían peces de la bahía contaminada con mercurio, el mercurio había sido vertido en la bahía a través de los desechos de una fábrica de plásticos. Posteriormente el gobierno Japonés impuso reglamentos estrictos para la eliminación del mercurio; es importante resaltar que los químicos de la empresa conocían a priori los posibles efectos de la intoxicación con mercurio, pero por falta de ética lo mantuvieron en secreto. Los síntomas de un envenenamiento agudo con mercurio son: pérdida del apetito, insensibilidad en las extremidades, sabor metálico, diarrea, problemas de visión, problemas en el habla y el oído, inestabilidad mental, abortos y malformaciones congénitas. Puesto que el mercurio se utiliza en grandes cantidades y se puede convertir en formas muy tóxicas, que se concentran biológicamente en el medio ambiente, es necesario que se ejerza un mayor control en los desechos industriales. Actualmente se cuenta con el Instituto Nacional de desastres para prevenir problemas en el futuro. Imagen obtenida de: http://www.nimd.go.jp/english/nimd_enkaku.html Lectura No 4: “Lección de Chernobyl” En las primeras horas del 26 de abril de 1986, los operadores de una planta de energía nuclear en Chernobyl, en la Unión Soviética, comenzaron una serie de pruebas acerca de la capacidad operativa de su reactor más nuevo; de acuerdo con las comunicaciones oficiales soviéticas, los operadores hicieron caso omiso a las normas de seguridad y sin autorización, desviaron los procedimientos estándar para realizar sus pruebas. 7
  8. 8. En algún momento perdieron el control de las reacciones que ocurrían en el núcleo del reactor y su producción rápidamente subió 120 veces su capacidad promedio. El agua de enfriamiento del sistema, instantáneamente se transformó en vapor y se produjo una explosión que hizo estallar la cubierta del reactor de 1000 toneladas y esparció combustible nuclear caliente hacia la atmósfera. El reactor inmediatamente fue devorado por incendios que requirieron más de 10 días para ser controlado. Durante este periodo, una enorme cantidad de material radiactivo fue liberada al ambiente, más de mil veces la cantidad liberada en el accidente de Three Mile Island en los Estados Unidos en 1979. Reactor No. 4 Radio de influencia del reactor Creditos de fotos: http://www.pbs.org/wgbh/nova/spiesfly/credits.html#photo http://www.brama.com/ukraine/pics/chrnbyl3.jpg Aunque las consecuencias de este accidente fueron más graves en las áreas más próximas a Chernobyl, llegaron mucho más allá de la Unión Soviética, afectando finalmente a unas 100 millones de personas en más de 20 países europeos, la nube radiactiva del accidente se desplazó en dirección noroeste por el viento y, cuando posteriormente llegaron las lluvias, el material radiactivo volvió a caer al suelo; una porción sustancial de radiactividad fue depositada en Noruega, un componente principal de la lluvia radiactiva de Chernobyl fue el cesio 137, con una vida media de 30 años, a medida que este elemento pasaba del agua de lluvia a los líquenes y luego a los renos, su concentración se incrementó a niveles que excedían en mucho los que se consideraban seguros para el consumo humano. Las concentraciones más elevadas se produjeron en la leche, los músculos y los huesos de los renos, el medio de subsistencia tradicional para los pueblos lapones de Noruega central y meridional. Dada la vida media del cesio 137 y su concentración en los líquenes, parece que transcurrirá una generación entera antes que los lapones puedan otra vez basar su alimentación en la carne y la leche de sus rebaños; para entonces su cultura única puede haber desaparecido para siempre, como consecuencia de los cálculos erróneos y de una falta de precaución en una planta de energía nuclear situada a más de 2000 kilómetros de distancia. 8
  9. 9. El accidente de Chernobyl y sus consecuencias, nos brindan varias lecciones importantes. La primera y más obvia, es que la concentración biológica de los elementos es un fenómeno muy real, con consecuencias potencialmente graves, especialmente para los organismos que se encuentran en la cima de la cadena alimenticia, entre los cuales la especie humana está incluida; la segunda lección es que no debemos ser complacientes acerca de las medidas de seguridad relativas al uso de materiales o tecnologías, para no esperar que se produzcan tragedias peores que las de Chernobyl, la tercera y tal vez la más importante, es que las consecuencias de nuestras desventajas no respetan límites internacionales o regulaciones ambientales locales, sin importar cuán bien concebidas están o cuán fielmente se sigan. Nosotros y todos los otros seres vivos, estamos interconectados en un ecosistema global. Lectura No. 5: “Entrevista con el Nóbel mexicano de química”. Mario Molina Enríquez (1943 -) “Hay que tratar de mejorar el sistema educativo que con frecuencia pone demasiado énfasis en dar calificaciones en las tareas; pero creo que se necesita insistir mucho más en lo bonito que es la ciencia, en lo fascinante que pueden ser los estudios de investigación, en lo atractivo que puede resultar aprender cosas nuevas, de alguna manera, todo ello se pierde desde la niñez, lo cual explica la poca aceptación que tiene la vida de un científico en términos de la sociedad”, así respondió a la primera pregunta que le hizo el reportero. Mario Molina Enríquez obtuvo el título de ingeniero químico el 2 de agosto de 1965 en la UNAM con la tesis “Columnas combinadas en cromatografía en fase vapor”; posteriormente obtuvo el doctorado en fisicoquímica en la Universidad de Berkeley California, en 1972. Recibe el premio Nóbel de 1995 en Estocolmo, el cual compartió con el estadounidense Frank Sherwood Rowland y el holandés Paul Crutzen por sus trabajos en la comprensión de “La química de la capa estratosférica de ozono y de su destrucción a causa de productos fabricados por el hombre”. Como son los clorofluorocarbonos (CFC) que se usan en aerosoles o en sistemas refrigerantes y que de acuerdo con el protocolo de Montreal firmado en 1987, dejaron de fabricarse en las naciones industrializadas a fines de 1996 y en los países del tercer mundo hacia la conclusión del siglo XX.  En México, tan pronto se supo que habían otorgado a usted el premio Nóbel surgió un intenso debate respecto de que si debió o no haberse quedado en nuestro país, de si era o no un cerebro fugado ¿eso llegó a molestarle? 9
  10. 10. “Más que una incomodidad, me hizo reflexionar en que, por un lado la ciencia es internacional, necesita haber colaboración entre los científicos de todo el mundo y a partir de ese punto de vista puedo continuar desde el exterior, mi colaboración con científicos mexicanos; pero al mismo tiempo es importante darse cuenta de que también es indispensable que haya científicos en México, que ataquen cuestiones locales y que tengan la visión científica general, los fundamentos de la ciencia son los mismos en todo el mundo”.  Es muy interesante seguir su carrera profesional: parecía que usted se iba a dedicar a otra rama de la química, primero en Alemania, donde trabajó en polímeros y luego en Estados Unidos de América, donde se orientó a la química de la atmósfera. “Cuando estuve en Europa trabajando con polímeros, la fisicoquímica era lo que me interesaba incluso desde que cursé la carrera de ingeniería química, esa área era la que me atraía más. Lo que estudié de polímeros fue la cinética, entonces en cierta forma muchos de los trabajos que realicé de química de la atmósfera son también de cinética, en este caso en fase gaseosa, pero con múltiples analogías con la cinética de polímeros. Por ejemplo hay cinética de polimerizaciones con radicales libres, donde tiene unos núcleos de cadena, o sea, que hay toda una serie de conceptos que demuestra de nueva cuenta la universalidad de la ciencia. En Berkeley, California, estudié fisicoquímica y estuve trabajando en enlaces químicos, también desde el punto de vista de entender reacciones químicas y velocidades de reacción y en aquel entonces de ver cuales eran los efectos de la energía interna en las moléculas. El aspecto común a todos estos campos de la química que he estado estudiando, es tratar de entender las reacciones químicas a nivel molecular para poder predecir, por ejemplo con certidumbre y en situaciones complicadas, como van a llevarse a cabo las distintas reacciones químicas en la atmósfera terrestre”.  ¿Cómo surge su interés particular por la reacción entre los clorofluorocarbonos CFC y el ozono estratosférico?. “Éste surge de la pregunta que nos hicimos desde el inicio, acerca de ¿cuál era el proceso responsable de destruir a los CFC o los clorofluorocarburos (compuestos industriales)?. No habíamos pensado estudiar la estratosfera en sí, sino simplemente la química de dichos compuestos en el entorno y más importante todavía hacernos el planteamiento de si podía haber alguna consecuencia derivada de su uso. Por un lado los anteriores son compuestos que no existen de manera natural y nos preocupaba el hecho de que la composición atmosférica estuviera cambiando, éste podría haber sido un estudio muy académico, en el que tal vez hubiéramos podido llegar a la conclusión de que dichos compuestos iban a destruirse por tal o cual mecanismo sin mayor consecuencia. Pero me acuerdo con claridad haber pensado entonces que resultaba, de suma importancia establecer si habría o no consecuencias derivadas de todas estas emisiones antes de que aumentaran de manera acelerada”. 10
