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TEMA: ¿COMÓ HARÍA PARA SEPARAR UNA MEZCLA DE AGUA Y TIERRA?

Grado 6Ciencias naturales

Clase: Nombre:

¿De qué está hecho todo lo que nos rodea?

INTRODUCCIÓN

El inolvidable viaje de Gotita.Gotita es una gota de agua, que vive en un hermoso arrecife de coral, abrió sus ojos y suspiró: ¡Qué hermoso arrecife de coral! Gotita lucía bella, cristalina, pura, era feliz porque formaba parte de todos y todos la valoraban.

Un día se aventuró en un viaje por el planeta Tierra. Una mañana salió a la superficie a tomar un poco de sol, de repente sintió que volaba, el viento la empujaba y se halló en una nube con otras gotitas, recorrieron muchos lugares, todo pasaba muy rápido.De pronto vio fuertes descargas y escuchó truenos, se asustó mucho, la nube estaba desplomándose y ella pasó a ser parte de la lluvia.

Cayó muy rápido en un manantial de una alta montaña, hacía frío, pero el paisaje era naturalmente bello, en el lago había lindos peces, diversos animales y algas que la valoraban, alrededor del lago observó frailejones, musgo y otras plantas donde otras gotitas se quedaron.

El manantial fluía y Gotita se dejó arrastrar por la corriente, le sorprendía ver tantos lugares hermosos en su descenso por la montaña, el manantial era coloreado, todos los seres la necesitaban, ella iba y venía…Exclamó: Estoy en el manantial de los siete colores, ¡Qué bello es!

De pronto, llegó a un gran río, era majestuoso, pero Gotita empezó a ensuciarse, el río pasaba por una gran ciudad y todos los desechos caían en él, todo era muy oscuro, maloliente y se tropezaba con muchos objetos contaminantes. Gotita pensó: ¡Qué triste! ¡Ya no soy bella ni útil como antes!

Gotita se dejó arrastrar sin oponer resistencia, muchas personas al no tener agua pura disponible utilizaban el agua del río y se enfermaban. ¡Gotita no entendía por qué dejaban que esto pasara!

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Después de mucho viajar, el río desembocó en el mar y Gotita encontró en el lecho de la playa, grava, arena gruesa, arena fina y piedrecillas de diferentes tamaños, atravesó por ellas y se dio cuenta que le iban quitando la suciedad, pasó varias veces por ellas.

Cuando recuperó su belleza, volvió al arrecife a contar a sus amiguitas todo lo que le había pasado en su viaje, al terminar, entusiasmada concluyó: “Amiguitas: La naturaleza es maravillosa, se las ingenia para mantenernos en equilibrio, todos los seres nos necesitan, tenemos que seguir viajando”.

Teniendo en cuenta el contexto de la animación, vamos a clasificar cada tipo de materia que aparece en la siguiente Tabla, según sea sustancia pura (elemento o compuesto) o mezcla (homogénea o heterogénea), explicando el porqué de nuestra clasificación en la columna correspondiente y proponer métodos que utilizaríamos para purificar el agua que recogen las personas en el río, participando oralmente, a manera de lluvia de ideas.

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Propongan métodos que utilizarías para purificar el agua que recogen las personas del río:

Clasificación Tipos de Materia

MateriaSustancia Pura Mezcla

ExplicaciónElemento Compuesto Homogénea Heterogénea

Agua del mar en el arrecife

Aire que mueve la nube

Lluvia

Agua del riachuelo de siete colores

Agua del río que recogen las personas

Agua pura

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Tabla 1. Principales enfermedades de origen hídrico y agentes responsables

Actividad 1. ¿Cómo podemos separar una mezcla de agua y tierra y purificar el agua obtenida?

Millones de personas en el mundo mueren anualmente por problemas relacionados con la mala calidad del agua de consumo. Este problema está muy acentuado, en África y América, donde la mayor parte de la población no cuenta con el servicio de agua potable. También estamos expuestos a desastres naturales como terremotos, volcanes, tornados, huracanes, etc., que nos cambian repentinamente la realidad en que vivimos, siendo el agua uno de los recursos que se ve seriamente afectado, con las consecuencias que se derivan para nuestra salud y para nuestra vida.

Es importante estar informado, mejorando nuestra capacidad para tomar decisiones, aplicando soluciones fáciles y efectivas para enfrentar este tipo de emergencias. La buena noticia, es que aplicando normas simples podemos contribuir en obtener un agua con buena calidad para el consumo humano.

La realidad es que en la mayor parte de regiones el agua no está pura, sino que contiene sedimentos y puede contener diversos microorganismos patógenos causantes de enfermedades como se ilustra en la tabla 1:

Generalmente la contaminación microbiológica del agua proviene de heces de seres humanos o de animales. La desembocadura de aguas provenientes de aguas residuales en los cuerpos de agua sin recibir ningún tratamiento, se constituyen en una alta fuente de contaminación.

Siempre debemos encontrar relación entre lo que aprendemos y la realidad en que nos desenvolvemos a diario, para encontrar sentido y dar significado a lo que aprendemos.

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Nos disponemos a poner en juego esas competencias promovidas por las ciencias naturales, interpretativa, argumentativa y propositiva, al adquirir y al aplicar conocimientos y procedimientos relacionados con la separación de una mezcla de agua y tierra, relacionándolos con la necesidad que tenemos de aprender técnicas sencillas para purificar el agua, entendiendo que estos aprendizajes son muy útiles para encontrar soluciones sencillas que podamos aplicar y compartir con otras personas y comunidades, para mejorar la calidad del agua en nuestro entorno y contribuir en conservar este valioso recurso natural, aprovechando el agua de la mejor manera en beneficio de nuestra salud y de nuestra vida.

Son conocimientos valiosísimos que contribuyen a mejorar la calidad de vida nuestra y la de los demás, dentro de una toma de conciencia por parte nuestra del gran aporte que podemos hacer en favor de la naturaleza mejorando nuestra actitud e interesándonos por formar parte de la solución.

En el proceso de separación de una mezcla de agua y tierra, logrando la desinfección del agua obtenida, ocurren procesos como: tamizado, sedimentación o decantación, movimiento browniano, filtración y desinfección.

