Año: 2021
Guía N: 1 INTRODUCCIÓN A LA QUÍMICA Grado:
DÉCIMO
Área: Ciencias Naturales y Medio
Ambiente
Asignatura: Ciencias Naturales
Docente (s): Luz Dayra Mejía
Jaime José Maya Tobar TIEMPO: 20 DÍAS
BIENVENIDOS chic@s al fascinante mundo del estudio de la química. A pesar de las circunstancias de las circunstancias en las que nos encontramos, espero ver un grupo de jóvenes y señoritas motivados, inquietos, habidos por explorar y aprender el maravilloso mundo de las ciencias. En este nuevo año lectivo desde la virtualidad interactuaremos y nos conoceremos, ustedes a mí como profesor y yo a ustedes como estudiantes, así que, mucho ánimo, entusiasmo, dedicación y que Dios y la Virgen santísima nos acompañe.
INTRODUCCIÓN: en esta guía haremos un pequeño recuento histórico sobre la química. Luego explicaremos en qué consiste una metodología científica y finalizaremos ilustrando algunos conceptos relacionados con la notación exponencial, la medición y sus aplicaciones en la química.
ACUERDOS: los siguientes aspectos se deben tener muy en cuenta para el éxito y aprendizaje de los contenidos contemplados en la guía de estudio desde la virtualidad. - Las explicaciones de la guía de estudio y recepción de talleres de aplicación práctica se hará únicamente por la plataforma virtual
edmodo. - Puntualidad al reportar asistencia; participación activa, disposición, voluntad e interés en cada una de las asesorías. - Hacer una lectura y repaso metódico-analítico de cada uno de los contenidos contemplados en la presente guía de estudio, que le
permitirán enunciar las unidades básicas del sistema internacional e inglés de medida, sus símbolos respectivos y utilizar los factores de conversión adecuados para pasar de una unidad a otra, así como también, distinguir los conceptos de calor y temperatura e identificar las unidades empleadas para medir estas propiedades.
- Desarrollar el taller de aplicación de la teoría estudiada, justificando debidamente cada una de las respuestas.
CRITERIOS DE EVALUACIÓN: además de los criterios contemplados en los acuerdos se tendrá en cuenta los criterios de evaluación consignados en el SISTEMA institucional de evaluación y promoción de estudiantes SIEAPE. - El componente 70% conocer y hacer: estudiantes que desarrollan clases virtuales el 70% se evalúa con el desarrollo de la guía y
participación en las clases, el 30% restante presentación de una prueba escrita virtual o presencial, los estudiantes que trabajen bajo el desarrollo de guías en físico; el 70% el desarrollo de la guía y el otro 30% presentarán prueba escrita virtual o presencial.
1. IMPORTANCIA DE LA QUÍMICA
Desde la antigüedad el hombre ha intentado entender por qué y cómo
se producen los fenómenos naturales que observa a su alrededor. Este
anhelo de comprensión ha dado origen a diversas corrientes de
pensamientos, como la religión, el arte o la ciencia.
Una de las principales preocupaciones del hombre, aún desde los
tiempos más remotos, ha sido la de mejorar su forma de vida, para lo cual se ha visto presionado a introducir modificaciones en el medio
que lo rodea.
La química es una ciencia natural mediante la cual el hombre estudia
la composición y el comportamiento de la materia, así como la
relación de ésta con la energía. Pero comprender los fenómenos
naturales no solo le ha servido a la humanidad para satisfacer su
curiosidad. También ha servido para mejorar la calidad de vida de las personas. Así, materiales como plásticos, pinturas o detergentes;
medicamentos como la penicilina, y máquinas como los refrigeradores,
han sido posibles gracias al creciente conocimiento que tenemos del
mundo a nuestro alrededor y muy especialmente gracias a los avances alcanzados en la química. La vida se inicia como resultado de una serie
de reacciones.
Todos los cambios que ocurren en los seres vivos, como el
movimiento, los reflejos, la visión, el pensamiento, son consecuencias
de procesos químicos. La muerte ocurre como resultado de un
desequilibrio producido dentro del organismo y que no ha sido detenido a tiempo.
La descomposición de los organismos muertos la ocasionan
catalizadores, suministrados por bacterias que originan sustancias como gas carbónico, agua y sales minerales, que inician el ciclo en
otros seres vivos. Usted se puede considerar como la colección más
importante de sustancias y reacciones químicas del mundo, y su
cuerpo, con seguridad, posee átomos que pertenecieron a Jesucristo,
Einstein, Sócrates, y por su puesto de algún dinosaurio Prehistórico.
Cuando se entiendan los mecanismos de las reacciones químicas en
nuestro organismo, es decir, cuando la biología molecular se encuentre
más avanzada, será posible aumentar ostensiblemente la cantidad y la
calidad de vida.
2. ¿QUE ES LA QUÍMICA?
Es la ciencia que estudia la materia:
2.1 En su estructura.
2.2 En sus propiedades o características que permiten diferenciarla.
2.3 En las transformaciones que ésta experimenta y los fenómenos energéticos que pueden ocurrir en esos cambios.
3. OBJETIVOS
Los principales objetivos de la Química son:
3.1 Formación de las sustancias y descomposición de las mismas.
3.2 Propiedades generales de la materia y de las diversas sustancias.
3.3 Los cambios que ocurren cuando unas sustancias se ponen en
contacto con otras (reacciones químicas).
Se observa claramente la diferencia fundamental entre la Química, y
otras ciencias, que como la Física, también estudian la materia.
La Física se interesa por los cuerpos pero en su aspecto cinético,
dinámico; la Química más bien estáticamente, le importa la sustancia en sí; la Física por el contrario, estudia el movimiento de los cuerpos,
la fuerza con que son atraídos, sus vibraciones, su estado eléctrico, su
estado magnético, etc.; fenómenos que no afectan la naturaleza de la
sustancia: el hierro sigue siendo hierro a pesar de estar magnetizado, el cobre no deja de ser lo que es por el hecho de estar electrizado.