  11. 11.  Algo notable en esta investigación que usted emprendió es que en su momento no hubo una “buena receptividad” por parte de la comunidad científica. “Lo que sucedió fue que la comunidad científica especializada en cuestiones de atmósferas, sobre todo de química de la atmósfera, lo recibió muy bien porque, ¡claro! … el problema tenía toda la lógica necesaria para que ellos lo aceptaran. Por la recepción que le dio el resto de la comunidad, no fue la esperada porque quizá dábamos la impresión de querer publicidad y eso es algo que no se acepta en el mundo científico, pero con toda la claridad lo que buscábamos no era publicar nuestro trabajo sino simplemente que el gobierno prestara atención a este problema. En lo relativo al medio ambiente, se había registrado una serie de cuestiones que en realidad no estaba muy bien fundamentada, en algunos casos, se habían exagerado los problemas y en otros no, pero claro no había manera de aclararlos hasta no continuar con la investigación”.  ¿Qué piensa hacer ahora que regrese al MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts)? ¿Cuáles son sus proyectos de trabajo? “Sigo con lo mismo, tengo proyectos de investigación que están a medias y otros a los cuales vamos a dar inicio, continuo trabajando con química de la atmósfera en general, química de la estratosfera, pero también con química de la baja atmósfera y con contaminación a nivel global, sobre todo del hemisferio norte, al igual que con química de partículas, que es uno de los aspectos más difíciles de estudiar”.  ¿Cuál es la situación presente del agujero de la capa de ozono? “El agujero de la capa de ozono continuará por varias décadas, pero con el protocolo de Montreal esperamos que para mediados del próximo siglo la atmósfera se recupere, de tal manera que desaparezca ese agujero”. Su dirección postal: MIT 54 - 1312 Cambridge MA 02139, USA. Y su dirección electrónica: mmolina@mit.edu 11
  12. 12. 1.1.3 Definición de química. Lee y elabora un cuadro sinóptico y que presentarás al maestro, de lo siguiente: La química es la ciencia que estudia las sustancias, su estructura, composición, propiedades y transformaciones; en otras palabras, la química estudia la materia, la energía y el cambio. Pero... ¿Qué es materia?. La ropa que vistes, la silla donde te sientas, el techo de tu casa, la tierra donde crecen los cultivos; todo es materia; se puede decir que materia es todo lo que ocupa un lugar en el espacio. Y el sol, el fuego, la electricidad y los diversos tipos de energía están relacionados con la química. La fotosíntesis, la corrosión, la contaminación y todo aquello que implica un cambio de la materia también forma parte del dominio de la química. Iniciemos pues, el camino de la química, una ciencia que nos ha llevado a conocer, interpretar y transformar nuestro ambiente. En un circuito de agua sin Este modelo demuestra como una tratamiento, las sales incrustadas planta usa agua y nutrientes del conllevan al deterioro progresivo suelo y oxígeno del aire para e irreversible de las paredes metálicas sobre las cuales se producir carbohidratos (S), grasas incrustan. Acción comúnmente (F) y proteínas (P). A medida que conocida como corrosión, se trata National Geographic la planta acumule más productos de una reacción electroquímica Julio, 1999 de la fotosíntesis, mayores serán los rendimientos de alimentos o fibras. 1. http://www.agropecstar.com/portal/doctos/Conceptos%20de%20produccion.htm 2. http://ionis.com.ar/agua/index.htm 12
  13. 13. 3. http://www.puc.cl/sw_educ/contam/frefecto.htm Lee en equipo de 4 estudiantes y contesta la siguiente pregunta: ¿Qué es ciencia? R: 1.1.4 La química es una ciencia, pero... ¿qué es una ciencia? Describir en pocas palabras, una de las actividades más importantes del hombre no es fácil, lo cierto es que, la actividad científica ha cambiado radicalmente la forma de vida de la humanidad, a pesar de que algunas de las aplicaciones del conocimiento, no pueden calificarse de positivas, pues el uso de la ciencia tiene también una connotación política, social y ética. La ciencia es un fenómeno social: hemos pasado de vivir en cavernas, a construir cómodas residencias; de usar nuestras piernas como medio de transporte, a viajar a la luna; de morir por una simple infección, a controlar y erradicar muchas enfermedades, de calentarnos con el fuego, a aprovechar la energía nuclear; de cazar con piedras y garrotes, a usar las armas modernas. No es sencillo definir ciencia pero para dar una definición de ciencia, tomaremos una cita de Albert Einstein: “La ciencia es el intento de relacionar la caótica diversidad de nuestra experiencia sensorial con un sistema lógico y uniforme de pensamiento”. El concepto de Einstein se interpreta mediante el siguiente diagrama: frío, brillante, alto, pesado, liviano, Lo que percibimos (diversas líquido, grande, duro, ácido, rojo, experiencias sensoriales) sedoso, caliente, veloz, vivo, amargo. CIENCIA Método científico, La manera en que lo interpretamos hipótesis, leyes, modelos, (sistema lógico y uniforme teorías, predicciones. de pensamiento) 13
  14. 14. Ciencia. Del latín scientia, (conocimiento), es una combinación dinámica de hechos, teorías, procedimientos y actividades para descubrir nuevos cambios y establecer datos que conduzcan a la confirmación de los conocimientos. La ciencia es toda descripción coherente y sistemática de un conjunto de cambios que sufre la materia y la energía. El trabajo de muchos investigadores hace posible conocer lo que hasta ayer era desconocido. Lee en equipo de 4 estudiantes y contesta las siguientes preguntas: 1. ¿Qué es conocimiento empírico? R: 2. ¿Qué es método científico? R: 3. ¿Cuáles son los pasos del método científico? R: 1.1.4.1 Conocimiento empírico. Los adelantos del hombre moderno se deben al trabajo y desarrollo de sus antecesores, los conocimientos actuales, se han logrado a través de mucho tiempo, siguiendo procedimientos empíricos, fundados en las necesidades básicas del hombre, que sintió la necesidad y curiosidad de conocer las propiedades de las cosas para utilizarlas en su beneficio y defensa, estos experimentos los realizó con base a su experiencia, por tanto, este conocimiento se llama conocimiento empírico y se adquiere mediante la observación, la imitación práctica y la experimentación personal, sin teorías ni conocimientos previos. De manera empírica se sabe que un papel, un leño o un carbón arden al entrar en combustión, por medio del sentido del gusto se detectan los sabores del agua (insabora), del limón (agrio), etc. y se clasifica el agua para riego, industrial y potable. El conocimiento empírico no predice por qué suceden las cosas, para esto es necesario aplicar el método científico y la tecnología, sin embargo, podemos percibir algunas propiedades de la materia y la energía por medio de nuestros sentidos, sin hacer deducciones, nos acostumbramos a ellas mediante la práctica y la experiencia. La física, la química y la bioquímica, progresaron mediante los 14
  15. 15. conocimientos empíricos y después de numerosas investigaciones se llegó al conocimiento científico. Investiga las actividades donde aún se utilice el empirismo, indica cuales son regionales y comenta si alguna de estas actividades representan algún riesgo para las personas o para la comunidad. Ejemplo empírico: Al cocinar los frijoles de cosechas pasadas, generalmente se les pone una sal (tequezquite o bicarbonato), para acelerar su cocción. http://www.cnf-foods.com/recipes/index_s.html Principio científico: Al agregar la sal (tequezquite o bicarbonato de sodio) a los frijoles o alimentos que se estén cocinando, esta sal aumenta el punto de ebullición y como consecuencia de este fenómeno los frijoles, o los alimentos que se estén cocinando se les reduce el tiempo de cocción. En equipos de 4 personas discute y redacta una síntesis que será expuesta en clase, de las siguientes lecturas. Lectura No. 6: “Sin depósito, sin retorno, sin problema”. Cada año en México se arrojan al medio ambiente millones de toneladas de plásticos, un alto porcentaje se tiran directamente a los océanos; los barcos mercantes por sí solos arrojan su basura directamente al mar año con año. http://www.geocities.com/jpousa/Basural3.htm Los plásticos se degradan aproximadamente en 50 años, tiempo en que se acumularía una gran cantidad de basura, los ecosistemas marinos son sensibles al problema, por ejemplo, los plásticos que flotan son confundidos con celenterados o huevos u otros deleites para algunas especies 15
  16. 16. marinas, muchas de ellas llegan a ser atrapadas en estos plásticos, o en los equipos de pesca que se desechan en los océanos cada año, otro rasgo poco feliz de este problema se observa en las regiones árticas, donde la basura se acumula, ya que su biodegradación se detiene como consecuencia de las bajas temperaturas. Los químicos han logrado un progreso importante en su afán de aliviar este problema. El remedio se encuentra en la fabricación de plásticos biodegradables, los plásticos son polímeros hechos de compuestos derivados del petróleo, consisten de largas cadenas de monómeros moleculares que se repiten muchas veces, se han encontrado varias maneras de producir cambios en las moléculas de los plásticos, de tal manera que éstos sean biodegradables. Una forma es, unir químicamente, a intervalos regulares, grupos moleculares sensibles a la luz, en la cadena. Cuando los plásticos fabricados con este polímero son expuestos a la luz del sol, estos grupos absorben la radiación y hacen que los polímeros se rompan en estos puntos, más tarde, la naturaleza se encarga de ellos, los pequeños segmentos que resultan son fácilmente biodegradables. ¡Albricias!, ¡plásticos fotodegradables!; la inserción de grupos cetónicos dentro de los polímeros comunes (tales como el poliestireno y el polietileno), ha sido muy importante en la producción de materiales fotodegradables; estos polímeros con grupos cetónicos son estables en luz artificial y sólo llevan a cabo las reacciones fotoquímicas cuando se irradian con longitudes de onda más cortas como las de la luz solar. Otra manera de producir largas moléculas de plástico que satisfagan las necesidades de proteger la naturaleza, ha sido por medio de la introducción de grupos moleculares que ciertos microorganismos en el ambiente reconocen como alimento. Estos insaciables seres hacen su trabajo rompiendo las moléculas largas en pedazos pequeños. Se espera que, con innovaciones como ésta, nuestro problema de los desechos plásticos algún día se termine. Lectura No. 7: “La química y el buceo en aguas profundas” En 1916, Joel Hildebrand, químico y destacado profesor de la Universidad de Berkeley, California, publicó un trabajo teórico de investigación sobre solubilidad. En este trabajo teórico, Hildebrand describió una investigación básica sobre la solubilidad de los gases en líquidos, predijo que en cualquier líquido, el helio sería menos soluble que cualquier otro gas, a continuación propuso el empleo de una mezcla de helio y oxígeno (en vez de aire, una mezcla de nitrógeno y oxígeno principalmente) para el buceo en aguas profundas. 16