1. TAMIZADOEs un proceso por el cual las partículas de mayor tamaño que se encuentran suspendidas en el agua, quedan atrapadas por el material poroso, porque tienen mayor tamaño que los poros. Se utilizan tamices de diferentes materiales que poseen distintos tamaños de poros. En la figura 1, observamos ejemplos de tamices metálicos de diferente diámetro y tamaño de poros.

Figura 1. Tamices metálicos.

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2. SEDIMENTACIÓN O DECANTACIÓNEs un proceso físico de separación, en el cual la mezcla se deja en reposo, de manera que los sólidos por ser más densos, se depositan en el fondo del recipiente, luego se extrae con cuidado el agua sobrenadante en un recipiente limpio y se somete a filtración. En el proceso de separación de los componentes de la mezcla agua y tierra, este método permite eliminar partículas más finas que los poros, las cuáles se depositan sobre la superficie de los granos de grava, piedra, arena. En la figura 2, apreciamos un tanque de sedimentación primaria, utilizado en el proceso de tratamiento del agua para su potabilización.

3. MOVIMIENTO BROWNIANOConsiste en que las partículas del líquido se mueven al azar, ocasionando un movimiento de transporte de partículas hacia la superficie de los granos de los materiales porosos. En la figura 3, observamos la representación tridimensional del movimiento browniano.

Figura 2. Tanque de sedimentación.

Figura 3. Movimiento Browniano.

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4. FILTRACIÓNEs un proceso físico de separación, en el cual el agua obtenida del proceso anterior se hace pasar por materiales filtrantes, como la arena, la grava, el carbón, la tela, el algodón, etc.; estos materiales son porosos, tienen espacios a través de los cuales el líquido fluye, reteniendo las partículas sólidas en suspensión, las cuales quedan atrapadas por ser de mayor tamaño que los poros del material poroso.

En algunos casos las partículas del sólido son más pequeñas que los poros del material poroso, entonces se hace necesario utilizar un material floculante como la alúmina o alumbre, el cual al agregarlo a la mezcla, hace que se formen agregados de partículas sólidas de mayor tamaño, las cuales quedan retenidas de esta forma en el material poroso.

Figura 4. Filtro Casero. (Creación propia)

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Para mejorar la eficiencia de la filtración, se utilizan varios materiales porosos combinados, como se aprecia en la figura 4, donde se combinan varios materiales porosos para la elaboración del filtro casero.

Los tratamientos físicos de decantación y filtración buscan eliminar los sedimentos, partículas en suspensión y demás materiales que quedan atrapados en los materiales porosos utilizados, procurando obtener un agua filtrada de buena calidad para someterla al proceso de desinfección.

5. DESINFECCIÓN DEL AGUAEste proceso nos asegura protección contra las enfermedades causadas por microorganismos presentes en el agua contaminada, como se describió en la Tabla 1. Es un tratamiento que se realiza para hacer el agua potable, cuando no tenemos la posibilidad de obtener agua potable en forma permanente de un acueducto; por lo tanto es un procedimiento necesario de efectuar en la mayor parte de las regiones donde la población no tiene acceso al agua potable.

Podemos lograr la desinfección del agua por medio de los siguientes procesos:

5.1 EBULLICIÓNSi residimos en un lugar al nivel del mar, el agua después de filtrada la colocamos a hervir durante 1 minuto. Para los demás lugares sobre el nivel del mar, tenemos en cuenta que por cada 1000 metros de altitud sobre el nivel del mar, dejamos hervir el agua un minuto más. Después de hervir el agua, se deja reposar y se airea para incorporarle oxígeno.

El proceso de ebullición destruye las principales bacterias no formadoras de esporas que causan enfermedades.

5.2 DESINFECCIÓN SOLAR En áreas rurales, se puede envasar el agua después de filtrarla, en una botella de vidrio o de plástico limpia, dejando un espacio libre para oxigenarla, se tapa y se agita para incorporarle oxígeno, el oxígeno no solo ayuda a mantener las propiedades del agua sino que mejora el proceso de desinfección, luego se coloca al sol durante 6 a 8 horas cuando el sol es intenso, o de dos a tres días si está nublado.

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5.3. PROCESOS QUÍMICOSComúnmente se utiliza el cloro y sus derivados, el ozono y el bióxido de cloro. El más antiguo y más empleado como biocida (agente que mata los microrganismos patógenos) es el cloro en forma gaseosa, procedente del hipoclorito de sodio (lejía) o del hipoclorito de calcio en polvo. La desinfección con cloro garantiza un agua microbiológicamente segura, siempre y cuando se aplique cuando ya se ha eliminado del agua toda turbiedad, pueden añadirse unos 5 a 10 miligramos (mg) de cloro por cada litro de agua, para garantizar 0,5 miligramos (mg) por litro de cloro activo para la desinfección, porque el resto es consumido por las impurezas y productos disueltos que todavía quedan en el agua.

Es importante tener en cuenta que el efecto desinfectante del cloro no es inmediato, se requiere que el cloro entre en contacto con el agua a desinfectar mínimo treinta minutos, antes de que el agua sea utilizada para consumo humano.

La Organización Mundial de la Salud considera que una concentración de 0,5 miligramos (mg) por litro de cloro libre residual en el agua, después de un tiempo de contacto de 30 minutos garantiza una desinfección satisfactoria del agua para consumo humano, también hace precisión de que no se ha observado ningún efecto dañino para la salud cuando la concentración de cloro libre en el agua sometida a desinfección llega a 5 miligramos de cloro por litro de agua, valor de concentración que se estima como valor guía máximo.

La Organización Mundial de la Salud, mantiene la postura de que es prioritario asegurar el consumo de agua sana, por lo que la desinfección es un tratamiento indispensable para cualquier agua que esté contaminada o sea susceptible de estar contaminada por microorganismos patógenos.

Estos procesos se pueden realizar en cualquier sitio donde no se cuenta con agua potable adecuada para el consumo, con materiales fáciles de conseguir en el entorno y ayudan a mejorar las condiciones de vida y de salubridad, también son útiles en el tratamiento de aguas residuales como las que salen de las actividades de la cocina, lavado de platos, ropa, etc., de manera que se reutilice el agua para otras actividades domésticas, especialmente en sitios donde es muy escasa.

Ahora nos disponemos a poner en juego nuestros conocimientos y creatividad, para construir a manera de ejemplo, un sistema de filtros casero, utilizando los materiales que hemos traído, con el fin de separar una muestra de agua y tierra, aplicando tamizado,

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decantación, filtración y desinfección, con el fin de obtener una buena purificación del agua separada.

