miércoles, 6 de febrero de 2019

Importancia de la química



Indicador de logro: Reconoce e interpreta el origen de la historia de la química. 


Competencia: Reconozco e interpreto el origen de la historia de la química.
Palabras claves: química, época primitiva, historia, elementos químicos
Pregunta generadora:
¿Por qué es importante reconocer e interpretar el origen de la historia de la química. 

Situación de aprendizaje:

 Vídeo motivacional: https://www.youtube.com/watch?v=BEFAsnp1TN8


¿Puedes pensar en una cirugía sin anestésicos ni antisépticos, en aviones y naves espaciales sin aleaciones ligeras y combustibles especiales, en los vestidos sin colorantes, o en estructuras para puentes sin hierro y cemento?. Gran parte de estos avances son el resultado del desarrollo y aplicación de la química.  

Historia de la química. Vamos a describir a continuación de forma muy breve algunos hechos que formaron  la base de la química como ciencia.

Época primitiva. Cuando el hombre descubrió el fuego, la humanidad comenzó a provocar transformaciones en los materiales: a cocinar los alimentos, a fabricar utensilios en barro y a trabajar algunos metales como el cobre y el oro.

Más tarde, se descubrió que al combinar estaño con cobre se formaba una mezcla muy resistente a la que llamó bronce y que se utilizaba para fabricar armas y corazas. (Edad del bronce).

Posteriormente, se descubrió el hierro. Con el dominio del fuego fue posible fundirlo y su uso masivo marco la Edad del hierro. Los egipcios sobresalieron en la extracción de metales como el cobre, plomo, oro y plata.

La civilización egipcia se destacóen la metalurgía y en técnicas 
para fabricar el vidrio y la cerámica.


La alquimia. Pretendía  encontrar la piedra filosofal que convirtiese en oro todos los metales; el descubrimiento del elixir de larga vida, imaginado como una sustancia capaz de evitar la corrupción de la materia; y por último, la consecución de la gran obra cuyo objetivo era elevar al propio alquimista a un estado superior de existencia. Aunque los trabajos de los alquimistas fueron infructuosos es estas búsquedas, produjeron  progresos en la química de laboratorio.

La iatroquímica. Era el arte de curar basándose en extractos vegetales y otros preparados. Se creía  que los fármacos tenían el principio activo y la virtud necesarios para reestablecer el equilibrio en el cuerpo que lo había perdido.

Los iatroquímicos practicaban el arte de curar enfermedades
con extractos minerales y vegetales

Sin embargo, Robert Boyle , el químico debía dedicarse a establecer la composición de las sustancias y aceptar únicamente las teorías que tuvieran pruebas experimentales suficientes.

La teoría del flogistoGeorg Stahl fue el que propuso dicha teoría. según la cual toda sustancia combustible, como la madera, contiene un principio inflamable, denominado flogisto; durante la combustión se desprende el flogisto acompañado de luz y calor y queda un residuo, la ceniza o cal del cuerpo combustible. Cuanto más inflamable es el cuerpo, más rico en flogisto es el cuerpo.

Posteriormente, Antoine Laurent Lavoisier empezó a experimentar con la combustión, midiendo la masa de las sustancias antes y después de arder. Rechazó la teoría del flogisto y planteó una sorprendente explicación: La masa de la sustancia que se quema es la misma que la de las sustancias que se producen durante la combustión, sólo hay transformación de unas en otras. Afirmó que cuando una sustancia se  quema se combina con gas oxigeno presente en el aire y quedan como residuos cenizas y gases.

La química moderna. Desde el siglo XV hasta hoy, muchos han sido los investigadores en comprender las transformaciones que experimenta la materia y cómo provocarlas. En el siglo XX se establecen la teoría atómica y la teoría del enlace considerados los motores de la química actual.

La química como ciencia experimental. El trabajo de los químicos parte de la necesidad de asombrarse de lo que los rodea; luego, viene las acciones fundamentales: observar, experimentar y razonar, a esta situación se le conoce como método científico.

La observación se puede realizar directamente, a través de los sentidos, o indirectamente, utilizando instrumentos que nos permiten tener la certeza de que la observación es precisa, objetiva y completa. Existen diferentes tipos de instrumentos:

* Instrumentos de medida son aquellos que nos permiten realizar observaciones precisas como las balanzas, termómetros, probetas, las pipetas o el mismo metro.
Balanza electrónica

Pipeta graduada

Termómetro


* Instrumentos de registro son aquellos que guardan imágenes que pueden ser almacenadas para su posterior análisis como las cámaras de vídeo y fotográfica, los computadores, etc.
Instrumento de registro

* Instrumentos amplificadores son aquellos equipos y materiales que usamos para amplificar señales o estructuras como los microscopios, telescopios, lupas osciloscopios, etc.

Lupa

Osciloscopio


Microscopio






La experimentación. Un experimento es la repetición de un evento u observación hecha con anterioridad, pero bajo condiciones controladas, es decir, variables experimentales. Los experimentos sirven para comprobar la validez de una respuesta anticipada o hipótesis a un problema.