La química como ciencia auxiliar suministra a otras ramas del
conocimiento, como la medicina, la geología, la agronomía, etc., el enorme caudal de sus investigaciones, pero también recibe variados y
útiles aportes de otros campos de la ciencia. Vacunas, fármacos,
fertilizantes, abonos, insecticidas, plásticos, textiles, papel, etc., son el resultado de variados y complejos procesos químicos, indispensables
para el progreso de la humanidad.
4. ¿QUE ES CIENCIA?
Es un sistema de conocimientos, en desarrollo, obtenidos por los
diferentes métodos cognoscitivos, que se reflejan en conceptos
exactos, que pueden ser verificados y comprobados en la práctica social.
5. DIVISIÓN DE LA QUÍMICA
La Química se divide en dos grandes ramas:
5.1 QUIMICA GENERAL.
Que estudia la estructura de la materia, sus propiedades y
las leyes que rigen sus transformaciones.
5.2 QUIMICA DESCRIPTIVA. También llamada Química aplicada, que estudia las
propiedades particulares de cada sustancia para determinar
su aplicación a otras ramas de la ciencia, de ahí las
denominaciones de: Química médica, Química
farmacéutica, Química del petróleo, Química textil,
Química de los plásticos, Química de suelos, Química
agrícola, etc.
La gran diversidad y volumen de conocimientos acumulados por la
química, al igual que el acelerado avance de la técnica, han hecho de
que para facilitar su estudio se subdivida en áreas especializadas como:
Química inorgánica, orgánica, analítica, bioquímica, fisicoquímica
y nuclear.
5.3 QUÍMICA INORGANICA O MINERAL
Estudia la mayoría de los elementos y compuestos distintos del Carbono y
sus derivados.
5.4 QUÍMICA ORGANICA O DEL CARBONO
Estudia los compuestos que poseen el elemento Carbono en
su estructura.
5.5 QUÍMICA ANALITICA
Es la base experimental de la Química; identifica y
determina la estructura y composición de la materia. Comprende:
Análisis Cualitativo: Identifica los componentes de una
muestra dada de materia.
Análisis Cuantitativo: Determina la cantidad precisa de
cada uno de los componentes de una muestra de cualquier
sustancia.
5.6 BIOQUÍMICA
Denominada también Química Biológica, se encarga de las
transformaciones que se llevan a cabo dentro de los seres
vivos y está muy relacionada con la química orgánica.
5.7 FISICOQUÍMICA
Se interesa por la estructura de la materia y los cambios energéticos en los procesos químicos; se fundamenta en las
leyes y teorías existentes para explicar las transformaciones
de la materia.
5.8 QUÍMICA NUCLEAR
Estudia la estructura íntima de la materia y la actividad
química de los núcleos de los átomos.
6. LA QUÍMICA A TRAVÉS DE LA HISTORIA
Al hacer un pequeño recuento del desarrollo histórico de la química encontramos que ha pasado por los siguientes periodos: prehistórico,
alquimia, yatroquímica, neumática, del flogisto, moderno y atómico.
6.1 PERIODO PREHISTÓRICO.
El hombre de la edad de piedra logró la
combustión de la madera y produjo el fuego, hecho con el cual nace la historia de la
Química.
El hombre primitivo se interesaría en primer lugar por los metales por ser materiales resistentes y duraderos a los que
podía dárseles forma con mayor o menor
facilidad. Su descubrimiento y utilización dan
origen a las diferentes edades:
Edad de oro. Descubrimiento del oro la plata y el cobre.
Edad de bronce. Descubrimiento del bronce por aleación
del cobre con el estaño. Fabricación de armas.
Edad de hierro. Fabricación de acero por aleación del
hierro con el carbón. Iniciación de la metalurgia.
En pueblos tan antiguos como los sumarios, asirios y babilonios se
extraían estos metales de las minas. De todas las civilizaciones antiguas, las más avanzadas en las artes químicas fueron:
China. Los chinos elaboraron la seda artificial, conocimiento que pasó
luego al Japón, se extendió por Asia, y a principios de nuestra era se desarrolló en Europa. También los chinos fabricaron el papel, la
pólvora, la porcelana; practicaban pinturas sobre telas, bronce o
madera.
Egipto. La química entre los egipcios se caracterizó por un aspecto
eminentemente práctico. Era ejercida a manera de ritos religiosos, en
forma secreta y por personas elegidas sus laboratorios funcionaban
anexos a los templos.
Los egipcios fueron maestros de la fabricación de vidrios y esmaltes;
preparación del jabón, perfumes, bálsamos, betún; sales de sodio,
potasio, cobre y aluminio; productos de belleza y venenos; imitaron a
la perfección los metales nobles, así como el rubí, el zafiro y la
esmeralda; utilizaron ampliamente el cuero y la lana, el algodón y el lino que sabían blanquear y teñir con índigo, púrpura y rubia, no
desconociendo el uso de mordientes; con gran perfección
embalsamaban los cadáveres, como agente detergente usaron la trona
(carbonato de sodio natural), de las cenizas de la madera extraían la potasa (carbonato de potasio). Pero todas estas prácticas eran
fundamentalmente empíricas y no constituían una ciencia ni siquiera
en forma rudimentaria
Grecia. Cabe anotar que, mientras los egipcios dieron a la química un
aspecto práctico, los griegos se enrumbaron en el lado de la filosofía
especulativa.
El hombre prehistórico, al buscar el origen de la naturaleza de todo lo
que le rodeaba creo los mitos en los que cada cosa, cada fuerza natural
era un dios o una figura humana; de aquí las cosmogonías de los
pueblos primitivos, en las que los fenómenos se imaginan producidos
por fenómenos sobrenaturales cuya intervención explican todas las anomalías aparentes del universo.