El docente solicita previamente a los estudiantes por grupo de trabajo, los siguientes materiales para la experiencia de laboratorio en la siguiente clase:• 2 botellas plásticas transparentes de 1L; en cada una colocamos 5 cm de tierra negra

y completamos el Litro con agua, colocamos la tapa. (Rotulamos como Botella 1 y Botella 2)

• 1 botella de plástico transparente de 1L limpia y vacía con su tapa (para envasar el agua filtrada) (Rotulamos como Botella 3)

• 1 botella de plástico transparentes de 1 Litro, vacía, a la cual se le ha cortado el fondo (traerla cortada) (en ella se va construir el filtro casero) (Rotulamos como Botella 4)

• 1 botella de plástico transparente de 1 Litro, vacía, a la cual se le ha cortado el cuello (traerla cortada), de tal manera que la primera encaje en la segunda (verificar que encajen, la botella de arriba va invertida y debe reposar sobre la otra) (en ella se va a recoger el filtrado) (Rotulamos como Botella 5)

• 1 botella plástica pequeña de 250 mL, para distribuir una muestra del agua filtrada, la rotulamos como Botella 6.

• Piedra laja, arena fina, carbón vegetal en polvo, grava, piedra pómez, piedra fina, algodón, trozo de tela fina limpia de pañuelo, lino u otra tela parecida, un limón cortado en dos mitades (para poder exprimir el jugo) y un colador pequeño.

• Muestras de tierra que contenga partículas grandes, medianas y finas y agua suficiente.

• 500 mL de solución de hipoclorito de sodio al 1%. (La prepara el docente previamente, llevándola ya preparada a la práctica)

• 1 pipeta graduada de 10 mL para trasvasar la solución de hipoclorito de sodio al 1%.• 1 gotero limpio para dosificar el cloro a la muestra de agua a desinfectar, según los

datos de la Tabla. • 1 probeta graduada de 250 mL.• Regla, rótulos y marcadores, se puede usar cinta de enmascarar para adherirla a las

botellas y marcar cada una, lápices de colores, sacapunta y borrador.• Hipoclorito de sodio o de calcio, solución Stock preparada, llevada y manejada por

el docente.

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COMENCEMOS CON NUESTRO DISEÑO DE FILTRO CASERO

1.1 ORGANIZAMOS LOS MATERIALES.

Verificamos lo siguiente:

• Las botellas están debidamente rotuladas.• En la botella 1 y 2 colocamos la mezcla de agua y tierra, una altura de 5 cm de tierra

y completamos el volumen con agua hasta 1 Litro, dejando un espacio para agitar, agitamos para mezclar. (Botella 1 y Botella 2)

• En la botella 3 vamos a colocar al final del proceso el litro de agua obtenida para desinfección, La rotulamos Botella 3. Desinfección con cloro.

• La botella 4 tiene cortada su base y el cuello debe encajar en la botella 5, para poder armar el sistema de filtro.

• La Botella desechable pequeña la rotulamos Botella 6, al final del proceso colocamos en ella 250 mililitros de agua obtenida. La rotulamos Botella 6. Desinfección solar.

• Tenemos la muestra de tierra y la muestra de agua que vamos a utilizar.

1.2 ARMAMOS EL FILTRO

• Dibujamos los diferentes materiales como los observamos antes de armar el filtro.

Tela fina

Algodón

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Piedra de laja

Arena fina

Carbón vegetal

Grava

Piedra pómez

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Piedra fina

• En la botella 4 organizamos los materiales del filtro de abajo hacia arriba, manteniendo para los materiales porosos dos centímetros de altura, en el siguiente orden:

• Capa de tela fina• Capa de algodón• Capa de piedra de laja• Capa de arena fina• Capa de carbón vegetal en polvo• Capa de grava• Capa de piedra pómez• Capa de piedra fina• Colocamos la botella 5 debajo de la botella 3 (filtro)

1.3 AGREGAMOS LA MEZCLA

• Observamos y anotamos las características observables de las muestras de tierra y de agua antes de mezclar. Luego mezclamos las dos sustancias tanto en la botella 1 como en la botella 2, tapamos y agitamos las botellas, observamos las características de las sustancias en la mezcla describiéndolas en la tabla siguiente:

Características Tierra sola Agua sola Tierra en la mezcla

Agua en la mezcla

Color

Transparencia

Turbiedad

Textura

Apariencia

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• Dibujamos las dos sustancias antes y después de mezclarlas.

• Dibujamos el aspecto de la mezcla después de dejarla reposar diez minutos.

• Colocamos la botella 1 con la mezcla de agua y tierra sobre la mesa, dejamos reposar la mezcla diez minutos, de manera que haya sedimentación de la tierra y el agua quede sobrenadante. Sin mover la botella Observamos y anotamos las características en la tabla siguiente:

Tierra sola Agua sola Mezcla de tierra y agua

Aspecto de la mezcla después de dejarla reposar diez minutos

Características Tierra Agua

Color

Transparencia

Turbiedad

Textura

Apariencia

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• Agregamos el agua sobrenadante de la botella 1, poco a poco por la parte superior del filtro, de manera que garanticemos un flujo permanente, sin que se revuelva ni se riegue.

• Vamos recolectando el agua filtrada en la botella 4 sobre la cual está descansando el filtro.

• Realizamos este procedimiento hasta agotar toda el agua sobrenadante.• En la botella 3 utilizando la probeta graduada para medir el volumen de agua,

envasamos 1 Litro de agua filtrada, el rótulo es Desinfección con cloro.• En la botella 6 utilizando la probeta graduada para medir el volumen de agua,

envasamos 250 mililitros del agua filtrada, el rótulo es Desinfección solar.• Dibujamos el proceso que hemos realizado utilizando nuestro filtro.

Dibujo del Proceso

• ¿Qué proceso ha ocurrido y por qué?

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• Describimos las características observables del agua obtenida y de la tierra que quedó en el fondo de las botellas 1 y 2.

• Terminada el proceso, extiende los materiales con los que se elaboró el filtro y observa si hubo cambios en los materiales porosos respecto a su estado inicial, anota los cambios que observas en la siguiente tabla:

Características Tierra en las botellas Agua obtenida

Color

Transparencia

Turbiedad

Textura

Apariencia

Tela fina

Algodón

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Piedra de laja

Arena fina

Carbón vegetal

Grava

Piedra pómez

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Piedra fina

• ¿Qué proceso hemos realizado? ¿Qué explicaciones podemos dar a lo observado?