El sitio donde se realiza experimentos de química es el laboratorio. Para realizar experimentos es necesario elaborar:

Sitio donde se realizan experimentos: laboratorio de química

* Un diseño experimental. En el se indican todos los pasos  que se deben seguir para la realización del experimento, y los materiales, reactivos y equipos necesario. 

* La recolección de información. Consiste en tomar notas de todas y cada una de las observaciones que se hagan: cambios de color, el olor, la temperatura, el volumen, la densidad o el ph. Para medir estos cambios se debe disponer de instrumentos de medida.

* La interpretación de la información. Permite establecer las causas de los fenómenos que se presentaron en la experimentación.

La materia

Vídeo motivacional:
https://www.youtube.com/watch?v=2KFuLeFBAks

Es todo lo que nos rodea, es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio.

Las personas, animales, alimentos, árboles, concreto tienen masa 
y ocupan un lugar en el espacio.


Las propiedades de la materia se clasifican en generales y específicas.

Las propiedades generales se refiere a la masa, el volumen y el peso, no permiten establecer diferencias entre una sustancia  y otra. también se denominan extrínsecas.

Las propiedades específicas son aquellas propiedades particulares de cada sustancia, y que pueden distinguir  a una sustancia de otra. También se denominan intrínsecas. Pueden ser físicas o químicas.

Las propiedades físicas pueden ser observadas y medidas sin que cambie su composición, por ejemplo: el color, el olor, la densidad y el punto de ebullición.

El color y el olor de algunas sustancias 
como los alimentos

Las propiedades químicas son las que muestra una sustancia cuando se pone en contacto químicamente con otras como la oxidación y la combustión.

Oxidación: El hierro entra en contacto 
con el oxígeno del aire



La medición de las propiedades de la materia

La podemos realizar en forma cualitativa y cuantitativa. 
   
Vídeo de refuerzo
https://www.youtube.com/watch?v=VNGJWADvNB4

Las magnitudes cuantitativas o físicas se dividen en magnitudes fundamentales y magnitudes derivadas.

Las magnitudes fundamentales no dependen de otras  como la masa, el tiempo, la longitud y la temperatura.


El tiempo es una magnitud fundamental.
Se mide mediante el reloj y cronometro.


Las magnitudes derivadas son aquellas cuya determinación dependen de otras magnitudes: el valor de la densidad, por ejemplo, depende de la masa y el volumen; 


Para saber la rapidez con que corren los atletas, es 
preciso medir dos magnitudes diferentes: la distancia 
que recorren y el tiempo empleado en recorrerla. 
La velocidad es una magnitud derivada.

Para que una unidad de medida sea válida debe cumplir ciertos requisitos: ser constante, universal y fácil de reproducir.

En química se tiene en cuenta las medidas cuantitativas como la  masa, el peso, el volumen, la densidad y la temperatura.

La masa de un cuerpo es la cantidad de materia que posee dicho cuerpo. El instrumento que cumple con esa función es la balanza; su unidad de medida es el kilogramo pero en los laboratorios es más común usar el gramo.

Diferentes tipos de balanza digital

El volumen es la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo. la unidad de medida del volumen es el metro cúbico, también se emplea el litro. El peso de un cuerpo es el resultado de la fuerza de atracción gravitacional de la tierra  sobre la masa de los objetos. En el laboratorio el peso se determina por el dinamómetro generalmente y se expresa en unidades denominadas newtons (N)

El dinamómetro sirve para medir el peso de un cuerpo



Para hallar el volumen de un cuerpo sólido se calcula mediante la aplicación de fórmulas matemáticas, así, por ejemplo, el volumen de un cubo de azúcar se calcularia  elevando el valor de uno de sus lados al cubo.

Para el caso de cuerpos sólidos irregulares el volumen se calcula aplicando el principio de Arquímedes, la unidad más empleada para este caso es el centímetro cúbico.



En el laboratorio se emplean muchos instrumentos para la medición del 
volumen: probetas, vaso de precipitados, pipetas y balones


Para los cuerpos líquidos se calcula con recipientes graduados con escalas de medidas, la unidad para este caso es el litro o el mililitro.

Para los gases se tiene en cuenta el volumen del recipiente que lo contiene, por cuanto los gases no tienen volumen ni forma definida, la unidad más empleada es el metro cúbico.

La densidad de una sustancia expresa la cantidad de masa en gramos que hay por unidad de volumen, la operación matemática para hallar le densidad de cualquier muestra se expresa dividiendo el valor de su masa entre el valor de su volumen y se expresa así: 

d= m/p

En el laboratorio usamos el picnómetro para calcular la densidad de los líquidos. 



Diferentes clases de picnómetro para 

calcular la densidad de los líquidos




La temperatura corresponde al grado de movimiento de las partículas de un cuerpo, está se realiza con un instrumento denominado termómetro, con él observamos los cambios de temperatura; cuando mayor sea el movimiento de los átomos que conforman un cuerpo, mayor será su temperatura.