Este estado teológico de la ciencia se mantuvo hasta el siglo VI a.C. ,
en que apareció en Grecia un poderoso movimiento intelectual la
escuela materialista Jónica primitiva, en Miletos (Asia menor), y sus más grandes filósofos: Tales, Anaximandro y Anaxímenes,
especularon sobre el mundo y sobre la naturaleza de la materia. El
lema de esta escuela era: “De que y de qué modo está hecho el mundo”,
la idea de la existencia de un principio permanente origen de todo fue ya un principio tangible.
Para Tales de Mileto (585 a. C.).
Observando que el alimento de animales y plantas es
la humedad, concluyó que el origen de todas las
cosas es el agua: tierra, aire, todos los seres y cosa del universo son en última instancia producto de
transformación del agua.
Para Anaximandro de Mileto (546 a.C).
Consideró que el universo estaba hecho, en su
totalidad, de una sola sustancia fundamental, el
apairon. Las cosas aparecieron de la determinación del apairon, debido a que el movimiento produjo en
su seno la separación de los contrarios. Los seres
vivos se han producido en el curso del proceso
natural. El apairon es también el fin a donde todas las cosas irán a parar en su corrupción.
Para Anaxímenes de Mileto (524 a. C.).
El origen y esencia de todas las cosas es el aire. Las
cosas y seres del universo son en ultima el producto
de la transformación del aire. El universo es una
especie de ser viviente que respira y que se mantiene unido y ordenado, envuelto por el aire infinito que los
circunda.
Otros filósofos griegos fueron:
Heráclito de Efeso (540-450 a. de C)
Sostuvo que el mundo “No ha sido creado por
ningún hombre “sino por un elemento primero, el
fuego, a partir del cual se han creado
contradictoriamente todas las cosas. Todo cambia constantemente, todo es devenir; la base del
cambio es la lucha de los contrarios y su síntesis
fundamental.
Empédocles (445 a. de C).
Aceptó los elementos de sus antecesores, a los que
agrego uno más, la tierra; postulando que los
elementos constituyentes del universo eran: tierra,
agua, aire y fuego. Estos cuatro elementos
mezclados en proporciones variadas constituyen las
cosas del mundo empírico.
Aristóteles (384-322a de C).
Nació en Estagira. Estableció los modos de manifestarse al tacto los
cuatro elementos Empédocles: lo caliente, lo húmedo y lo seco.
De acuerdo al diagrama, si la tierra que es seca y fría, se calienta y humedece
se convierte en aire y así sucesivamente. A los cuatro elementos de
Empédocles, agrego otro, “el éter o quinta esencia”, de naturaleza semiespiritual, eterno, y que no está sujeto a cambios.
A Aristóteles se debe las primeras tentativas del método experimental
en las ciencias; también fue el primero en definir la combinación química.
Uno de los grandes aportes que los griegos hicieron a la química, fue
dar el primer paso a la explicación de la constitución íntima de la materia.
Leucipo y su discípulo Demócrito, consideraron que la sustancia
primaria era sólida, increada, indestructible,
discontinua, y formada por pequeñas partículas
materiales, imperceptibles, dotadas de
movimientos, con forma determinada, ni se crean,
ni cambian , ni perecen (los átomos). Postularon
lo que hoy se considera como los fundamentos de la teoría atómica:
Toda la materia está formada por
partículas pequeñísimas llamadas átomos que son eternos, indestructibles, indivisibles.
Los átomos de elementos diferentes varían en peso y tamaño.
El espacio entre los átomos es vacío.
Los átomos están en movimiento constante.
Plantón y Aristóteles se declaran adversarios del atomismo y niegan la discontinuidad de la materia y el vacío, proponiendo la teoría de la
continuidad de la materia.
Epicuro (341-370 a de C).
Dio el nombre de átomo (indivisible). Revivió y
apoyo el atomismo de Demócrito. No admite en la
naturaleza más que la materia, y descarta la existencia de un Dios creador del universo.
6.2 PERIODO DE LA ALQUIMIA.
La alquimia se inicia en Egipto y Mesopotamia hace aproximadamente
22 siglos; posteriormente se extendió por Arabia, India, China y tuvo
su máximo apogeo en Europa en la época Medieval.
En un principio fue la principal preocupación de los alquimistas la
consecución de la piedra filosofal, llamada
también quinta esencia que tendría la propiedad de
transformar los metales en oro. Otro objetivo era el de conseguir la eterna juventud, lo cual era un
hecho si se lograba preparar el “elixir filosofal o
de la larga vida”, imaginado como una infusión
de la piedra filosofal, el cual debía eliminar la enfermedad, devolver la juventud, prolongar la vida e incluso asegurar la inmortalidad.
Los trabajos de los alquimistas aunque infructuosos en el
descubrimiento de la piedra filosofal y del elixir de la larga vida, produjeron indudables progresos a la química del laboratorio ya que
idearon gran cantidad de equipos entre los cuales se cuentan hornos de
calentamiento y equipos de destilación. Durante este tiempo se
descubrieron varios elementos como el fósforo, arsénico; antimonio y
bismuto e igualmente se estudiaron las propiedades de muchos
compuestos; obtuvieron el alcohol o espíritu del vino, y ácidos
minerales como el nítrico y el sulfúrico.
La alquimia fue en general una práctica secreta debido a los hombres
que la relacionaban con la magia y a causa de Dios, pues los
alquimistas se creían los elegidos para ser depositarios de la verdad y
por ello no debían divulgar sus conocimientos.
6.3 PERIODO DE LA YATROQUÍMICA
Se inició en el año de 1.500 con Paracelso, quien
afirmaba que uno de los objetivos principales de la
química era el de obtener drogas para el tratamiento
de las enfermedades. Aparece una transición entre la
alquimia y la verdadera química, que se conoce como yatroquímica o química médica. Paracelso, médico suizo, alquimista
y profesor, poseía una amplia información de la química de su tiempo
y enfatizó sobre la importancia del método experimental como medio
para llegar al conocimiento.