1.4 DESINFECCIÓN SOLAR• A la botella 6, la cual contiene 250 mL del agua filtrada obtenida, agregamos el

zumo de medio limón, usando el colador para separar las semillas del limón, luego tapamos, agitamos y colocamos al sol esta botella durante 6 horas.

• ¿Qué efecto tiene el sol y el limón en el agua que colocamos en la botella 6?

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1.5 DESINFECCIÓN CON CLORO

A la botella 3 la cual contiene 1 Litro del agua obtenida, la sometemos a desinfección con cloro. El hipoclorito de sodio es el compuesto que contiene cloro que con más frecuencia se usa para desinfectar agua. Se forma cuando reacciona el cloro con el hidróxido de sodio, su fórmula es NaOCl. El hipoclorito de sodio es un fuerte agente oxidante, de olor dulzaino desagradable, penetrante e irritante, de color verdoso pálido, corrosivo, soluble en agua fría, pero se descompone en agua caliente.El grado de riesgo para la salud depende del grado de concentración de la solución, el hipoclorito de sodio tiene los siguientes efectos potenciales sobre la salud:

•Ojos:Sucontactoproducecorrosióneirritación.•Piel:Puedecausarirritacióntemporaldelapiel.•Ingestión:Causadañoalostejidosenformairreversible.•Inhalación:Esriesgosaporsutransformaciónencloro,puedecausardolordecabeza,náuseas y vómito.

Algunas medidas de primeros auxilios que se pueden aplicar en caso de necesidad son:

•Trassuinhalación,llevaralapersonaafectadaalairelibreyadministraroxígenoadicionalcon 100% de humidificación, aplicando respiración artificial si es necesario.•Alcontactocon lapiel, lavarconabundanteagua,extraer lasustanciaconalgodónimpregnado con polietilenglicol 400 y despojarse de la ropa contaminada.•Alcontactoconlosojos,lavarconabundanteagua,manteniendolospárpadosabiertos(al menos durante diez minutos) y avisar inmediatamente al médico.•Alser ingerido,beberabundanteagua (varios litros),evitarvomitarporel riesgodeperforación, avisar inmediatamente al médico y no efectuar medidas de neutralización.

Por eso la preparación y administración del hipoclorito de sodio, es responsabilidad del docente, quien a su vez debe aplicar las medidas de seguridad requeridas.Las soluciones comerciales de hipoclorito de sodio, contienen entre el 12 y 15% de cloro disponible. La solución diluida de hipoclorito de sodio a utilizar debe ser preparada y manipulada por el docente, a partir de la solución de hipoclorito de sodio concentrada que se tenga disponible.

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1.5.1 FÓRMULA PARA PREPARAR UNA SOLUCIÓN DE HIPOCLORITO DE SODIO DILUIDA A PARTIR DE UNA SOLUCIÓN CONCENTRADA DISPONIBLE EN EL MERCADO O EN EL LABORATORIO.

Aplicamos la siguiente fórmula:

Generalmente el hipoclorito de sodio se consigue en el mercado en una concentración del 10 al 15 %. Como ejemplo vamos a preparar una solución al 1 % de hipoclorito de sodio a partir de una solución comercial del 12 %. Aplicamos la fórmula:

Este proceso lo realiza el docente, previamente al desarrollo de la práctica, para luego preparar una solución Stock (solución modelo), la cual va a ser utilizada en el laboratorio para realizar el proceso de desinfección con cloro.

% de hipoclorito de sodio concentrado

% de hipoclorito de sodio deseado1

Figura 5. Fórmula para preparar una solución diluida de hipoclorito de sodio a partir de una solución concentrada.

Figura 6. Aplicación de la fórmula para preparar una solución diluida de hipoclorito de sodio a partir de una solución concentrada. (Creación propia).

1 partes de agua por 1 parte de hipoclorito del 12% mezcladas en un recipiente, para obtener una solución de hipoclorito de sodio al 1%

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1.5.2 FÓRMULA PARA PREPARAR UNA SOLUCIÓN STOCK A PARTIR DE HIPOCLORITO DE SODIO O DE HIPOCLORITO DE CALCIO.

La solución Stock la prepara, la lleva y la administra el docente, según la disponibilidad de reactivo fuente de cloro, aplicando la siguiente fórmula:

1.5.3 DOSIFICACIÓN DE LA SOLUCIÓN STOCK PREPARADA LA CUAL CONTIENE 5.000 MG DE CLORO POR LITRO, SEGÚN LA CANTIDAD DE AGUA QUE VAMOS A DESINFECTAR.

En casos de emergencia extrema, la Organización Mundial de la Salud sugiere aplicar una dosis de desinfección de 5 miligramos por litro y si la situación es de menor gravedad, 2 miligramos por litro.

En ambos casos el agua y el cloro deben estar en contacto como mínimo treinta minutos.

Se sugiere tener en cuenta al aplicar las diluciones, las dosificaciones especificadas en la Tabla 3.

Figura 7. Fórmula para preparar una solución stock a partir de hipoclorito de sodio o de calcio.

W producto = Gramos de producto a disolver en V agua.

C stock = Concentración de la solución stock. (5.000 mg de Cloro por litro).

C producto = Concentración de cloro en el producto inicial, está especificada por la

etiqueta que pone el fabricante en el producto.

10 = Factor de conversión para que el resultado se exprese en gramos del prodcuto.

W producto =(V agua x C stock)

( C producto x 10)

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Volumen de agua a desinfectar en litros (L)

Volumen de solución stock de 5.000 mg/L a

agregar para obtener una concentración final de cloro

de 5 mg/L(Emergencia extrema)

Volumen de solución stock de 5.000 mg/L a

agregar para obtener una concentración final de cloro

de 2 mg/L(Emergencia de menor

gravedad)

1 20 gotas = 1 ml 8 gotas

5 100 gotas = 5 ml 40 gotas = 2 ml

10 10 ml 4 ml

20 20 ml 8 ml

100 100 ml 40 ml

200 200 ml 80 ml

1000 1 litro 400 ml

En el laboratorio que venimos desarrollando, vamos a desinfectar el litro de agua obtenida que está envasado en la botella 3, rotulada Desinfección con cloro, para este fin le agregamos con el gotero, 8 gotas de la solución stock preparada por el docente, con el fin de garantizar una concentración final de 2 mg/Litro, tapamos, agitamos y dejamos que actúe media hora como mínimo.