Diferentes termómetros para registrar la temperatura



La materia también posee otras propiedades muy particulares como la ductilidad, el punto de ebullición, el punto de fusión, solubilidad, maleabilidad, la dureza, la elasticidad, la tenacidad, la fragilidad y la conductividad eléctrica.

El punto de ebullición es la temperatura a la cual un líquido hierve, cada sustancia tiene un punto de ebullición característico, por ejemplo, el agua hierve, a nivel del mar, a 100 grados centígrados y el alcohol etílico a 78 grados centígrados y así con todas las demás sustancias.



El agua en su momento de ebullición



El punto de fusión es la temperatura  a la cual un sólido se funde, es decir, pasa del estado sólido al líquido. Por ejemplo, el hielo se funde a cero grados centígrados, mientras que los metales presentan puntos de fusión muy altos, el hierro a 1.538 grados centígrados.

Horno casero para fundir metales

La solubilidad es la propiedad que tienen algunas sustancias de disolverse en un líquido a una temperatura determinada. La sustancia que se disuelve se llama soluto y la sustancia donde se disuelve se llama solvente. No todas las sustancias se disuelven en un mismo solvente, por ejemplo, en el agua se disuelven el alcohol y la sal, pero no se disuelven ni el aceite ni la gasolina.
Ejemplo sencillo de solubilidad entre dos sustancias 
que dará como resultado agua azucarada



La ductilidad es la capacidad que tienen los metales para extenderse hasta formar hilos o alambres, por ejemplo, el hierro, el cobre, el oro o el aluminio.




El cobre es un metal muy dúctil, se convierte en 

alambres para conducir la corriente eléctrica




La maleabilidad 
es la propiedad que tienen algunos metales de dejarse convertir en láminas, como por ejemplo, el aluminio.


El aluminio por su maleabilidad puede ser 
transformado en lámina de diferentes calibres


La dureza es la resistencia que opone un cuerpo a ser rayado. El mineral más duro es el diamante mientras que el yeso es más blando y se raya con facilidad.
                                                         Disco de diamante para cortar acero







El yeso se emplea para decorar ambientes 
pero es muy delicado, se raya fácilmente.


La elasticidad es la capacidad que tienen los cuerpos de deformarse cuando se aplica  una fuerza sobre ellos y de recuperar, asimismo, si forma original, cuando la fuerza aplicada se suprime, por ejemplo, las bandas de caucho son elásticas.
Piezas  de caucho que se encogen y despliegan 
de acuerdo a la fuerza que se les aplica

La tenacidad es la resistencia que ofrecen los cuerpos a romperse o deformarse cuando se les golpea. Uno de los materiales más tenaces es el acero.


Vigueta de acero empleada en la construcción por su resistencia


La fragilidad es la tendencia que tiene un cuerpo a romperse o a fracturarse. Algunos materiales como el vidrio y las cerámicas, se fracturan y se rompen con mucha facilidad.

Las cerámicas son materiales muy frágiles



Conductividad eléctrica es la capacidad que tiene un cuerpo para conducir la corriente eléctrica, por ejemplo, el cobre es un buen conductor de la corriente eléctrica.

Cable de cobre empleado para instalaciones eléctricas




ESTADOS DE LA MATERIA

La materia se encuentra en cuatro estados: sólido, líquido, gaseoso y plasma.

En estado sólido un cuerpo se caracteriza por tener forma definida y volumen constante, en este estado las partículas están muy cerca unas de otras, debido a que entre ellas las fuerzas  de atracción son  muy fuertes, por esta razón, tienen poco movimiento y forman redes o estructuras muy rígidas.
Los tornillos y tuercas tienen forma definida y volumen constante.


En estado líquido los cuerpos se caracterizan por tener volumen constante pero no tienen forma definida sino que adoptan la forma del recipiente que los contiene; sus partículas se encuentran más separadas y la fuerza de atracción entre ellas es menos fuerte, esto hacen que los líquidos sean fluidos, algunos fluyen con facilidad como el agua mientras que el el aceite fluye lentamente; a esta propiedad se le denomina viscosidad.

Los líquidos adoptan la forma del recipiente que los contiene

En estado gaseoso los cuerpos no tienen volumen ni forma definida, toman la forma del recipiente que los contiene y tienden a ocupar todo el espacio disponible, sus partículas están muy separadas, porque su fuerza de atracción es nula. Los gases se expanden y son fácilmente compresibles.

Los gases tienden a ocupar todo el espacio disponible

En estado plasma es cuando una sustancia gaseosa se calienta a temperaturas muy altas, los átomos que la componen se descomponen en núcleos y electrones libres; se presenta en las altas capas de la atmósfera.

Cambios de estado de la materia



Bibliografia


* Santillana 7.ISBN 958-24-1084-1
* Yuotube: https://www.youtube.com/watch?v=BEFAsnp1TN8
* https://www.youtube.com/watch?v=2KFuLeFBAks
* https://www.youtube.com/watch?v=VNGJWADvNB4