6.3 PERIODO DE LA NEUMÁTICA
Este periodo se caracterizó por el estudio de los gases. Juan Bautista
Von Helmont invento la palabra gas y la introdujo en la química
(1.609) reconoció la existencia del gas carbónico, llamándolo “gas
silvestre”.
Robert Boyle, es el primer químico que rompe abiertamente con la
tradición alquimista. En su obra “El químico escéptico” destruye la teoría de los cuatro elementos de Empédocles.
Precisó el concepto moderno de elemento químico
adopta la teoría atómica para explicar las
transformaciones químicas, además establece los conceptos de mezcla y combinación. Formula la ley
empleada en gases denominada “ley de Boyle” o
“ley de la compresibilidad de los gases.
6.5 PERIODO DEL FLOGISTO
George Sthal, químico y médico Alemán, propone la teoría del
Flogisto, supone que toda sustancia combustible, contiene un
“principio inflamable” denominado flogisto; en la combustión se
desprende el flogisto con acompañamiento de luz y calor y queda un
residuo, la “ceniza” del cuerpo combustible. Cuanto más inflamable
es un cuerpo más rico es en flogisto. El producto de la combustión es más pesado que el cuerpo sin quemar.
Metal + Calor Ceniza + Flogisto.
6.6 PERIODO MODERNO
Antonio Lavoisier destruye la teoría del flogisto al explicar el proceso
de la combustión desde el punto de vista de la oxidación; observó que
parte del aire en contacto con el material que ardía se empleaba en su combustión y que el aumento de
peso era igual al peso del aire que desaparecía.
Según Lavoisier el aire estaba formado por dos gases
y que solo uno de ellos intervenía en la combustión. Crea las bases de la química moderna. Establece la
noción precisa de sustancia pura. En sus investigaciones usa
sistemáticamente la balanza y el principio de la conservación de la
materia. Participa en la elaboración de una nueva nomenclatura, introduce el método científico en la química y se le considera el
fundador de la “fisiología” por sus estudios acerca de la respiración.
La química tuvo su principal evolución durante el siglo XIX llamado el siglo de la química, porque gran número de científicos descubrieron
principios fundamentales: Faraday con la electroquímica, John Dalton
en 1808 enunció su teoría atómica basándose en la antigua de Leucipo
y Demócrito, y junto con Proust y Gay Lussac propusieron las leyes
fundamentales de la química.
Un paso fundamental fue la síntesis de la Urea por el químico alemán
Wholer en 1828, a partir del cianato de amonio; con esta síntesis acabo con teoría vitalista que decía que solo los seres vivos podían sintetizar
compuestos orgánicos.
En esta época figuraron muchos exponentes de la investigación química, los cuales sentaron bases firmes para nuestros conocimientos
químicos. Merecen destacarse: Berzelius (pesos atómicos), Lothar
Meyer y Mendeleieff, por la ordenación periódica de los elementos;
Kékule por el descubrimiento de la tetravalencia del carbono y
estructura del benceno; etc.
6.7 PERIODO ATÓMICO
En el siglo XX se inicia la era atómica, con el descubrimiento de los
rayos X por Wilhelm Roentgen en 1895 y el de la radioactividad por
Henry Becquerel en 1896.
A partir de entonces la química avanzó a grandes pasos: se precisó la
estructura del átomo, se hizo posible la transformación de algunos
elementos en otros y se hallaron nuevos elementos.
En el siglo XX es un periodo de grandes cambios. En
1905, Albert Einstein (1879-1955) presenta la teoría
de la relatividad, con lo cual sacude las bases teóricas
de la física y la química.
De este periodo conocido como atómico se destacan: Otto Hahn y
Strassman, quienes descubrieron la fisión nuclear:
Fermi y Oppenheiner quienes realizaron la primera reacción en cadena, base para la fabricación de la bomba
atómica.
En la era espacial la química preparo combustibles y aleaciones para los cohetes y satélites exploradores.
7. EL MÉTODO CIENTÍFICO.
La química es una ciencia experimental lo cual significa que sus
principios y leyes:
Provienen de la experimentación.
Son demostrables en la práctica.
Tienen aplicación de orden práctico.
7.1 CARACTERISTICAS GENERALES
El desarrollo del conocimiento científico, es decir, la creciente comprensión que tenemos del mundo que nos rodea, se basa en la
experimentación y en el posterior planteamiento de explicaciones, que
a sus ves son la base para la construcción de teorías científicas.
Al analizar un determinado fenómeno, intentando establecer por qué
motivo se produce, qué factores intervienen en él, qué relación tiene
con otros fenómenos, etc., se puede proceder de dos maneras. En
algunos casos basta con realizar una descripción detallada del fenómeno, sin necesidad de hacer mediciones, por lo cual se dice que
es un trabajo cualitativo. En otros casos, es necesario realizar
mediciones, precisas y rigurosas para formular matemáticamente las
observaciones y las conclusiones derivadas de éstas. Se dice entonces
que el trabajo científico es cuantitativo
7.2 El PROCESO DEL CONOCIMIENTO
El proceso del conocimiento de la verdad comprende tres fases
fundamentales: Sensitiva, Racional, y Comprobatoria.
7.2.1 Fase Sensitiva. Durante esta fase se perciben los fenómenos directa o indirectamente por sentidos, se acumulan, se clasifican, y se
generalizan los hechos en lo que viene a constituir una LEY
EMPIRICA. El factor humano predominante en esta fase son los
sentidos.
7.2.2 Fase Racional. Se caracteriza fundamentalmente porque en esta
fase se explican las leyes formuladas en la fase sensitiva, mediante
argumentaciones conocidas como HIPÓTESIS, las cuales si son capaces de predecir con cierta exactitud los fenómenos futuros, se
constituyen en teorías, el factor humano predominante en esta fase es
la razón
7.2.3 Fase Comprobatoria. Esta última fase de la investigación
científica, consiste en someter a condiciones experimentales
artificiales, los conocimientos obtenidos en las fases anteriores. En esta fase se logra la mayor aproximación entre el fenómeno real (Objetos)
y el conocimiento que dé él se tiene (Sujeto). Los sentidos y la razón
(Sujeto) se integran al objeto para logar un conocimiento objetivo y
por lo tanto científico, que se constituye en LEY.