• ¿Qué acciones ejerce el cloro disuelto en el agua?

Tabla 3. Dosificaciones de la Solución Stock en relación con el volumen de agua a desinfectar.

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• ¿Transcurrida la media hora, podemos utilizar este litro de agua desinfectada con cloro para nuestro consumo? ¿Por qué?

• ¿Qué utilidad tienen los aprendizajes obtenidos en la vida diaria?

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Sustentamos los aprendizajes en la siguiente clase, organizando una presentación que incluya las respuestas a los interrogantes propuestos en esta guía.Respondemos la evaluación interactiva para evidenciar aprendizajes sobre los procesos utilizados para separar una mezcla de agua y tierra

RESUELVE AHORA:

Desarrollar el ejercicio completando los espacios en blanco con la palabra o palabras que le den sentido correcto a cada enunciado: (Las palabras que aparecen en rojo, corresponden a los espacios en blanco y muestran las respuestas que deben colocar los estudiantes en los espacios)

1. El tamizado permite separar sólidos que tengan partículas de diferente tamaño.

2. La filtración permite separar sólidos en suspensión de un líquido.

3. La decantación permite separar un sólido o un líquido de mayor densidad, de otro fluido.

4. La desinfección solar aprovecha la energía del sol para purificar el agua.

5. En la desinfección química se usa el cloro como agente biocida.

6. La OMS recomienda en extrema emergencia obtener una concentración de 5mg de cloro por litro de agua.

7. Las partículas de sedimento se adhieren a los materiales porosos.

8. Los materiales porosos tienen una matriz sólida, poros y canales interconectados entre sí.

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Actividad 2. ¿Qué características presentan los materiales o medios porosos?

Tenemos conocimientos previos sobre el suelo, los cuáles hemos adquirido por observación propia o porque hemos estudiado acerca del mismo en unidades anteriores. Vamos a tomar el suelo como ejemplo para proponer la reflexión porque algunos materiales que hemos utilizado en el desarrollo de la unidad se encuentran en él. Respondamos oralmente a los siguientes interrogantes:

1. ¿Qué materiales forman el suelo?2. ¿Dónde se encuentra el agua y las sales minerales que las plantas absorben del suelo?3. ¿Puedo decir que el suelo es un material poroso? ¿Por qué?

Escuchamos las respuestas dadas a los interrogantes, luego vamos a observar el video “Porosidad del suelo” y posteriormente contrastamos las respuestas dadas con los aprendizajes obtenidos a través del video.

Ahora vamos a aprender acerca del concepto, propiedades, clasificación, síntesis y algunos ejemplos de materiales o medios porosos.

Los materiales o medios porosos rodean nuestra vida diaria y son de interés para la ciencia, la tecnología y la industria.

Un medio poroso es un material que está formado por una matriz sólida en cuyo interior se encuentra un sistema de poros (huecos) que pueden estar o no interconectados entre sí

De acuerdo con el origen de su formación, los poros presentan geometrías, tamaños y topologías diversas.

La geometría hace referencia a las formas y tamaños de los poros y a la rugosidad superficial del material poroso. La tabla 4 permite comparar los diámetros de partículas de distintos materiales porosos.

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Nombre del material poroso Diámetro de la partícula en milímetros

Arena muy gruesa 2 – 1

Arena gruesa 1 – 0,5

Arena mediana 0,5 – 0,25

Arena fina 0,25 – 0,125

Arena muy fina 0,125 – 0,0625

Limo 0,0625 – 0,0039

Arcilla Menos de 0,0039

La topología muestra la manera como los poros están interconectados.

2.1 PROPIEDADES MACROSCÓPICAS EN LOS MATERIALES POROSOS

2.1.1 POROSIDADCorresponde a la fracción del volumen del material poroso que es ocupado por los poros. El valor de la porosidad varía desde cero para metales y rocas volcánicas, hasta un valor cercano a uno para aerogeles.

2.1.2 ÁREA SUPERFICIAL ESPECÍFICAEs el área superficial de material que queda entre los poros y determina su capacidad de adsorción; sus valores varían desde unos pocos cm2/gr para rocas hasta valores entre 600 y 1000 mm/gr para aerogeles, alcanzando valores hasta 2000 a 3000 m2/gr para carbones activados. Para comprenderlo mejor, imaginamos que podemos esparcir la superficie interna de 7 gramos de aerogel, se extendería por la superficie equivalente a una cancha de fútbol reglamentaria.

2.1.3 TORTUOSIDADEs la relación entre la longitud real que debe recorrer una partícula de fluido para unir dos puntos en el medio poroso y la distancia en línea recta entre dichos puntos, la figura 8 ayuda a comprender esta relación.

Tabla 4. Diámetros medios característicos de partículas de distintos materiales porosos.

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2.2 PROPIEDADES MICROSCÓPICAS EN LOS MATERIALES POROSOS

2.2.1 POROSSe fotografían con microscopio electrónico. La figura 9 nos permite apreciar poros de diferentes materiales porosos.

Los poros comprenden las cavidades, a las cuales se debe en mayor parte la porosidad del medio y los canales o gargantas que mantienen conectadas las cavidades entre sí. La figura 10, permite observar la representación del espacio poroso.

Figura 8. Tortuosidad, relación entre la longitud real que recorre una partícula y la distancia en línea recta en el recorrido realizado.

Figura 9. Materiales porosos vistos con microscopio electrónico (X10), (A) arena fina, (B) piedra arenisca, (C) piedra caliza, (D) pan de centeno, € madera, (F) sección de pulmón humano.

Figura 9. Materiales porosos vistos con microscopio electrónico (X10), (A) arena fina, (B) piedra arenisca, (C) piedra caliza, (D) pan de centeno, € madera, (F) sección de pulmón humano.

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2.2.2 TOPOLOGÍA DE LA ESTRUCTURA POROSALos poros se conectan entre sí formando intrincadas redes. La topología de las redes está caracterizada por la dimensionalidad y la conectividad.La conectividad está dada por el número de canales que desembocan en una misma cavidad. La conectividad de las rocas sedimentarias oscila entre 4 ó 5 hasta 15.