  17. 17. Cuando un buzo utiliza aire, el nitrógeno se disuelve en la sangre, conforme sube a la superficie, se desprenden burbujas de nitrógeno de la sangre, lo que provoca una dolorosa trombosis llamada enfermedad de Caisson. Que se presenta por la descompresión y puede evitarse utilizando una mezcla de oxígeno y helio, pues éste es menos soluble que el nitrógeno en la sangre. Los buzos profesionales de aguas profundas utilizan en la actualidad mezclas de oxígeno y helio, gracias a que Hilderbrand sintió curiosidad por la solubilidad de los gases en los líquidos (un tema de investigación básica), los buzos ya no tienen que preocuparse tanto como antes por la enfermedad de Caisson (una aplicación práctica) Asigna nombres de personajes a “La primera clase de química en América” y escenifica la obra en clase con la participación de los estudiantes. Lectura No. 8: “La primera clase de química en América” Se llevó a cabo en el Palacio de Minería, situado en la calle Tacuba en el centro de la Ciudad de México en 1797. http://edgarep.tripod.com.mx/ Personajes: Don Fausto de Elhuyar, Don Juan, Don Pedro y un escenario de 10 estudiantes más. Guión: Don Juan: Don Pedro, ¿qué sabe vuestra merced de nuestro nuevo profesor, Don Fausto de Elhuyar? Don Pedro: i Ay, Don Juan!, sé que viene precedido de enorme fama. Don Fausto ha estudiado y viajado por toda Europa. Él y su hermano descubrieron en el país Vasco un nuevo elemento el Wolframio, por lo que su nombre pasará a la historia. Ha sido el 17
  18. 18. mismísimo rey Fernando II quién lo ha designado para venir aquí, su más importante dominio. Don Juan: Y de su carácter ¿qué sabéis? ¿Nos exigirá grandes sacrificios aprender su cátedra de química? Don Pedro: No lo sé, amigo mío. Lo único que os puedo decir es que nuestro libro de texto será “El Tratado Elemental de Química”, del ilustre sabio Antonio Lavoisier, quien entre otras cosas ¿sabes que murió guillotinado durante la Revolución Francesa? Don Juan: No, no sabía esto último. Pero todos me han dicho que sus investigaciones han revolucionado nuestro entendimiento de la naturaleza, particularmente del fuego. Pero... el libro está en francés ¿vos conocéis esta lengua? Don Pedro: No os preocupéis por el francés, querido amigo, que en nuestra España, antes que la metrópoli, Don Mariano Zúñiga y Ontiveros ha traducido al mejor español la sublime obra de Lavoisier. Don Juan: Ya veo, pues bastante disgusto han de tener en España por que en la Nueva España lo estamos haciendo también en las ciencias... pst, silencio, el profesor llega. Todos guardan silencio (Don Fausto entra en escena). Don Fausto: Señores, el día de hoy aquellos que buscan el título de perito beneficiador de las reales de minas iniciarán su clase de química, la primera que se da en La Nueva España... y en América. Con muchas dudas acerca de la exactitud de los diálogos, algo parecido debió ocurrir hace doscientos años. ¿Qué parecido tiene con este momento?, comenta con tus compañeros. Lee y escribe una definición del método científico y describe sus pasos específicos. 1.1.4.2. Método científico El conocimiento científico no está aislado, sino que es el resultado de la interacción continua de todas las ramas de la ciencia y el progreso de la tecnología, mediante técnicas que se han ido observando en todo el mundo. El método científico se basa en la experimentación, la elaboración de hipótesis y las 18
  19. 19. teorías que explican los fenómenos, de tal modo que posteriormente éstos puedan comprobarse y reproducirse. El método científico puede entenderse como el orden, la regla, la norma o el procedimiento, para integrar hechos y verdades. Los adelantos del método científico en el siglo XX, surgen con la mecánica cuántica, que ha revolucionado notablemente todo lo conocido sobre el átomo. Las investigaciones sobre la naturaleza de las descargas eléctricas y la radiactividad, condujeron a un modelo de átomo muy diferente al de partícula indivisible establecido por Dalton. El descubrimiento de la radiactividad natural, fue el inicio de una nueva era por la transmutación espontánea de un átomo en otro y por la emisión de partículas. El método científico, se organiza siguiendo un método específico, aunque algunas veces surge un descubrimiento imprevisto que modifica el curso de la investigación. El proceso de investigación se lleva a cabo en cinco pasos fundamentales que son: a) Observación b) Planteamiento de hipótesis Proceso de investigación c) Experimentación d) Formulación de teorías e) Formulación de ley a) Observación. Es el paso inicial de toda investigación y consiste en fijar cuidadosamente la atención en un hecho cualquiera; siendo la observación y la experimentación las bases de la química, por lo que esta materia requiere de aprender a observar científicamente. La diferencia entre la observación ordinaria y la científica está en la sistematización, todo el mundo hace observaciones diariamente, pero las observaciones científicas se hacen bajo un método determinado. Por ejemplo, la observación de un cielo estrellado inspira un verso en el poeta, pero el científico se hace preguntas como: la causa de esas luces, de sus movimientos, etc. entonces, la observación científica no sólo es cuidadosa, sino también pretende explicar los hechos y para ello formula hipótesis. 19
  20. 20. b) Planteamiento de hipótesis. La hipótesis es una suposición tentativa acerca de algo que puede ser falso o verdadero, trata de explicar los hechos y las causas de los cambios observados, la hipótesis es una explicación preliminar que se comprueba o rechaza en la siguiente etapa del método científico. c) Experimentación. De la observación y de las hipótesis surgen los experimentos, mediante los cuales se reproduce o se provoca un fenómeno observado en la naturaleza; por lo que experimentar, significa reproducir o provocar un hecho cualquiera para comprobar la validez de la hipótesis con la que tratamos de explicarlo. Si el experimento puede repetirse siempre en las mismas condiciones que lo originaron y con los mismos resultados, la hipótesis que lo sustenta es verdadera. d) Formulación de las teorías. Una vez comprobados los cambios que se efectuaron en determinado orden, se formula una teoría que a diferencia de la hipótesis, ésta se basa en numerosos experimentos, en otras palabras, explica mayor número de fenómenos similares. Algunas veces las teorías expuestas son tentativas, por lo que los científicos siempre están experimentando y rectificándolas. e) Formulación de la ley. Las teorías pasan a ser leyes después de demostrarse en repetidas ocasiones los cambios cuya explicación ofrecen, siempre se verifican de la misma manera y en las mismas condiciones. Cuando los investigadores avanzan en la ciencia descubriendo nuevos hechos, las leyes establecidas se modifican, por ejemplo Niels Bohr, contribuyó a la estructura atómica, (premio Nóbel de física en 1922), estableció que el átomo tiene energía y que la tiene cuantizada; esto sólo fue aplicable al hidrógeno, por desconocerse la energía total que tienen los átomos, entonces fue necesario modificar esas teorías y leyes para actualizarlas, de tal manera que ahora se conoce mucho más acerca de la estructura, integración y desintegración del átomo, las radiaciones que emite, el comportamiento de las partículas alfa, beta y gamma, etc. Realiza la siguiente lectura e identifica los pasos del método científico. 20