7.3 METODOLOGIA CIENTÍFICA.
No existe una metodología única para desarrollar un proceso científico. Cada área del conocimiento tiene sus propios métodos, sus propias
estrategias y enfrenta los problemas de su área desde distintos ángulos;
sin embargo todas se rigen por unos principios comunes. En el caso de
las ciencias experimentales como la química, la biología y la física casi siempre emplean un método común, en el cual se pueden diferenciar
las siguientes etapas:
Observación de fenómenos:
La observación es la base del trabajo
científico. Observamos para entender por
qué o cómo ocurren los fenómenos. Nos servimos de nuestros sentidos y de
diversos instrumentos de medida para
observar y luego de haber realizado
anotaciones y mediciones repetidas veces, podemos plantear preguntas concretas.
Por ejemplo, ¿por qué cuando mezclo dos compuestos
obtengo un tercero de otro color? Es muy importante que las observaciones que hagamos puedan ser reproducidas y
confirmadas por otras personas. Una vez se ha definido el
fenómeno que se quiere estudiar, en primer lugar se debe
observar su aparición las circunstancias en las que se produce y sus características.
Revisión de trabajos previos:
El segundo paso consiste en consultar
diversas fuentes para informarse acerca de
lo que se conoce hasta el momento sobre
el tema que se va a tratar. Por esta razón se dice que la ciencia es a cumulativa, pues
los nuevos conocimientos se construyen sobre los anteriores
y de esta manera se van ampliando.
Formulación de hipótesis:
El paso siguiente es proponer respuestas a las preguntas que nos habíamos formulado
anteriormente, es decir, se trata de idear
posibles explicaciones del fenómeno
observado.
Comprobación experimental de la hipótesis:
A continuación se intenta probar si la
hipótesis planteada logra explicar
satisfactoriamente el fenómeno en
cuestión. Para ello se diseña un
experimento, pero bajo condiciones controladas.
Con esto, es posible discernir el efecto de tal o cual factor
sobre el desarrollo del fenómeno. Cuando hablamos de controlar las condiciones nos referimos a definir
intencionalmente ciertas variables que creemos puedan
afectar el desarrollo del fenómeno.
Planteamiento y divulgación de las conclusiones:
Las observaciones y datos obtenidos en el experimento
constituyen resultados concretos que deben ser analizados con el fin de determinar si corroboran o no las hipótesis y
plantear luego las conclusiones
En caso afirmativo, la hipótesis generará una teoría científica, es decir, una explicación que da
razón de lo observado. De lo contrario se
procede a replantearla y a diseñar nuevos
experimentos. Las conclusiones deben ser comunicadas al resto de la comunidad
científica, con el fin de generar discusiones
y permitir que sean utilizadas como punto de partida para
otros descubrimientos o como fundamento para aplicaciones tecnológicas.
Elaboración de leyes:
Después de una serie de experimentos, es
posible evidenciar regularidades y
relaciones entre diferentes sucesos que se
enuncian de manera concisa y matemática en forma de leyes matemáticas. A
diferencia de una teoría, una ley es descriptiva, no
explicativa y se aplica a un conjunto bien definido de
fenómenos, por lo que no puede tomarse como una verdad absoluta.
8. NOTACION EXPONENCIAL O CIENTIFICA
La notación científica es un método que permite escribir con
comodidad cifras muy grandes y muy pequeñas. Un número
normal se escribe en notación científica así:
Una forma fácil de identificar la potencia adecuada de
10 consiste en contar el número de lugares que se deben mover la coma para obtener un número entre 1 y 10.
Ejemplo. Escribir en notación científica las siguientes
cifras:
18500 = 1,85 x 104 = 1,85 x 10 x 10 x 10 x 10 = 18500
18.000.000 = 1,8 x 107
0.00007 = 7,0 x 10-5
Cuando se escribe un número exponencial sin un
coeficiente explícito, significa que es 1. Ejemplo.
1 = 100
Qué valor tiene 106 = 1000.000 y 0.0001 = 10- 4
En la notación científica se acostumbra a emplear
solamente un dígito antes del punto decimal.
Ejemplo. Los números 7,82 x 106 y 78,2 x 105
expresan el mismo valor, pero la primera notación es la correcta
8.1 OPERACIONES CON EXPONENTES
Al mover dentro de una cifra el punto decimal hacia la izquierda se
obtiene un exponente positivo y corriéndolo a la derecha se obtiene un
exponente negativo. Ejemplo.
0,42 x1023 = 4,2 x 1022
40,3 x 10-9 = 4,03 x 10-8
SUMA O RESTA
Para sumar o restar deben tener el mismo exponente.
Ejemplo
1 x 105 + 4,5 x 106 = 1 x 105 + 45 x 105 = 4.6 x 106
3,08 x 104 + 4,2 x 103 = 3,08 x 104 + 0,42 x 104 = 3.5 x 104
3,8 x 102 - 2,5 x 103 = 3,8 x 102 - 0,25 x 102 = 3.55 x 102
MULTIPLICACIÓN Para multiplicar, se deben sumar algebraicamente los
exponentes.
Ejemplo. Calcular el producto.
(1,5 x 104) (2 x105) = 3 x 104+5 =3 x 109
(2,5 x 106) (6 x 10-4) = 15 x 106-4 = 15 x 102 = 1,5 x 103
DIVISIÓN
Para dividir, se deben restar algebraicamente los exponentes.