2.3 CLASIFICACIÓN DE LOS POROS SEGÚN SU TAMAÑOLaIUPAC(InternationalUnionofPureandAppliedChemistry)clasificalosmaterialesporosos por su tamaño de poro en:

2.4 SÍNTESIS Y FORMACIÓN DE MEDIOS POROSOSExisten procesos naturales y artificiales que conllevan a la formación de medios porosos.

2.4.1 EMPAQUETAMIENTO DE PARTÍCULASSe empaquetan partículas de diferentes formas y tamaños, manteniéndolas juntas mediante fuerzas dispersivas y eléctricas, dejando intersticios que forman el medio poroso, por ejemplo, el carbón globular, el cual se usa como filtro.

2.4.2 PROCESOS SOL – GELComprenden la transición de un sistema coloidal (sol) a una fase sólida (gel). Mediante esta técnica se construyen cerámicas y vidrios diversos.

2.4.3 PROCESOS DE ACTIVACIÓN Principalmente se utilizan en la fabricación de carbones activados (microporos). La activación se realiza al someter la muestra a un flujo de gas de elevada temperatura y permite desarrollar la extensa red de poros del carbón activado a partir de un material orgánico no poroso como la madera o el carbón mineral.

Clase de poro

Dimensión transversal en Angstrom Å1 Å = 10-10m

Dimensión transversal en nanómetros nm

1 nm = 10-9m

Macroporos Mayores que 500 Å Mayores a 50 nm

Macroporos Entre 20 Å y 500 Å Entre 2 nm y 50 nm

Macroporos Menores que 20 Å Menores de 2 nm

Tabla 5. Clasificación de los poros según su tamaño.porosos.

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2.4.4 PROCESOS DIAGENÉTICOSReciben este nombre los procesos naturales que durante millones de años han estado involucrados en la formación de las reservas de agua, de petróleo, etc.

2.5 ¿CÓMO CONTRIBUYEN ESTOS MATERIALES EN LA FILTRACIÓN DEL AGUA?En la filtración el agua pasa a través del material granular, con o sin químicos. Los sólidos son removidos a través del tamizado, intercepción, impacto, sedimentación, floculación y adsorción.Los filtros de arena son muy utilizados para filtración de aguas con cargas bajas o medias, las partículas contaminantes quedan atrapadas en el lecho de arena, con la ventaja de que el filtro puede ser lavado por contracorriente.

Para lavar el filtro se invierte el flujo de agua.La arena purifica el agua separando físicamente las partículas de agua que ingresan al filtro, también realiza adsorción, los contaminantes se adhieren a la superficie de la arena.

El carbón activado tiene millones de agujeros microscópicos que retienen los contaminantes presentes en el agua.

La activación del carbón consiste en aumentar el área superficial disponible para realizar adsorción. Por ejemplo, un gramo de carbón muy fino tiene un área de adsorción de unos 3 a4 metros, cuando se activa aumenta de 200 a 300 veces su superficie de adsorción.

La adsorción ocurre porque los átomos en la superficie del material poroso atraen y retienen moléculas de otros compuestos, por fuerzas llamadas de “Vander Waals”, por eso, mientras más superficie tenga el material poroso, es mejor adsorbente.

2.6 APRENDAMOS ACERCA DE ALGUNOS MATERIALES POROSOSEn el transcurrir de nuestra vida, tenemos relación con diferentes materiales porosos, como piedra de laja, piedra pómez, grava, arena, algodón, lino, carbón y sílices porosas. Vamos a interesarnos por aprender un poco acerca de sus características y aplicaciones.

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2.6.1 CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES DE ALGUNOS MATERIALES POROSOS

Tabla 6. Características y aplicaciones de algunos materiales porosos.

Material poroso Características Aplicaciones

Piedra de lajaFigura 11

http://pixabay.com/es/grava-piedra-piedras-gris-

guijarro-20903/

Es una piedra de origen metamórfico.

Permite ser cortada, para usarla en revestimientos de paredes, pisos, etc.

Piedra pómezFigura 12

http://pixabay.com/es/pie-dra-la-naturaleza-piedra-p%-

C3%B3mez-226828/

Es una roca ígnea volcánica vítrea (piroclasto), formada de un 70% de sílice (SiO2) y un 13% de alúmina (Al2O2) de baja densidad, muy porosa, de color blanco o gris. Su porosidad le facilita absorber y retener el agua, .

Es un eficaz aislante térmico, con propiedades puzolánicas, por eso es un ingrediente importante en la elaboración del cemento Portland, aumentando su durabilidad química. Se emplea en la fabricación de filtros, abrasivos y en usos agrícolas.

GravaFigura 13

http://kxk.ru/aquaworld/v7_646396__.php

Formada por partículas rocosas que tienen un tamaño entre 2 y 64 milímetros. Se originan por fragmentación de distintas rocas de la corteza terrestre, ocasionada por agentes atmosféricos. Se llama también piedra triturada.

Se usa como árido en la fabricación de hormigones, como recubrimiento protector en cubiertas no transitables y como filtrante en soleras y drenajes. Es muy utilizada en la construcción.

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ArenaFigura 14

http://pixabay.com/es/arena-mar-playa-naturaleza-

oc%C3%A9ano-460471/

Conjunto de partículas de roca disgregadas, cuyo tamaño varía entre 0,063 y 2 milímetros.

Es utilizada desde tiempos muy antiguos para purificar el agua y en la construcción.

Arena SílicaFigura 15

http://www.camimex.org/index.php/secciones1/sala-de-presa/

uso-de-los-metales/arena-silica/

Compuesto resultante de la combinación del Sílice con el Oxígeno, SiO2. Se destaca su dureza, resistencia química, alto punto de fusión, piezoelectricidad y transparencia.

Es materia prima para la fabricación del vidrio y de la porcelana. Se utiliza como lecho filtrante para depurar y potabilizar agua porque retiene partículas en suspensión; por su dureza se usa para fabricar lejías, abrasivos industriales y arenados. Se usa también en la fabricación de detergentes, pinturas, hormigones y morteros, refractarias y arenas modelo.

AlgodónFigura 16

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cotton.JPG

Cada fibra de algodón es casi celulosa pura. Es agradable al tacto y no produce alergias, es muy utilizado en medicina.