  21. 21. Lectura No. 9: “Un problema intrigante” Cerámica de Tlayacapan Morelos. Para ejemplificar de qué manera la ciencia nos ayuda a resolver problemas, se narra una historia acerca de dos personas que vivían en la Ciudad de México, Juan y Lola. Hace 10 años, eran personas saludables de 40 años que vivían en el D. F.; Juan trabajaba en la DGETI, Lola se enfermó paulatinamente y presentó síntomas similares a la gripe, que incluía náusea y dolores musculares graves, esto cambió su personalidad, se hizo muy gruñona, cosa rara en ella, se transformó en una persona totalmente distinta de la mujer saludable y feliz de pocos meses atrás preocupada acudió al médico quién le indicó reposó y tomar gran cantidad de líquidos, incluyendo café y jugo de naranja en abundancia, en su tarro favorito, que formaba parte de una vajilla de 200 piezas de cerámica que habían adquirido recientemente en Tlayacapan Morelos; sin embargo, se sintió cada vez más enferma y presentó fuertes calambres abdominales y anemia grave. Durante este tiempo Juan también se enfermó y presentó síntomas similares a los de Lola; pérdida de peso, dolor extremadamente fuerte en espalda y brazos con estallidos de ira poco característicos. La afección se hizo tan grave que pidió su jubilación de la DGETI y la pareja se mudó a su pequeña mansión de "la eterna primavera" (Morelos) en donde durante cierto tiempo su salud mejoró, pero cuando terminaron de desempacar sus pertenencias (incluyendo los platos de cerámica) su salud comenzó de nuevo a empeorar; el cuerpo de Lola se hizo tan sensible que no toleraba ni siquiera el peso de una franela, estaba a punto de morir. ¿Qué le ocurría? los doctores lo ignoraban, pero uno de ellos sugirió la posibilidad de porfiria, una afección sanguínea poco frecuente, Juan comenzó a desesperarse e inició una investigación bibliográfica médica respecto a su problema. Cierto día cuando estaba leyendo sobre la porfiria, se detuvo en una frase: "La intoxicación con plomo en ocasiones puede confundirse con la porfiria". ¿Sería posible que tuviesen envenenamiento con plomo? Se ha descrito un problema muy grave que puede poner en peligro la vida. ¿Qué hizo Juan a continuación?, pasando por alto la respuesta inmediata de llamar al médico para discutir la posibilidad de intoxicación por plomo, ¿podría resolver Juan el problema por el método científico?. Se procederá a aplicar los pasos descritos anteriormente, para resolver el problema, primero hay que separar los 21
  22. 22. problemas complejos en partes manejables, después, se puede obtener la solución general del problema empleando las respuestas de las diversas partes. En este caso hay muchas partes del problema general. ¿De qué enfermedad se trata? ¿Qué ocasiona la enfermedad? ¿Cómo se cura dicha enfermedad? Primero se intentará saber de qué enfermedad se trata. Observación: Juan y Lola se encuentran enfermos con los síntomas descritos. ¿Será posible que tengan intoxicación con plomo?. Experimento: Si los trastornos son por la intoxicación con plomo, los síntomas deben ser similares a los que caracterizan a dicha enfermedad. Hay que localizar los síntomas de la misma. Juan hizo lo anterior y observó que eran similares y casi exactamente iguales a los síntomas que presentaban. Este descubrimiento indica la probabilidad de que el problema sea intoxicación por plomo, pero Juan necesitaba más evidencia. Observación: La intoxicación por plomo se debe a altos niveles del mismo en el torrente sanguíneo. Hipótesis: La pareja tiene altos niveles de plomo en la sangre. Experimento: Efectuar un análisis de sangre. Lola hizo una cita para un análisis de este tipo y en los resultados se observaron altos niveles de plomo tanto para Juan como para Lola. Esto confirma que la intoxicación por plomo probablemente sea la causa del problema, aunque aún no se haya resuelto, se tiene la probabilidad de que Juan y Lola mueran a menos que puedan saber de dónde procede el plomo. Observación: Hay plomo en la sangre de la pareja. Hipótesis: El plomo se encuentra en los alimentos o bebidas que consumen. Experimento: Determinar si las demás personas que compran alimentos en la misma tienda, se encuentran enfermas (ninguna presentó los síntomas) y observar además, que el cambio a una nueva región no resolvió el problema. Observación: Los alimentos que compran se encuentran libres de plomo. Hipótesis: Los platos que usan son la fuente de contaminación con plomo. Experimento: Determinar si los platos contienen plomo. Juan y Lola encontraron que, con frecuencia se usan compuestos de plomo para dar un acabado brillante a los objetos de cerámica; un análisis de laboratorio de los platos de Tlayacapan Morelos, demostró que el esmalte contiene plomo. Observación: Hay plomo en los platos, por tanto, éstos son una fuente probable de contaminación. Hipótesis: El plomo se disuelve en los alimentos. 22
  23. 23. Experimento: Se colocó una bebida (jugo de naranja) en una de las tazas y después se analizó para determinar su contenido de plomo, los resultados demostraron altos niveles de plomo en las bebidas que entraban en contacto con las tazas de cerámica. Después de aplicar el método científico varias veces, se resolvió el problema. Conclusión: Se puede resumir la respuesta como sigue: (la enfermedad de Juan y Lola); la cerámica de Tlayacapan que emplearon para comer a diario contenía plomo que contaminó sus alimentos, el plomo se acumuló hasta rebasar el límite tolerable por los cuerpos humanos y produjo trastornos. Esta explicación general, que resume las hipótesis que concuerdan con los resultados experimentales, se llama teoría en el campo científico; en ella se explican los resultados de todos los experimentos que se llevaron a cabo. Naturalmente, al responder a las preguntas aplicando el método científico surgen otras interrogantes. Se pueden repetir una y otra vez los tres pasos, hasta llegar a entender perfectamente determinado fenómeno. Juan y Lola se recuperaron de la intoxicación con plomo y en la actualidad, se dedican a difundir el peligro de emplear cerámica barnizada con plomo. Este final feliz responde a la tercera parte de su problema "¿Se puede curar la enfermedad?" ¡Simplemente dejaron de emplear esa vajilla para comer!. Investiga las respuestas a las siguientes preguntas 1. ¿Qué alimentos absorben con mayor facilidad el plomo al entrar en contacto con los platos? R: 2. ¿Producen todos los platos de cerámica barnizados con plomo intoxicación con este metal? R: 3. ¿Investiga cuál es el nombre común de la enfermedad por intoxicación con plomo? R: 23
  24. 24. Lee la siguiente lectura en equipos de 4 alumnos y escribe los pasos del método científico que apoyaron la teoría de la desaparición de los dinosaurios. Lectura No. 10: “Piezas del rompecabezas de los dinosaurios” http://www.ciudadfutura.com/dinosaurios/images/extincio.gif Durante más de 150 millones de años predominaron innumerables variedades de dinosaurios en la Tierra, sin duda esto representa uno de los logros más sorprendentes de cualquier grupo de organismos hasta la fecha, sin embargo, hace 65 millones de años los dinosaurios desaparecieron de manera repentina y su muerte fue casi instantánea en la escala del tiempo geológico. ¿Qué ocurrió?. ¿Cómo pudo desaparecer un grupo de animales que había dominado la tierra durante tanto tiempo? Aunque se han propuesto muchas teorías para explicar la extinción de los dinosaurios, ninguna parece muy convincente. Hasta hace poco, al examinar muestras de rocas que contenían material de la superficie terrestre de la época en que los dinosaurios murieron, los geólogos encontraron cantidades poco acostumbradas del elemento iridio. Este metal suele encontrarse en cantidades relativamente grandes en objetos extraterrestres, como los meteoritos y los cometas, por lo cual sugiere, que probablemente un objeto de gran tamaño, haya chocado con la tierra, los geólogos proponen que esto sucedió hace aproximadamente 65 millones de años. Se cree que la tremenda explosión resultante de este encuentro, arrojó millones de toneladas de polvo fino a la atmósfera, bloqueando gran parte de la luz solar que normalmente llegaba a la superficie terrestre; probablemente esto produjo la desaparición de muchas plantas, ya que dependen de la energía solar para crecer, a su vez los animales de la tierra sufrieron disminución considerable de su alimento y comenzaron a morir. Estudios más recientes, han demostrado que el elemento niobio también está presente en estas muestras del interior de la tierra en cantidades que dan apoyo a la teoría de que el planeta fue golpeado por un objeto extraterrestre de gran tamaño. 24
  25. 25. Por lo tanto, la presencia de los elementos iridio y niobio en estas muestras de tierra, proporcionan una posible respuesta a un enigma que se intentó resolver durante muchos años. Lee atentamente la siguiente práctica antes de realizarla. Práctica No. 1: “Observaciones con una vela” Objetivo: Describir los pasos del método científico. Material: 1 vela 1 trozo de cartón de 20 x 20 cm 1 frasco de vidrio de boca ancha de 2 L. 1 regla graduada 1 caja de cerillos Teoría: Es muy importante que el alumno desarrolle su capacidad de observación y de razonamiento crítico para que pueda aplicar los conocimientos adquiridos. La descripción de las observaciones que se puedan hacer con una vela encendida, ponen de manifiesto que se pueden sacar muchas conclusiones de cualquier experimento por insignificante que parezca, siempre y cuando nos apeguemos al método científico; es decir, que observemos los hechos con el fin de explicarlos. La base de la investigación de un fenómeno consiste en preguntar ¿Por qué?, Aprendamos a preguntarnos, por qué cuando observamos, no sólo lo hacemos en las observaciones científicas sino también en la vida diaria, comprobaremos que esto hace a la vida más interesante, algunas preguntas las contestamos correctamente; habrá muchas cuya respuesta zona oxidante todavía no sea zona más caliente satisfactoria, éstas son las preguntas más zona de reducción importantes, porque son las que tendremos que zona fría mezcla de aire y gas resolver en el futuro. La siguiente figura muestra las partes de la flama de una vela. 25
  26. 26. De cualquier experimento se pueden realizar observaciones, extraer deducciones e inferir aplicaciones del método científico. Desarrollo 1. Coloca el cartón en el piso. 2. Sobre el cartón, coloca la vela 3. Enciende la vela y contesta las preguntas que se indican Preguntas 1. ¿Qué forma tiene la vela? R: 2. ¿Cuál es su diámetro? R: 3. ¿Cuál es su longitud inicial? R: 4. ¿De qué material está hecha? R: 5. ¿De qué color es el material? R: 6. ¿Es blanda o dura? R: 7. a) ¿Por qué arde la mecha de la vela? R: b) ¿Por qué al quemarse la mecha queda el color negro? R: 26