Ejemplo. Determinar el cociente de
(4 x 10-6) / (2 x 10-8) = 2 x 10-6+8 = 2 x 102
(4 x 106) / (2 x 10-3) = 2 x106+3 = 2 x 109
Cuando una potencia se encuentra elevada a otra potencia los
exponentes se multiplican entre sí. Ejemplo:
(4 x 1013)2 = 16 x 1026 = 1,6 x 1027
(4 x 10-5)3 = 64 x 10-15 = 6,4 x 10-14
9. LA MEDICIÓN
La química trabaja con las propiedades de la materia. Estas
propiedades se identifican mediante la realización de mediciones. Medir consiste en comparar una magnitud o propiedad de los cuerpos
con otra que se toma como patrón. No todos los rasgos que
caracterizan un cuerpo o un determinado fenómeno pueden ser
cuantificados. Así, por ejemplo, el olor, el color, la belleza no pueden ser estimados objetivamente, sino que dependen de la apreciación de
diferentes individuos. Aquellos rasgos que pueden ser medidos se
denominan magnitudes físicas.
9.1 MAGNITUDES FÍSICAS.
Existen dos tipos de magnitudes físicas:
9.1.1 Magnitudes fundamentales.
Son aquellas que no dependen de ninguna otra medida,
expresan simplemente el número de veces que está la unidad patrón en lo que se desea medir, por ejemplo la masa, la
temperatura, la longitud, el tiempo, etc.
9.1.2 Magnitudes derivadas.
Son aquellas que se expresan como la relación entre dos o
más magnitudes fundamentales. Por ejemplo, el volumen de
un cuerpo se deriva de elevar al cubo una magnitud de longitud. A su vez, la densidad es una magnitud derivada que
indica la cantidad de masa presente en una cierta cantidad de
volumen.
10. EL SISTEMA INTERNACIONAL DE MEDIDAS
Para comparar las magnitudes de los cuerpos y procesos se usan
sistemas de medida, los más usados son sistema internacional (S. I.)
y el sistema inglés. La conferencia general de pesas y medidas
modificó el sistema métrico en 1.960 y creo el S I de medición. En el sistema inglés, la masa, la longitud, y el volumen carecen de los
patrones materiales legales del sistema internacional.
10.1 MEDIDAS DE LONGITUD
Longitud, es la distancia entre dos puntos, o la mayor de las
dimensiones de una superficie. La unidad patrón de medida en el S.
I. es el metro, definido por la conferencia general de pesas y medidas como 1.650.763,73 veces, la longitud de onda de la luz roja - naranja
emitida por el átomo de criptón -86, cuyos múltiplos y submúltiplos en
el S.I. en inglés son:
UNIDAD SÍMBOLO EQUIVALENCI
A
Picómetro pm 10-12 m
Angstrom 10-10 m
Nanómetro nm 10-9 m
Micra M 10-6 m
Milímetro mm 10-3 m
Centímetro cm 10-2 m
Decímetro dm 10-1 m
Metro m 100 cm
Kilómetro km 1000 m
Pulgada pulg 2,54 cm
Pie pie 30,48 cm
Milla milla 1,609 km
Yarda yd 0,914 m
10.2 MEDIDAS DE MASA
Masa, es la cantidad de materia que presenta un cuerpo. La unidad de
patrón de masa en el S.I. es el kilogramo que equivale a la masa de
1000 cm 3 de H2O, medido a 3,98°C.
UNIDAD SÍMBOL
O
EQUIVALENCIA
Unidad de masa
atómica
u.m.a 1,66 x 10-24 g
Microgramo Mg 10-6 g
Miligramo mg 10-3 g
Gramo g 1000 mg
Kilogramo kg 1000 g
Libra americana lb 453,6 g
Onza oz 28,35 g
Tonelada t 907,2 kg
10.3 MEDIDAS DE VOLUMEN.
Volumen, es el espacio ocupado por un cuerpo. El volumen es una
magnitud derivada, es decir, se halla multiplicando tres dimensiones:
ancho, profundidad y longitud. La unidad patrón en el S.I. es el m3,
que equivale a un cubo de 100 cm por cada lado.
UNIDAD SÍMBOLO EQUIVALENCIA
Mililitro ml 10-3 l o 1 cm3
Decímetro
cúbico
dm3 1l o 1000 cm3
Litro l 1000 ml
Metro cúbico m3 1000 l
Pie cúbico pie3 28.32 l
Galón galón 3,785 l
10.4 MEDIDAS DE PRESIÓN
Presión es la fuerza ejercida por unidad de área. En los gases, ésta
fuerza actúa en forma uniforme sobre todas las partes del recipiente.
UNIDAD SÍMBOLO EQUIVALENCIA
Pascal pa 1 newton fuerza por m2
de área.
Atmósfera
atm
760 mm de Hg
760 Torr
76 cm de Hg
10.5 MEDIDAS DE TIEMPO
UNIDAD SÍMBOLO EQUIVALENCIA
Minuto min 60 s
Hora h 3.600 s
Día d 24 h = 86.400 s
10.6 EQUIVALENCIA ENTRE UNIDADES.
Se puede dar en forma directa haciendo la medición, o indirecta
utilizando una operación matemática ; entonces se habla de conversión
de unidades y se utilizan los llamados factores de conversión, que son
una razón numérica de unidades que es igual a 1 y para que exista es necesario que exista una ecuación. Ejemplo
1 Lb 453,6 g
453,6 g 1 Lb
11. CALOR Y TEMPERATURA
11.1 CALOR
Es la energía térmica que se transfiere de un sistema a otro debido a la
diferencia de temperaturas entre los dos sistemas. El papel del calor
como una forma de transferir energía, se observa en muchos cambios físicos. Ejemplo, el hielo durante su fusión absorbe energía térmica
del ambiente (más caliente) que lo rodea; el agua líquida que se forma
tiene más energía térmica que el hielo. Si el agua líquida transfiere la
energía térmica al ambiente (a una temperatura más baja) se forma el hielo.
11.2 TEMPERATURA
Es una medida de la capacidad de un sistema para transferir calor o
recibirlo de otro sistema. La temperatura es una propiedad que
determina la dirección de la transferencia de calor. Por Ejm, si dos
cuerpos en contacto están a diferente temperatura, el calor fluye del cuerpo de mayor temperatura al más frío.