Se emplea para fabricar diferentes fibras naturales y artificiales, como material filtrante y adsorbente en diferentes procesos. .

LinoFigura 17

http://www.lookfordiagnosis.com/mesh_info.php?term=Lino&lang

Es un polímero de celulosa más fuerte y rizado que el algodón. Sus fibras tienen alta resistencia mecánica y son muy elásticas.

Se usa en productos textiles manufacturados. Se utiliza en aislamiento y como material filtrante. En la industria textil en diferentes telas y constituye el hilo quirúrgico y el hilo de coser. Tiene usos medicinales.

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CarbónFigura 18

http://pt.wikipedia.org/wiki/Carv%C3%A3o_ativado#/media/

File:Activated_Carbon.jpg

Es un carbón con una gran cantidad de microporos, presenta una capacidad de adsorción elevada. Su estructura es similar a la del grafito.

Es muy utilizado en la purificación de líquidos y gases, también como decolorante de disoluciones.

Sílices porosasFigura 19

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mesoporous_Silica_Na-

noparticle.jpg

Materiales poliméricos del ácido silícico formados en un medio líquido que puede ser alcohol (alcogel) o agua (acuagel)

Importantesenprocesosde cromatografía, catálisis y procesos de adsorción y separación de gases.

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2.6.2 COMPLETEMOS LA GOLOSA POROSAAhora vamos a evidenciar los aprendizajes obtenidos acerca de los materiales porosos estudiados, jugando la “Golosa Porosa”, en la cual al igual que en la golosa que jugamos con nuestros amigos, vamos avanzando hasta llegar al salto 10, a medida que respondamos correctamente las preguntas de Falso (F) o Verdadero (V) propuestas para la actividad:

Preguntas de Falso (F) o Verdadero (V):

1. La piedra pómez es muy liviana y porosa, se utiliza en la fabricación del cemento y en procesos de filtración. (F) (V)2. La grava es la materia prima para la fabricación del vidrio (F) (V)3. La grava se origina por fragmentación de distintas rocas de la corteza terrestre (F) (V)4. El algodón es como celulosa pura (F) (V)5. Las sílices porosas se utilizan en cromatografía (F) (V)6. La activación del carbón disminuye su capacidad de adsorción (F) (V)7. La adsorción consiste en que los átomos de la superficie de un material poroso atraen las moléculas de diferentes materiales reteniéndolas (F) (V)8. El algodón es más resistente y flexible que el lino (F) (V)9. La arena sílica se usa como lecho filtrante en la potabilización del agua (F) (V)10. La arena común se utiliza desde tiempos antiguos para purificar el agua y en la construcción (F) (V)

Golosa porosa

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Actividad 3. ¿Cuál es la función de la porosidad de los huesos?

El esqueleto humano está formado por huesos, pero los huesos no son totalmente sólidos, sino que poseen espacios entre sus componentes, de manera que se forman pequeños canales por donde circulan los capilares sanguíneos, a través de los cuáles se realiza el intercambio de nutrientes.

2.7.1 CARACTERÍSTICAS DEL TEJIDO ÓSEOEl hueso es un tejido conjuntivo, que contiene abundantes minerales, capilares sanguíneos, linfáticos y nervios El tejido óseo es el principal tejido de sostén y protección de los vertebrados, cumple además funciones importantes como las siguientes:

• Almacén y regulador metabólico de elementos como el calcio y el fósforo.• Productor de células sanguíneas en la médula ósea mediante el proceso de

hematopoyesis.El hueso tiene una matriz extracelular mineralizada formada cristales de hidroxiapatita (65,95 % de fosfato cálcico cristalizado), el resto de la matriz extracelular, en su mayor porcentaje lo constituyen fibras de colágeno y glicosaminoglicanos en menor proporción. La composición del hueso le confiere gran consistencia, dureza, resistencia a la compresión y algo de elasticidad.

2.7.2 CLASIFICACIÓNEn función al tamaño de los espacios que poseen, los huesos se clasifican en compactos y esponjosos.

2.7.2.1 HUESO COMPACTOConstituye la mayor parte del cuerpo o diáfisis de los huesos largos y la parte externa de todos los huesos del esqueleto. Tiene la función de dar protección y soporte. Presenta una estructura de láminas o anillos concéntricos que rodean los conductos de Havers los cuales se extienden longitudinalmente. Los canales de Havers comunican con los canales de Volkmann que atraviesan el periostio, por ambos canales circulan los vasos sanguíneos, linfáticos y los nervios, extendiéndose por el hueso.Entre las láminas concéntricas de matriz mineral hay pequeños orificios o lacunae donde se ubican los osteocitos, los cuales intercambian sustancias a través de los canalículos, los cuales se conectan entre sí y con los conductos de Havers.

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El conjunto de canal central, láminas concéntricas que los rodean, las lacunas, canalículos y osteocitos, recibe el nombre de osteón o sistema de Havers, las láminas que quedan entre los osteones se denominan láminas intersticiales.El hueso compacto es capaz de soportar un alto grado de carga por unidad de superficie con un bajo índice de deformación, ofreciendo rigidez.El hueso posee una resistencia tensil similar al hierro forjado, siendo tres veces más ligero y diez veces más flexible y es un tejido vivo.

2.7.2.2 HUESO ESPONJOSOEl hueso esponjoso o trabecular contiene grandes espacios denominados cavidades vasculares, ocupadas por vasos sanguíneos y elementos hematopoyéticos.

No contiene osteones, las trabéculas, forman una estructura esponjosa dejando huecos en los que se aloja la médula ósea roja. Dentro de las trabéculas están los osteocitos alojados en lacunas con canalículos que salen de ellas. Los vasos sanguíneos penetran directamente en el hueso esponjoso y permiten el intercambio de nutrientes con los osteocitos.

El hueso esponjoso es el principal constituyente de la epífisis de los huesos largos y del interior de la mayor parte de los huesos.El hueso esponjoso soporta menor unidad de carga por superficie, tiene mayor índice de deformación, lo que le confiere mayor flexibilidad.

Las aves poseen huesos porosos muy livianos que les facilitan el vuelo.

El colágeno es responsable de la resistencia a la tracción en sentido longitudinal y de la elasticidad del hueso. Los cristales de hidroxiapatita y fosfato cálcico dispuestos en la matriz del hueso, son responsables de la rigidez del hueso y de su resistencia a la compresión.