  27. 27. 8. ¿Por qué la vela encendida emite luz en vez de sonido? R: 9. ¿Por qué la cera que se encuentra en la parte superior junto a la mecha es líquida? R: 10. ¿Por qué la flama produce humo? R: 11. ¿La flama consta de varias zonas de diversos colores: azul, oscura, amarillo brillante y amarillo naranja? ¿Qué significa cada color? R: 12. ¿Por qué la flama emite calor suficiente para producir una quemadura? R: 13. ¿Por qué la cera de la parte superior de la vela se transforma de sólida a líquida con el calor? R: 14. ¿Por qué si escurres la cera líquida sobre los bordes de la vela se vuelve sólida? R: 15. ¿Por qué si se tapa la vela con un frasco de vidrio ésta se apaga? R: Con este experimento el alumno establecerá que la observación es la base del método científico, las respuestas que se obtuvieron a las preguntas representan las hipótesis. Si estas respuestas tienen validez en todos los casos, el alumno podrá formular una ley, tras realizar numerosos experimentos y agotar todas las posibilidades de error. Este es el verdadero sentido de la investigación científica, aquélla que no se conforma con las primeras respuestas a las interrogantes. 27
  28. 28. Lee cuidadosamente la siguiente práctica antes de realizarla. Práctica No. 2: “Aplicación del método científico”. Objetivo: Usar el método científico para resolver el problema planteado Introducción: En el experimento se manejan sustancias y materiales fáciles de conseguir, se presentan fenómenos donde se observa cambios de coloración, esto motivará al alumno a descubrir nuevos conocimientos y, además, a usar principios básicos del método científico para deducir cual de los tubos inició la contaminación de los demás. Material: Reactivos: 50 Tubos de ensaye de 15 mL 500 mL de agua destilada 50 Goteros 10 mL de NaOH diluido 50 Gafetes 10 mL de fenolftaleína como indicador Desarrollo 1. Escribe tu nombre en un gafete que te servirá de identificación. 2. Pasa a tomar un tubo de ensaye, el cual está en la mesa que contiene la sustancia x. 3. Elige un compañero para que lea la siguiente historia sobre el SIDA. "El virus del SIDA es muy peligroso, difícil de combatir, se están haciendo investigaciones para hallar una vacuna que pueda prevenir el contagio del mal, desgraciadamente aún no se ha logrado nada”. En este salón se va a simular la forma en que se propaga el virus, para ello cada uno de ustedes tiene un tubo de ensaye con una sustancia x que a simple vista no se puede saber si está contaminado o no con el virus del SIDA, pero el profesor sabe cual de ellos es el que está contaminado. Para simular la propagación del virus que sucede cuando hay relaciones sexuales con otras u otros compañeros, se va a hacer lo siguiente: 4. Llena tu gotero y reparte unas gotas con tres de tus compañeros al azar (A quién ya le hayas dado que no te de y anota el nombre de quienes te dieron). 5. Escribe el nombre del compañero a quien le diste de tu solución. 6. Solamente se vale dar 3 veces y recibir 3 veces. 28
  29. 29. 7. Una vez que todos realizaron el paso anterior pasar al frente por unas gotas de la sustancia detectora (fenolftaleína), si hay color indica que la prueba es positiva.(no entregues el tubo hasta que se haya concluido la práctica). 8. Anota tu nombre en el pizarrón si resultaste contaminado y escribe el nombre de quienes te dieron y a quienes diste. 9. Por deducción lógica y con la participación de todos, identifica quien fue el transmisor, con la ayuda del siguiente ejemplo: Contaminados ¿Quién te dio muestra? ¿A quién le diste muestra? Juanita Alex Enrique Luis Lupita Rosi Rosalinda Dany Boy Daniel Ignacio Alex Juanita Alex Ma. Elena Rosalinda Priscy Fer Nacho Ela Dany boy 7. Para eso se manejaran dos formatos, en el primero se llevara a cabo el control de todos los alumnos participantes, anotando los nombres de los alumnos participantes en la primera columna, y en las dos siguientes que están subdivididas en otras tres columnas, se anotará en las tres primeras a quien se le dio la muestra, y en las tres últimas quien le dio la muestra, se recomienda que el profesor se apoye del maestro de laboratorio para controlar, la distribución del reactivo y un alumno para anotar en el primer formato. El segundo formato, se proporcionará a cada alumno para que lleve el control de a quién le dio la muestra y de quién recibió la muestra. Los formatos se tienen a continuación: 29
  30. 30. Formato 1: “Aplicación del método científico” Nombres Anote a quien dio la muestra Anote quien le dio la muestra 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Formato 2: “Aplicación del método científico” A quien le dio muestra Quien le dio la muestra Nombres 1 2 3 1 2 3 Razonamiento: Si Juanita que está contaminada le dio a Alex, Enrique y Luis; se esperaría que los 3 estuvieran contaminados, pero como Enrique y Luis no están contaminados, se deduce que Juanita no fue la que inicialmente estaba contaminada. Continuar con la eliminación y escribir los alumnos que se sospeche sean los propagadores del virus. 30
  31. 31. Finalmente deducir el propagador. No puede ser ¡Trágame tierra! Tu fuiste 1.2.1 Definición clásica y definición según la física relativista de materia. Forma equipos de 4 estudiantes, lee la siguiente lectura y presenta un resumen al grupo. Lectura No. 11: “Propiedades del azufre” Las propiedades intensivas (características) del azufre comprenden propiedades tanto físicas como químicas, es posible evaluar cada una de las propiedades físicas sin cambiar la composición del azufre. Las propiedades químicas son las que se exhiben cuando la sustancia sufre un cambio químico. Enseguida se mencionan algunas propiedades físicas y químicas del azufre. Propiedades Físicas: Tiene un color amarillo pálido. Es sólido a temperatura ambiente. Es frágil. No conduce la corriente eléctrica. No es soluble en agua. 31
  32. 32. Propiedades Químicas: Arde en oxígeno formando el dióxido de azufre (gas) que tiene un olor irritante. Reacciona con el carbono formando bisulfuro de carbono, que es un líquido incoloro. Reacciona con el hierro formando sulfuro de hierro (compuesto sólido). La materia es la base del universo, ocupa un espacio, tiene masa y energía, la energía es una propiedad asociada también a la radiación. La materia es la sustancia con la que están hechos todos los objetos, cada parte de la materia (por muy pequeña que sea), se presenta en diversas formas, su estructura se compone de átomos y moléculas, en diversas combinaciones de los elementos de la tabla periódica. Los cuerpos, (porciones de materia), se distinguen entre sí por sus diferentes propiedades, (los distintos atributos que impresionan nuestros sentidos), la manera de comportarse unos cuerpos con otros y la forma de utilizar la energía. La materia de la cual está compuesto el universo tiene dos características: posee masa y ocupa un lugar en el espacio. La materia se presenta en diversos estados, es decir: sólida, líquida, gaseosa y plasma; por ejemplo: las estrellas, el aire que respiramos, la gasolina de los automóviles, las sillas, la torta de pavo del almuerzo, los tejidos cerebrales que permiten leer y comprender este material, etc. Para tratar de entender la naturaleza de la materia, ésta se clasifica de diversas formas; por ejemplo la madera, las rocas, los huesos y el acero comparten ciertas características; todos ellos son rígidos con una forma definida difícil de cambiar. El agua y la gasolina toman la forma de cualquier recipiente que los contenga. A pesar de ello un litro de agua tiene un volumen de 1 litro sin importar que se encuentre en una cubeta o en un vaso de precipitados. El aire toma la forma del recipiente que lo contiene y lo llena de manera uniforme por ejemplo un balón, un globo o una rueda de bicicleta. 32
  33. 33. Definición actual Materia es toda sustancia que requiere energía para un cambio de reposo o de movimiento. Según la física relativista la materia tiene cuatro propiedades que son: masa, energía, espacio y tiempo. http://www.ugm.org.mx/agm/ Lee cuidadosamente la siguiente práctica antes de realizarla. Práctica No. 3: "El aire también es materia" Objetivo: Demostrar que el aire es materia aunque no se vea y que ocupa un lugar en el espacio. Teoría: La materia se puede describir simplemente "eso" de lo que están hechas todas las cosas materiales del universo; el agua, la sal, el acero, las estrellas e incluso los gases presentes en el aire. Material 1 recipiente con agua 1 vaso de vidrio 1 pañuelo desechable (servilleta o un pedazo de papel sanitario) 1 bolsa de plástico o papel. Desarrollo parte I 1. Llena con agua el recipiente hasta sus tres cuartas partes. 2. Coloca el pañuelo desechable en el fondo del vaso 3. Invierte y sumerge el vaso hasta el fondo del recipiente, tomando el vaso con fuerza para no ladearlo. Saca el vaso cuidadosamente y observa lo que sucedió. 33
  34. 34. Pregunta: ¿Por qué el pañuelo no se mojó? R: Desarrollo parte II 1. Abre la bolsa. 2. Tómala con una mano por la orilla de la boca y gira rápidamente tu brazo. 3. Cierra la boca de la bolsa retorciendo la parte superior y sostenla con la mano. 4. Aprieta la bolsa con la otra mano. Pregunta: ¿Por qué la bolsa opone resistencia a que se le comprima, cuando la cierras? R: Nota: Dar 5 minutos para que los alumnos organizados en equipos de 4, respondan y expongan a los demás su conclusión. 1.2.1.1 ¿Materia, masa y peso es lo mismo? En equipos de 4 personas lee las definiciones y después resuelve los siguientes problemas: Problema 1: Cierto astronauta tiene una masa de 65 Kg, compara la masa del astronauta en los entornos que se indican; además, reacomoda la lista de modo que el entorno que produzca mayor peso aparezca en primer lugar. a) La luna con una gravedad de 0.17 veces la gravedad de la tierra. R: b) La tierra. R: c) El espacio. R: 34