El calor se mide como una cantidad de energía y la temperatura es una
medida de la intensidad de calor.
11.2.1 MEDIDAS DE TEMPERATURA
Para medir la temperatura se usan propiedades físicas que cambian con ella como la dilatación, base del funcionamiento de los termómetros.
El alcohol y el mercurio son líquidos que se dilatan con el aumento de
temperatura; el grado de dilatación es proporcional a dicho aumento.
La mayoría de los materiales conocidos se expanden, es decir, experimentan un aumento de volumen, cuando su temperatura
aumenta, y se contrae cuando ésta disminuye. .Las escalas de
temperatura de mayor uso son: Celsius o centígrada, Kelvin o absoluta,
Farenheit y Rankine.
ESCALA CELSIUS O CENTÍGRADA: Tiene como
puntos de referencia el punto de congelación del agua 0°C
y su punto de ebullición a 100°C, el intervalo entre estos dos valores está dividido en 100 partes iguales y cada una
de ellas es equivalente a un grado centígrado.
Teóricamente hablando se ha hallado que el cero
absoluto o la mínima temperatura posible es de - 273°C.
ESCALA KELVIN O ABSOLUTA: Toma como punto de
congelación del agua a 273°K y como punto de ebullición a 373°K, el intervalo entre estos dos valores está dividido
en 100 partes iguales y cada una de ellas equivale a un grado
Kelvin. Considera como cero absoluto o temperatura
mínima teórica posible 0°K.
ESCALA FARENHEIT: Considera como punto de
congelación del agua 32°f y como punto de ebullición
212°f, el intervalo entre estos dos valores está dividido en 180 partes iguales y cada una corresponde a un grado
Fahrenheit. Toma como cero absoluto o temperatura
mínima teórica posible - 460°f
ESCALA RANKINE : Tiene como puntos de referencia
el punto de congelación del agua a 492°R y su punto de
ebullición a 672°R. El intervalo entre estos dos valores está
dividido en 180 partes iguales y cada una de ellas equivale
a un grado Rankine. Considera como cero absoluto o
temperatura mínima teórica posible 0°R. Por lo tanto, el
cero absoluto de esta escala corresponde al cero absoluto de
la escala kelvin.
De las equivalencias anteriores podemos entonces deducir las
siguientes ecuaciones:
9
°f = . °C + 32
5
5
°C = . (°f - 32)
9
°K = °C + 273
°C = °K - 273
°R = °f + 460
°f = °R - 460
10.1 MEDIDAS DE CALOR
Siendo el calor una forma de energía, que se transfiere de un sistema a otro en virtud de una diferencia de temperatura, se puede determinar la
cantidad de calor midiendo el cambio de temperatura de una masa
conocida que absorbe calor desde alguna fuente.
El calor se mide en Julios, que es una unidad de energía, no obstante,
la caloría es más comúnmente empleada.
La caloría se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la
temperatura de un gramo de agua en un grado centígrado. Frecuentemente se emplea un múltiplo de la caloría, denominada
kilocaloría, que equivale a 1000 calorías.
TALLER DE APLICACIÓN PRÁCTICA
Conteste las siguientes preguntas de selección múltiple con única
respuesta y justifíquelas debidamente.
Conteste las preguntas 1 a 3 teniendo en cuenta la siguiente
información:
Se dispone de tres cifras exponenciales, cuyos valores se especifican
en el siguiente cuadro:
Cifra
exponencial.
Valor
A 424 x 10-8
B 0,0048 x 109
C 34800 x 10-10
1. De los valores A, B y C, se puede afirmar, que su correcta
expresión en notación científica es respectivamente:
A. 42,4 x 10-6, 48 x 106, 34,8 x 10-6.
B. 4,24 x10-10, 4,8 x 1011, 3,48 x 10-14.
C. 4,24 x 10-6, 4,8 x 106, 3,48 x 10-6.
D. 4.24 x 10-10, 4,8 x 106, 3,48 x 10-14.
2. Al multiplicar el valor de A con B, el planteamiento
matemático correcto es:
A. (424 x 10-8) (0,0048 x 109) = 1, 814 x 101.
B. (42,4 x 10-7) (00,048 x 108) = 1,814 x 101.
C. (4,24 x 10-6) (4,8 x 106) = 2,03 x 101.
D. (4,24 x 106) (4,8 x 10-6) = 1,814 x 101.
3. Al dividir los valores de B y C, se puede decir, que su
expresión matemática correcta es:
A.
B.
C.
D.
4. La densidad de la acetona a condiciones normales de
presión y temperatura es 0,792 g/ml; para expresar su
densidad en Oz/pie3, el proceso matemático que se haría
es:
A. 0.792
B. 0.792
C. 0.792
D. 0.792
5. El espesor de una película de jabón es aproximadamente 60
°A, en pulgadas, la expresión matemática que se haría es:
A. 60 °A
B. 60 °A
C. 60 °A
D. 60 °A
6. Se realiza un experimento para determinar la dilatación
térmica de cuatro materiales líquidos. Para esto se aumenta
la temperatura de cada material determinando su
dilatación térmica. Los resultados obtenidos se ilustran en
las siguientes gráficas:
El material que puede utilizarse para un termómetro que
funcione en una escala de 0 °C a 100 °C es:
A. 2 porque hay una dilatación proporcional al aumento
de la temperatura.
B. 1 porque tiene una dilatación constante hasta 100 °C.
C. 3 porque hay una dilatación a intervalos constantes.
D. 1 porque se dilata constantemente hasta 120 °C.
7. Cuando arde una cerilla se desprenden aproximadamente
500 calorías y si aplicamos una cerilla encendida a 1 cm3 de
agua, ésta se calienta pasando de 10 °C a 20 °C. De lo
anterior podemos afirmar que:
A. Tanto el calor como la temperatura se miden en las
mismas unidades.
B. El calor y la temperatura son dos conceptos muy
relacionados poro diferente.