2.7.3 SOPA DE LETRAS INTERACTIVA “HUESOS MATERIALES POROSOS”Recordemos algunas funciones relacionadas con la porosidad de los huesos, observando el recurso interactivo“Porosidad de los huesos”.

Ahora vamos a desarrollar la siguiente sopa de letras interactiva sobre las características de los huesos como materiales porosos:

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Pistas1. Principal tejido de soporte y protección de los vertebrados. (ÓSEO)2. Forma la matriz extracelular del hueso. (HIDROXIAPATITA)3. Por estos conductos del hueso circulan los capilares sanguíneos, linfáticos y nervios. (HAVERS)4. El hueso esponjoso también recibe este nombre. (TRABECULAR)5. El hueso esponjoso no contiene estas estructuras. (OSTEONES)6. Tejido que constituye la epífisis de los huesos largos. (ESPONJOSO)7. Propiedad inherente al tejido óseo esponjoso. (FLEXIBILIDAD)8. Propiedad inherente al tejido óseo compacto. (RESISTENCIA)9. La porosidad de los huesos de las aves los hace livianos y les permite realizar esta actividad. (VOLAR)

Para complementar nuestra comprensión del tema, vamos a escribir 5 funciones que realizan los huesos, explicando para cada una, cómo influye la porosidad de los huesos en su realización.

Funciones de los huesos relacionadas con su porosidad

Funciones de los huesos Explicación

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Siempre debemos encontrar relación entre lo que aprendemos y la realidad en que nos desenvolvemos a diario, para encontrar sentido y dar significado a lo que aprendemos.Aprendimos a separar una mezcla de agua y tierra, utilizando los siguientes procesos:Sedimentación: La mezcla de agua y tierra la dejamos en reposo para que los sólidos disueltos en el agua por su densidad se depositaran en el fondo del recipiente quedando el agua sobrenadante para someterla a filtración.

Filtración: El agua sobrenadante del paso anterior la hicimos pasar por un filtro construido con diferentes materiales porosos como arena, grava, carbón, algodón, tela, etc., de manera que el agua fluyera por los poros del material pero las partículas en suspensión que todavía contiene, quedaran adheridas a los materiales porosos.

Desinfección: El agua obtenida del proceso de filtración, la sometimos a desinfección con el fin de eliminar microorganismos patógenos y lograr su purificación.

Aplicamos las recomendaciones de la Organización Mundial de la Salud para lograr la purificación del agua utilizando soluciones fuente de cloro, como hipoclorito de sodio o de calcio, con el fin de lograr una concentración de cloro de mínimo 0,5 miligramos hasta un máximo de 5 miligramos por litro de agua, después de un tiempo de contacto mínimo de 30 minutos entre el cloro y el agua.

El aprender este proceso es fundamental en nuestra vida diaria, pues en la mayor parte del territorio colombiano, como de los demás países del mundo, la mayor parte de la población no tiene acceso a un agua de calidad para el consumo.

Nos interesamos por aprender acerca de los materiales porosos, como la arena, la grava, la piedra caliza, el algodón, el lino, el carbón activado, etc., porque rodean nuestra vida diaria y son de gran interés para la ciencia, la tecnología y la industria.

Un material o medio poroso está formado por una matriz sólida que en su interior contiene poros o huecos conectados o no conectados entre sí, entendiendo que el área que queda entre los poros determina su capacidad de adsorción, la cual consiste en que los átomos del material poroso atraen y retienen moléculas de otros compuestos, por fuerzas de “Vander Vaals”, por eso entre mayor superficie tenga el material poroso, es mejor adsorbente.

Resumen

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Aprendimos que la activación del carbón consiste en aumentar su área superficial de adsorción, de 3 a 4 metros, hasta 200 0 300 veces, por eso, el carbón activado tiene millones de agujeros microscópicos que lo hacen poseer una gran capacidad de adsorción.

Finalmente analizamos que los huesos de los vertebrados presentan las características de materiales porosos cumpliendo funciones muy importantes en el organismo del animal vertebrado como las siguientes:

• Ofrecer rigidez, sostén y protección, soportando un alto grado de carga por unidad de superficie con un bajo índice de deformación.

• Dar consistencia, dureza, resistencia a la compresión y algo de elasticidad. El hueso es un tejido vivo con una resistencia tensil , entendida como la capacidad del hueso de soportar un estiramiento o estar bajo tensión, similar al hierro forjado, pero siendo el hueso tres veces más ligero y diez veces más flexible.

• Facilitar el intercambio de sustancias a través de los vasos capilares y linfáticos, la regulación y coordinación a través de los nervios.

• Almacenar y regular el metabolismo de elementos como el calcio y el fósforo.• Producir células sanguíneas en la médula ósea mediante el proceso de hematopoyesis.• Ofrecer flexibilidad a través del hueso esponjoso, el cual presenta mayor capacidad

de deformación.• En las aves los huesos son muy livianos facilitando la formación de cavidades llenas

de aire que facilitan el vuelo.

Escribe tu propio resumen a partir de la observación de las imágenes del recurso interactivo:

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En el corregimiento de Arroyo Grande, del Distrito de Cartagena, en el Departamento de Bolívar, no se dispone de agua potable para la comunidad. En una humilde vivienda, el niño Lizander ha traído un tanque de agua proveniente de un pozo, para el consumo de su familia. Observa que el agua tiene mal aspecto, se ve turbia, está revuelta con hojas, tierra y residuos de plantas. Lizander desea hacer un tratamiento para mejorar el agua antes de consumirla, con el fin de que ni él ni su familia se enfermen.

Analizamos por grupo de trabajo el caso propuesto, respondemos a los interrogantes relacionados, organizando una presentación para sustentar la tarea en la siguiente clase, teniendo en cuenta las siguientes preguntas:

1. ¿Qué procedimiento le sugieren a Lizander para lograr la purificación del agua?

Tarea

2. ¿Qué materiales porosos, puede utilizar Lizander?

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4. ¿Cómo puede Lizander reutilizar el agua que sale del lavado de utensilios, de la ropa y de la bañera, para dar mejor uso al agua que transporta hasta su hogar?

5. Elaboren una presentación que apoye la sustentación de sus respuestas en la siguiente clase.

3. ¿Cómo puede Lizander construir un filtro ecológico que contribuya en la purificación del agua antes de que la consuma su familia?

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