  35. 35. d) Marte, con una gravedad de 0.36 veces la gravedad de la tierra. Problema 2: ¿Cuál sería tu peso en Marte? peso en Marte = peso en la Tierra x 0.36 Masa es la cantidad de materia de un objeto. Peso es la fuerza que la masa ejerce sobre un punto, debido a la atracción gravitacional. En el espacio donde las fuerzas gravitacionales son muy débiles, un astronauta puede perder peso, pero no perder masa; de hecho, la masa del astronauta es la misma sobre la tierra que en otro planeta. R: 1.2.2 Propiedades de la materia En equipos de 4 personas lee las lecturas: "Fibras ópticas", “Mordedura de serpiente" y contesta las siguientes preguntas? Preguntas: 1. ¿Para qué se utilizan las fibras ópticas? R: 2. ¿Cómo se fabrican las fibras ópticas? R: 3. ¿Qué fibras ópticas permitirán transmitir señales por el Océano Pacífico sin necesidad de estaciones repetidoras? R: 35
  36. 36. 4. ¿Cómo se llama la sustancia que se utiliza para bajar la presión sanguínea? R: 5. ¿Cómo se llama la sustancia que se usa para elevar la presión sanguínea? R: Lectura No. 12: “Fibras ópticas” Así como el bulbo fue reemplazado por el transistor en la electrónica moderna, los alambres de cobre están siendo sustituidos por fibra de sílice tan delgadas como un cabello, para transmitir las conversaciones y los datos digitales de un lugar a otro, en lugar de un pulso de electrones a través del alambre de cobre, se envía un pulso de luz a través de fibras transparentes que transportan toda la información, el aspecto que hizo posible esta tecnología óptica, fue la producción de fibras de sílice transparentes, por medio, de un nuevo proceso conocido como Deposición Química al Vapor (DQV), en esencia, el proceso consiste en quemar compuesto de silicio en una corriente de oxígeno para crear una capa de sílice puro, depositado dentro de un tubo de vidrio. El tubo y su depósito de sílice se funden y se estiran para producir una fibra de sílice cubierta con una capa de vidrio, tan delgada como la décima parte de un cabello humano. http://usuarios.lycos.es/Fibra_Optica/caracteristicas.htm En menos de una década el proceso de DQV permitió mejorar ampliamente el rendimiento de las fibras ópticas, reduciendo las pérdidas de luz en la fibra en alrededor de cien veces, una nueva clase de materiales; los vidrios de fluoruro, pueden producir fibras que son aún más transparentes, en contraste con los vidrios tradicionales, que son mezclas de óxidos metálicos; los vidrios de fluoruro son mezclas de fluoruro metálico, aunque se espera resolver muchos problemas prácticos, este nuevo vidrio permitirá, en principio, la transmisión de una señal óptica a través del Océano Pacífico sin necesidad de estaciones repetidoras. 36
  37. 37. Lectura No. 13: “Mordedura de serpiente” ¿Tienes presión alta? Tal vez te gustaría recibir una dosis de veneno de serpiente. ¡Si, es verdad! Los hipertensos pueden encontrar que su futuro tratamiento venga de esta fuente inverosímil y de una continua investigación en química y fisiología. http://adictosalosreptiles.free.fr/html/ Ésta historia comenzó hace 30 años, cuando los científicos descubrieron el mecanismo químico por el cual se eleva la presión sanguínea en los humanos; con técnicas químicas lograron aislar dos sustancias muy relacionadas la angiotensina I y la angiotensina II, en la química del cuerpo humano, la II se produce a partir de la I con la ayuda de una enzima específica, la "enzima convertidora de angiotensina" (ECA) Aunque la I no tiene efecto fisiológico su reacción produce angiotensina II, la sustancia más potente conocida para elevar la presión sanguínea, por lo tanto, la I es una reserva a partir de la cual se produce la II, conforme se necesite para mantener los niveles hormonales de presión, una conversión que es controlada por la enzima ECA. No debe sorprender que también haya una sustancia proporcionada por la naturaleza para bajar la presión sanguínea, llamada bradiquinina, la cuál, junto con la angiotensina II, parece completar el mecanismo de control, para elevar la presión cuando ésta es muy baja, se produce angiotensina II por medio de la ECA. Para bajar la presión cuando esta es muy alta, un poquito de bradiquinina logrará este cometido. Durante los años 60, un grupo de científicos brasileños se empeñaron en aprender como se las arregla una mortífera serpiente de América del Sur para inmovilizar a su presa, se reconoció que el veneno de esta serpiente contenía algunas sustancias que podían lograr una caída precipitada de la presión sanguínea, las investigaciones bioquímicas mostraron que estas sustancias actuaban estimulando la bradiquinina, por lo que fueron llamadas “factores potenciadores de la bradiquinina“ (FPB) De nuevo la química hizo su parte purificando la FPB del veneno de esta serpiente e identificando varios compuestos que llevan a cabo esta actividad. El análisis químico mostró que eran péptidos específicos. El siguiente capítulo de esta historia comenzó cuando la ECA se purificó y se descubrió su estructura química, ésta abrió las puertas para entender como hacían su trabajo los FPB del veneno de serpiente, algunos de los péptidos en el FPB bloquean a la ECA interfiriendo en la producción de angiotensina II. Así, y un tanto por sorpresa, se descubrió que la ECA obtenía parte de su función de control de su capacidad para inactivar la bradiquinina, al descubrir esto la sagaz serpiente proporciona algunos péptidos en su veneno ¡para proteger a la bradiquinina de la 37
  38. 38. inactivación! Por lo tanto, estos péptidos FPB incapacitan al organismo para usar la ECA, ya sea para elevar la presión sanguínea produciendo la angiotensina II o para moderar la acción hipotensora de su propia sustancia de control, la bradiquinina. Entendiendo esto, grupos de biólogos y químicos comenzaron recientemente un ataque sistemático a la hipertensión. Una de las causas de muerte más insidiosas en nuestro tenso mundo, sintetizaron una serie de péptidos imitando a los encontrados en el veneno de serpiente, pero diseñado para uso terapéutico. El éxito vino con la síntesis del compuesto captopril, este actúa como un inhibidor de ECA, y las pruebas clínicas han demostrado ampliamente su eficacia para bajar las presiones sanguíneas anormalmente altas, no debe extrañar entonces que la profesión médica tenga grandes expectativas en los inhibidores de la enzima ECA en el tratamiento de la población hipertensa. Las lecturas anteriores muestran el aprovechamiento de las propiedades de las fibras ópticas y las propiedades del veneno de la serpiente. En equipos de 4 personas lee los siguientes conceptos y elabora un mapa conceptual de las propiedades de la materia. Las propiedades de la materia se clasifican en extensivas e intensivas. Las extensivas son aquellas que dependen de la cantidad de materia que se mide. Por ejemplo: Masa Peso Propiedades extensivas Inercia de la materia Impenetrabilidad Divisibilidad Volumen Estado de agregación Elasticidad, etc. Las propiedades intensivas son aquellas que no dependen de la cantidad de materia que se mide, sino más bien de su naturaleza; por ejemplo: viscosidad, densidad, temperatura, color, etc. 38
  39. 39. organolépticas Físicas constantes físicas Propiedades intensivas combustión oxidación Químicas reducción comburencia La masa, se puede definir como la cantidad de materia contenida en un cuerpo y se relaciona con la resistencia que presentan estos al cambiar su movimiento, en otras palabras, es la medida de la inercia. La inercia, es la propiedad de los cuerpos de mantener su estado de reposo o de movimiento hasta que una fuerza externa los obligue a cambiar. El peso es la fuerza con que la tierra atrae a los cuerpos por acción de la gravedad. La impenetrabilidad es la resistencia que opone un cuerpo a que otro ocupe simultáneamente su lugar, se expresa diciendo que ningún cuerpo puede ocupar al mismo tiempo el lugar de otro. El volumen es el espacio que ocupa un cuerpo. La divisibilidad es el límite en el que la materia se puede dividir, este límite puede ser microscópico o macroscópico y la última división es el átomo. El átomo se puede subdividir hasta desintegrarse, como sucede en la fisión y fusión nuclear. La elasticidad es la propiedad que tienen los cuerpos de cambiar de forma cuando son afectados por una fuerza, recobrando la original cuando la fuerza ha cesado. A las propiedades como textura, color, olor y sabor que son percibidas a través de los sentidos y permiten distinguir un cuerpo de otro, se denominan propiedades organolépticas. En equipos de 4 estudiantes lee y escribe un resumen de las siguientes lecturas, para exponerlas al grupo por un integrante del equipo. 39
  40. 40. Lectura No. 14: “Órganos de los sentidos”. Los órganos de los sentidos funcionan como receptores, están distribuidos en todo el cuerpo humano, tienen diversas estructuras y complejidad. Los órganos de los sentidos son: olfato, gusto, tacto, oído y vista, se ponen en contacto con el exterior y con nuestro mundo interno, de tal manera que los centros coordinadores tienen información continua de todo lo que ocurre. La nariz, mediante las células nerviosas que salen del bulbo olfatorio tiene la función de captar los olores. El sentido del gusto percibe los sabores fundamentales mediante las papilas gustativas y la saliva. En casi toda la superficie de la piel, así como en las membranas mucosas, existen ramificaciones nerviosas que permiten recibir las sensaciones correspondientes al tacto, como son la presión, la temperatura y el dolor, entre otras; estas sensaciones son captadas por los corpúsculos táctiles. El sonido se propaga por la generación de ondas sonoras, las cuales son recibidas por el oído. EL sentido de la vista, dentro de los glóbulos oculares, las ondas luminosas recorren las células nerviosas sensibles a los estímulos luminosos. Constantes físicas Las constantes físicas forman parte de las propiedades intensivas y se definen de la siguiente manera: Densidad, es la relación masa-volumen, siendo la unidad de masa el gramo, y la unidad de volumen el mililitro, la densidad se expresa en gramos por mililitro o lo que es lo mismo en gramos por centímetro cúbico. En forma general se puede representar de la siguiente manera: masa m Densidad = esto es: d = volumen v 40