C. La cerilla es un conductor de calor y temperatura.
D. El calor y la temperatura son dos conceptos idénticos.
8. Se tiene una barra de hierro al rojo vivo. Posteriormente se
pone en contacto otra barra del mismo metal
completamente fría, comprobándose después de un
tiempo que las dos barras se encuentran a la misma
temperatura. Este proceso se define como:
A. Dilatación.
B. Temperatura.
C. Calor.
D. Rozamiento.
9. Se realiza el siguiente experimento: A tres recipientes que
contienen diferentes volúmenes de agua se les toma la
temperatura como se muestra en el siguiente gráfico:
Sabiendo que los tres recipientes están construidos del
mismo material y que se encuentran a la misma
temperatura ambiente, se puede esperar que:
A. El agua del recipiente A esté a mayor temperatura que
los recipientes B y C.
B. El agua de los recipientes A y C estén a menor
temperatura que el recipiente B.
C. El agua del recipiente C esté a menor temperatura que
los recipientes A y B.
D. El agua de los tres recipientes esté a la misma
temperatura.
Conteste las preguntas 10 a 12 teniendo en cuenta la siguiente
información:
El calentamiento global es el aumento de la temperatura de la Tierra
debido al uso de combustibles fósiles y a otros procesos industriales
que llevan a una acumulación de gases invernadero (dióxido de
carbono, metano, óxido nitroso y clorofluorocarbonos) en la
atmósfera, los cuales reaccionan con la capa de ozono destruyéndola
y formando algunos ácidos (ácido clorhídrico, ácido sulfhídrico, ácido
carbónico, etc.) que al precipitarse en lluvia generan otro tipo de
contaminación para nuestro planeta como es el caso de la lluvia ácida.
Según el texto anterior, podemos decir que:
10. Una de las ramas de la química que pueden ayudar a
estudiar y solucionar este problema es:
A. La fisicoquímica.
B. La química farmacéutica.
C. La bioquímica.
D. La química analítica.
11. En cuanto a este problema de actualidad, la actitud
adecuada de una persona debe ser:
A. Pasiva, ya que alguien se va a interesar por resolver el
problema.
B. Represiva, atacando a las personas e industrias que
generan la contaminación de nuestro medio ambiente.
C. Activa, buscando procesos que generen cambios de
mentalidad en aquellas personas e industrias que no
contribuyen con el medio ambiente.
D. Distraída, ya que ese problema todavía no me ha
tocado.
12. El calentamiento global genera modificaciones en:
A. El calor, ya que aumentará progresivamente haciendo
que los polos se descongelen incrementando el nivel
de los mares.
B. El calor, ya que aumentará la temperatura
descongelando los polos y generando el aumento de
los mares, ocasionando inundaciones alrededor del
mundo.
C. La temperatura, ya que aumentará progresivamente
en los polos haciendo que se descongelen,
incrementando el nivel de los mares, y generando, por
último, inundaciones en las regiones costeras del
mundo.
D. La masa de agua en la Tierra, haciendo que se originen
inundaciones alrededor del mundo.
Conteste las preguntas 13 a 17 teniendo en cuenta la siguiente
información:
13. Teniendo en cuenta la anterior figura se puede concluir que:
A. 100 °C es igual a 273 °K.
B. Un cambio de temperatura de 1 °C es equivalente a un
cambio de temperatura de 1°K.
C. 0 °C es igual a 0 °K.
D. Un cambio de temperatura de 1 °C es equivalente a un
cambio de temperatura de 100 °K.
14. De acuerdo a la situación presentada en la gráfica, podemos
decir que:
A. Cuando el termómetro marca -273 °C es igual a 273
°K.
B. Cuando el termómetro marca 100 °C es igual a 373 °K.
C. Cuando el termómetro marca 0 °K es igual a 0 °C.
D. Cuando el termómetro marca 273 °K es igual a 100 °C.
15. Una señora, decide ir al salón de belleza para hacerse una
depilación usando cera caliente. La señora pregunta a la
estilista sobre la temperatura a la que aplican la cera sobre
el cuerpo. La estilista le responde que a 298 °K, la señora se
asusta más aún, pero la estilista le explica que en la escala
de temperatura Kelvin se toma 273 °K como punto de
congelación del agua y 373 °K como punto de ebullición del
agua. En la escala de temperatura Celsius se toma 0 °C como
punto de congelación del agua y 100 °C como punto de
ebullición.
La señora después de hacer sus cálculos queda tranquila y
se realiza la depilación con cera. La razón por la cual la
señora se realiza la depilación con cera muy probablemente
sea porque 298 °K equivalen a:
A. 25 °C.
B. 30 °C.
C. 38 °C.
D. 40 °C.
16. En una experiencia de laboratorio, un estudiante determina
que el punto de ebullición del agua en grados Celsius en
Guachucal es aproximadamente 87 °C, por lo tanto, su
temperatura de ebullición en la escala Kelvin será:
A. 360 °K.
B. -186 °K.
C. -300 °K.
D. 273 °K.
17. En la escala de temperatura Kelvin se toma 273 como el
punto de congelación del agua y 373 como su punto de
ebullición; en la escala de temperatura Celsius se toma 0
como punto de congelación del agua y 100 como punto de
ebullición, como se indica en el gráfico. De lo anterior
podemos determinar que 328 °K corresponden en grados
Celsius a:
A. 328 °C.
B. 55 °C.
C. 228 °C.
D. 105 °C.
18. Si por acción del calentamiento global la Tierra incrementa
su temperatura por década en 0,2 °C, eso en Fahrenheit
(°F), absoluto o Kelvin °(K) y Rankine (°R) respectivamente
es:
A. 32.36 °F, 491,76 °K y 273,2 °R.
B. 32.36 °F, 273.2 °K y 491,76 °R.
C. 491,76 °F, 273,2 °K y 32,36 °R.
D. 273,2 °F, 32,36 °K y 491,76 °R.
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