  41. 41. La relación de masa-volumen siempre es una relación constante, es independiente de la cantidad de materia, en otras palabras, la densidad de un cuerpo siempre es la misma aunque varíe el tamaño, la forma y el volumen del cuerpo. Punto de fusión, es la temperatura a la cual la materia pasa de estado sólido a líquido, por ejemplo, la mantequilla se derrite al calentarse (pasó del estado sólido al estado líquido). Se llama punto de transformación a la temperatura donde tiene lugar un cambio de estado. El punto de transformación está sujeto a varias leyes, por ejemplo, cuanto mayor sea la presión, tanto mayor será su punto de transformación, esto se aplica también al punto de ebullición, al de sublimación, etcétera. Ebullición, es el hecho de hervir un líquido y el punto de ebullición de un líquido es la temperatura donde la presión de vapor es igual a la presión atmosférica, por lo que se dice que el punto de ebullición varía con la presión atmosférica, por ejemplo: el agua hierve al nivel del mar (760 mm de Hg o 760 torr) a 100 grados Centígrados y en la ciudad de México hierve a 92.8 grados Centígrados, debido a que la presión oscila de 584 a 586 mm de Hg, de esto se deduce que cuando varía la presión atmosférica, el punto de ebullición, también se modifica. Solubilidad. La solubilidad de una sustancia sólida, a una temperatura y presión determinada, es la masa en gramos que satura 100 g de disolvente, al hablar de solubilidad se indica también el fenómeno de la disolución y con ella se expresa de manera cuantitativa la composición de las soluciones. El grado de solubilidad depende de la temperatura y la presión a la que se encuentre la sustancia. “¿Cómo distinguimos las propiedades de la materia?” Lee cuidadosamente la siguiente práctica antes de realizarla. 41
  42. 42. Práctica No. 4: ”Impenetrabilidad de la materia”. Parte A Objetivo: Observar que dos trozos de materia no ocupan el mismo espacio al mismo tiempo. Material: 1 Frasco de vidrio de un litro de capacidad, de boca ancha con tapa. 1 Pelota pequeña o nuez Arroz crudo. Desarrollo. 1. Vierte arroz en el frasco hasta la cuarta parte. 2. Coloca la pelota o nuez dentro del frasco y ciérralo. 3. Sostén el frasco en posición vertical e inviértelo, agrega más arroz si la pelota no esta cubierta. 4. Agita enérgicamente el frasco hasta que la pelota asome a la superficie, cuidando de no agitar en forma trepidatoria, sino más bien en forma oscilatoria como se observa en la siguiente figura: Preguntas: 1. ¿Qué sucede con la pelota o la nuez? R: 2. ¿Por qué sube la nuez a la superficie? R: Parte B Objetivo: Comprobar que dos objetos no pueden ocupar el mismo espacio, al mismo tiempo. Material:: Reactivos: 1 Vaso de precipitados de 400 mL 1000 mL de agua de la llave 6 canicas 1 Cinta adhesiva 42
  43. 43. Desarrollo. 1. Llena el vaso con agua hasta la mitad. 2. Marca el nivel del agua con un trozo de cinta adhesiva. 3. Agrega con cuidado las canicas al agua, inclinando el vaso y permitiendo que resbalen por la pared hasta el fondo, sin que se derrame agua. 4. Coloca el vaso en forma vertical y observa el nivel del agua como se observa en las siguientes figuras. Preguntas: 1. ¿Por qué el nivel del agua es más alto después de agregar las canicas dentro del vaso? R: 2. ¿Cómo se puede calcular el volumen de las canicas? R: 3. Calcula el volumen de las canicas. R: Lee cuidadosamente la siguiente práctica antes de realizarla. Práctica No. 5: "Propiedades Físicas de la materia”. Objetivo: Observar las propiedades físicas y sus cambios. Teoría. Las propiedades físicas describen a una sustancia y se perciben mediante los sentidos (vista, oído, gusto, tacto y olfato). Material: 1 Tarjeta de cartón de 7.5 x 12.5 cm 1 Tijeras. Desarrollo 1. Observa las propiedades físicas de la tarjeta de cartón, como son: color, forma, tamaño y tersura al tacto (lisa, rugosa, etc.) 43
  44. 44. 2. Dobla la tarjeta por la mitad a lo largo, antes de cortarla observa el dibujo y considera lo siguiente: a) Todos los cortes se harán dejando entre ellos una separación de 6 mm y los de la orilla se encontrarán cuando menos a 6 mm del borde de la tarjeta. b) Observa que los cortes van alternados de la parte doblada a la orilla abierta. 3. Empieza en un extremo de la tarjeta, cortando primero por la parte doblada de la tarjeta y detente a 6 mm de la orilla abierta. 4. El segundo corte empieza en la orilla abierta y termina a 6 mm de la orilla doblada. 5. Alterna los cortes cambiando de la orilla doblada a la abierta, cuidando de detenerte siempre a 6 mm de la orilla. 6. Desliza la punta de tus tijeras por debajo del doblez en el punto (A) y corta por la línea del doblez hasta llegar al punto (B), cuidando de no cortar el doblez en las dos piezas de las orillas. 7. Estira cuidadosamente la tarjeta y ábrela para formar una cadena larga. 8. Observa de nuevo las mismas propiedades del punto 1. Preguntas: 1. ¿Qué pasó con la forma de la tarjeta? R: 2. ¿Cambió de color? R: 3. ¿Al tocar la tarjeta sientes lo mismo que la primera vez? R: 4. ¿Por qué, el procedimiento con que se hizo el corte produjo el mismo efecto que si se hubieran cortado tiras delgadas de la tarjeta y se hubieran unido entre sí? R: 44
  45. 45. Lee cuidadosamente la siguiente práctica antes de realizarla. Práctica No. 6: "Propiedades Organolépticas”. Objetivo: Determinar las propiedades de la materia, a través de las características organolépticas. Material: Reactivos: 1 Pañuelo grande y oscuro. Elige dos alimentos similares en cuanto a sus Recipientes para contener condimentos (que no sean tan obvios su olor y los alimentos con tapa sellada. sabor). Participantes Elige dos participantes de un equipo de 4 personas. Desarrollo. 1. Cubre los ojos de los participantes con el pañuelo. 2. Abrir los recipientes que contienen los alimentos y acercarlos a los compañeros para que los huelan. 3. Con una cuchara dar a probar cada uno de los dos alimentos a los alumnos participantes. 4. Contesta las siguientes preguntas para cada alimento: a) ¿Qué olor percibes? R: b) ¿Qué guisado piensas que es? R: c) ¿Qué condimento predomina? R: d) ¿Cuál es la textura que distingues con los guisados? R: 45
  46. 46. Lee cuidadosamente la siguiente práctica antes de realizarla. Práctica No. 7: "La inercia otra propiedad de la materia”. Objetivo: Mostrar la inercia de una moneda. Teoría. La materia puede definirse como cualquier cosa que ocupa espacio y tiene inercia. La inercia es la resistencia a cambiar el estado de movimiento o de reposo. Material: 1 Tarjeta de cartulina de 10 x 10 cm 1 Moneda de 50 centavos ó 1 peso 1 Vaso de vidrio Desarrollo 1. Cubre con la tarjeta la boca del vaso. 2. Coloca la moneda sobre la tarjeta, cuidando que la moneda esté en el centro del vaso. 3. Golpea la tarjeta con tus dedos como se observa en las siguientes figuras. Preguntas. 1. ¿Por qué la tarjeta se mueve con rapidez hacia delante y la moneda cae en el vaso? R: 46
  47. 47. 1.2.3 Clasificación de la materia En equipos de 4 personas lean lo siguiente y contesten la pregunta. 1. ¿Qué procedimiento usaría para volver a separar los componentes de una mezcla que se forma con cantidades iguales de masa de arena, sal y pimienta? La materia se clasifica en sustancias heterogéneas y homogéneas, las cuales se separan por métodos físicos. Las sustancias homogéneas se clasifican en: mezclas homogéneas (disoluciones) y sustancias puras, las cuales se separan por métodos físicos. Las sustancias puras se clasifican en compuestos y elementos. Se denomina fase a una porción de materia cuya composición y propiedades son uniformes. Una mezcla heterogénea, es aquella que está formada de diversas fases, cuyas propiedades locales varían en diferentes puntos de la muestra, por ejemplo: granito, espuma, lodo, emulsión aceite-agua etc. Una mezcla homogénea está formada también por diferentes componentes, que pueden separarse por métodos físicos, pero su apariencia es totalmente uniforme; se trata de una sola fase, se conocen también con el nombre de disoluciones. La proporción y el estado de los componentes de una disolución puede variar, por ejemplo: latón, bronce, mezcla alcohol-agua, aire etc. Un compuesto es una sustancia pura formada por una sola fase, la descomposición en sus elementos es posible mediante métodos químicos. 47
  48. 48. Una sustancia pura tiene la misma composición de sus elementos, así un elemento es una sustancia pura que no es posible descomponerla en otras más simples ni aún utilizando métodos químicos. Ejemplos: agua (11.19% hidrógeno y 88.81% oxígeno, en masa), sal común o cloruro de sodio (39.34% sodio y 60.66% de cloro, en masa), hierro (100% hierro). H2O NaCl Fe Una de las ideas más antiguas y recurrentes dentro de la química ha sido la pureza, pues el grado de pureza de una sustancia y su determinación es fundamental en esta ciencia. En el laboratorio, la mayoría de las veces es indispensable trabajar con sustancias puras, porque las impurezas contaminan el experimento planeado. En la fabricación de medicinas, alimentos y otros productos químicos, la pureza es también esencial. Obtener una sustancia pura significa haber eliminado otras sustancias, llamadas impurezas. En forma individual Investiga el procedimiento que se emplea para separar los componentes del petróleo. Comenta con tus compañeros de equipo tu tarea, elabora un resumen y elige a un integrante para que exponga el tema al grupo. En equipos de 4 personas lean y comenten las diferentes técnicas de separación de mezclas, después elijan a un representante de equipo para que exponga un resumen. 48
  49. 49. Lectura 15: “Mezclar es fácil, lo difícil es volver a separar”. En general, una separación es la operación por la cual una mezcla se separa en al menos dos componentes diferentes. Para efectuar una separación, es necesario conocer las diversas propiedades físicas de los componentes. Las separaciones en química son tan importantes que se puede decir que son un arte. Los principios en que se basan algunas técnicas de separación son: Técnica de separación Principio Filtración Baja solubilidad Destilación Diferencia en puntos de ebullición Sublimación Diferencia en puntos de sublimación Extracción Diferencia de solubilidad en dos disolventes inmiscibles Cristalización Diferencia de solubilidad en disolventes fríos y calientes Cromatografía Diferencia de movilidad de una sustancia que migra a través de un “soporte” Filtración. La solubilidad de un sólido en un líquido determinado, es su característica fundamental, la sal común es soluble en agua, pero el carbonato y el sulfato de calcio (materiales de los que está hecho un gis) son insolubles, en estos casos, se puede lograr una eficiente separación mediante la técnica de filtración, como se muestra enseguida: El papel filtro que se coloca en el embudo, detiene el paso del sólido no disuelto, permitiendo el paso por sus poros tanto el líquido como la sustancia disuelta. 49
  50. 50. Destilación. Cada sustancia hierve a una determinada temperatura; una mezcla de líquidos miscibles o una solución formada de un sólido y un líquido, pueden separarse por destilación, esta técnica aprovecha que el vapor en equilibrio con un líquido es más rico en los componentes más volátiles. La siguiente figura muestra un proceso de destilación. La mezcla se encuentra en el matraz, al aumentar la temperatura, uno de los componentes (el más volátil ó el que tenga menor punto de ebullición) se evapora y al pasar por el refrigerante, éste se condensa permitiendo así la separación de la mezcla. El proceso es controlado por la temperatura que se lee en el termómetro que está en el matraz. En la destilación, el vapor que se encuentra en equilibrio con una mezcla líquida posee mayor concentración del componente más volátil y el vapor condensado no tiene la misma concentración que la mezcla inicial por lo que se separan. En la Cangrejera, Veracruz, existe un importante complejo petroquímico de PEMEX, una de sus plantas separa una sustancia, llamada para-xileno, del orto- xileno y meta-xileno; la separación se debe a que el para-xileno se usa en la fabricación de fibras de poliéster para ropa, adhesivos, pinturas, tintas, herbicidas y recubrimientos, en tanto que el orto y meta xileno no tienen el mismo uso. Las fórmulas de dichos compuestos son: CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 a) orto-xileno ó CH 3 c) meta-xileno ó orto-metil, tolueno meta-metil, tolueno b) para-xileno ó Pe = 144 C Pe = 139.3 C para-metil, tolueno Pe = 138.5 C Pe = punto de ebullición. 50
  51. 51. Los tres compuestos tienen el mismo número de átomos de carbono e hidrógeno y por estar arreglados en distinta forma se les llama isómeros. El punto de ebullición de estos tres isómeros es tan parecido que la separación por destilación sólo puede lograrse en una torre de unos 60 metros de altura y lo único factible es separar el orto-xileno de los otros dos xilenos, que pueden ser separados posteriormente por cristalización. La siguiente fotografía muestra a una persona con un equipo de destilación, conocido con el nombre de alambique. El alambique sirve para fermentar jugos de caña de azúcar, uva y maíz, el fermentado tiene aproximadamente 10 % de alcohol y en una destilación se obtiene una concentración hasta de 40%. Decantación. La decantación se emplea para separar partículas sólidas que se encuentran en un líquido y que por su mayor peso se sedimentan en el fondo del recipiente. Si se tiene una mezcla de arena y agua, ésta se puede separar por decantación de la siguiente manera: Se deja reposar la mezcla hasta que sedimente el sólido, después se inclina lentamente el vaso para vaciar todo el líquido en otro vaso y de esta manera quedan separadas las sustancias por decantación, como se observa en la siguiente figura: Sublimación. Una sustancia se sublima cuando pasa del estado sólido al gaseoso, sin pasar por el estado líquido, en este método se requiere que uno de los componentes sea sublimable, ejemplo vapores de CO2, I2. 51
  52. 52. El siguiente dibujo muestra la sublimación y la cristalización de los vapores de yodo sobre el fondo del matraz. Extracción con disolventes. Esta técnica se basa en la propiedad de solubilidad pero con respecto a dos disolventes distintos, se espera que una de las sustancias presentes en la muestra sea más afín a uno de los disolventes, en cuyo caso puede lograrse la separación. En una extracción, la mezcla líquida que contiene la sustancia por separar y el disolvente (insoluble en el otro líquido) se agita vigorosamente. Se espera que la sustancia pase de la mezcla original al disolvente, con lo que se separará del resto de los componentes no solubles en el disolvente. Una extracción siempre se favorece cuando se eleva la temperatura. Un ejemplo que señala este proceso es la preparación de una infusión (té), en donde ciertas sustancias aromáticas son solubles en agua. Extracciones industriales. Tanto el petróleo crudo como el gas que le acompaña contienen azufre en forma de ácido sulfhídrico (H2S), no es conveniente dejarlo allí, pues si forma parte de los combustibles domésticos e industriales al quemarse produce SO 2 que es un peligroso contaminante atmosférico de acuerdo a la siguiente reacción: 2 H2S + 302 2 SO2 + 2 H2O La eliminación del H2S se lleva a cabo en la industria por extracción con diversos líquidos orgánicos, como la monoetanolamina (NH2CH2CH2OH) después de extraído el H2S, se utiliza para obtener azufre y ácido sulfúrico. Ejemplo de una torre de destilación fraccionada para el tratamiento del petróleo crudo. 52
  53. 53. Cristalización. La cristalización también se basa en la solubilidad, específicamente en el cambio de ésta con la temperatura. Se sabe que la cantidad de una sal que se disuelve en agua aumenta cuando se incrementa la temperatura, si esta disolución caliente y saturada se enfría, la sal cristaliza. Al disolver diferentes sustancias en un disolvente, cada una tiene su solubilidad característica, por lo que se puede cristalizar primero una y después la otra durante el enfriamiento, a esto se le conoce como separación por cristalización fraccionada. Los compuestos de uso cotidiano que pueden usarse para la cristalización son el azúcar y la sal. Investiga que procesos de cristalización se utilizan cotidianamente en el hogar o en tus actividades normales y descríbelos. Reúnete con tu equipo y comenta la tarea para que se exponga el resumen correspondiente. En equipo de 4 personas lee y comenta lo siguiente; después elige a un representante de equipo para que exponga el resumen correspondiente. El azúcar se obtiene de diversos vegetales, entre ellos la caña de azúcar. El principal edulcorante del jugo de la caña de azúcar es la sacarosa, cuya estructura química es: 53
  54. 54. La sacarosa es un disacárido formado de dos anillos, uno de 6 carbonos (glucosa) y otro de 5 carbonos (fructosa). Por medio de procesos químicos y biológicos se hidroliza la sacarosa para obtener glucosa y fructosa que se usan para fabricar jarabes. El proceso de obtención de azúcar se inicia con la extracción del jugo de caña (por prensado), después se clarifica adicionando hidróxido de calcio Ca(OH)2, enseguida se carbonata burbujeando CO2, se filtra y finalmente el jugo se concentra por evaporación que al enfriarlo se provoca la cristalización del soluto. Actualmente los cristales ya no se separan por filtrado, sino basándose en una centrifugación en caliente, el azúcar así obtenida se llama bruta o mascabado y requiere una refinación posterior para su consumo, que se hace por tratamientos químicos decolorándola con carbón o tierra de diatomeas. En equipo de mesa de laboratorio realiza la siguiente práctica y presenta ante el grupo el cristal que obtengas. Práctica No. 8: “Cristales moleculares: Azúcar”. Objetivo: Obtener cristales de mayor tamaño que los comunes (a esto se le conoce como recristalización) de la sacarosa. Teoría: La cristalización es un método de separación de un sólido contenido en un líquido, para realizarla es necesario concentrar la solución por evaporación y después de enfriarla se formarán los cristales. La cristalización se puede acelerar por la adición de cristales ya formados (esto se llama “siembra de cristales”). En este experimento se obtendrá una “recristalización” de la sacarosa, el tiempo que dura la actividad será de 3 a 10 días. El azúcar de mesa se le llama sacarosa (C12H22O11), cuando se recristaliza, las moléculas simples de sacarosa contenidas en la solución, se pegan a la superficie de los cristales de azúcar (“siembra de cristales” ) para hacerlos más y más grandes. El crecimiento de los cristales nos ayuda a apreciar que las sustancias están formadas de moléculas simples, los sólidos tienen muchas moléculas acomodadas de manera regular formando cristales, en las soluciones, las moléculas disueltas están dispersas entre las moléculas de agua. 54

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