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Conocimientos fundamentales de ciencias y su didáctica
Sede Tacuba
“La mayoría de los conceptos que nos son familiares tienen algo de tangible, algo que puede ser reconocido por nuestros sentidos. El aprendizaje de este tipo de conceptos nos resulta más sencillo que el aprendizaje de conceptos más abstractos”
Galagovsky, Lydia y col. (2003)
Reflexionando sobre el mundo macroscópico…Reflexionando sobre el mundo macroscópico…
“Es práctica común definir a la química como la ciencia que estudia la materia.”
“Lo que hay es una inmensa variedad de materiales. En la imposibilidad de abarcar esa infinidad de materiales, el hombre ha creado el concepto de materia.”
“Los materiales que contienen más de una sustancia son mezclas.”
“La materia entonces se manifiesta o está presente en todos los materiales que existen en el Universo. Todos los materiales son mezclas de sustancias. La pureza es tan sólo el índice de qué proporción se encuentra cada sustancia en determinado material.”
Plinio Sosa (1999)
Reflexionando sobre el mundo macroscópico…Reflexionando sobre el mundo macroscópico…
¡Comencemos a lo grande!¡Comencemos a lo grande!Lo que observamos, clasificamos y medimosLo que observamos, clasificamos y medimos
¡Guácala!, ¿por qué sabe horrible?¡Guácala!, ¿por qué sabe horrible?
“Clasificamos con base en lo que percibimos con nuestros sentidos y en nuestra experiencia”
Decidimos de las cosas qué nos :
• gusta• desagrada• hace bien• hace daño
• Agrupamos• Mezclamos
• Evitamos algunas combinaciones
¿Todas las sensaciones que se disfrutan o se sufren se deben a que actúa alguna sustancia en el organismo?
¿Porqué es importante clasificar?
Al estudiar cualquier material generalmente se observan todas sus características y después se le clasifica, modifica e incluso se llega a imitarla.
Entre muchas otras, una forma de clasificar la materia es por su composición:¿se está observando una sola sustancia o una mezcla de varias?
Al clasificar podemos hacer correlaciones.
Descubrir comportamientos comunes, y reconocer ciertas propiedades de los materiales
Clasificando y analizando fue como se reconoció la sustancia
que causa las euforias y las jaquecas del
chocolate por ejemplo.
Mezclas y sustanciasMezclas y sustancias
Materiales cotidianos Mezclas que contienen dos o más sustancias
• Su composición se refiere a la cantidad de cada una de las sustancias que contiene.
• Las mezclas no tienen una composición siempre igual, puede variar.
• Es importante conocer su composición, porque de ella dependen sus propiedades.
• Puede haber mezclas con las mismas sustancias pero en distinta cantidad.
Las sustancias aisladas son difíciles de encontrar naturalmente y también de obtener de manera artificial.
“Vivimos mezclados entre mezclas”
Separación de mezclasSeparación de mezclas
Separación de una mezcla
• Identificar las sustancias que las componen• Saber cuánto hay de cada una• Aislar las sustancias• Poder utilizarlas
Pueden emplearse métodos sencillos sin cambiar la identidad de las sustancias que la integran.
Estos procedimientos se denominan métodos físicos y se basan en identificar y aprovechar las características que distinguen a la sustancia que se desea separar:
• Cristalización• Destilación• Filtración• Extracción• Cromatografía
Sustancias únicas e inigualablesSustancias únicas e inigualables
Sustancias
Propiedades físicasCaracterísticas, se pueden medir y observar sin modificar la sustancia: • Color• Temperatura de ebullición y fusión• Conductividad eléctrica• Solubilidad en agua• Densidad
Propiedades químicascómo y con qué otras sustancias son capaces de reaccionar.
Involucran cambios químicos, que conllevan a “transformar a la sustancia en otra u otras sustancias diferentes”
Y todo esto, ¿para qué?
Clasificamos y analizamos las propiedades de la materia para estudiarla y entender sus reacciones químicas.
Entender cómo cambia e identificamos si las modificaciones son físicas o químicas.
¿De qué están formadas las sustancias?¿De qué están formadas las sustancias?
¡Pues de átomos! ¡Eso todo el mundo lo sabe!
Pero no todo el mundo lo usa para explicar las diferencias y semejanzas de las sustancias que nos rodean.
Química
Separar mezclas y obtener sustancias aisladas y aprovechar sus propiedades individuales o bien juntarlas y hacer mezclas con una combinación de propiedades útiles o interesantes.
Explicar las propiedades de las sustancias en términos de su estructura interna.
Estados de agregación
Si todo está hecho de átomos, entonces Si todo está hecho de átomos, entonces ¿qué es lo que distingue a cada sustancia?¿qué es lo que distingue a cada sustancia?
• Todas las cosas que existen están hechas de sustancias.
• Las propiedades de las sustancias dependen del tipo, la cantidad y la manera en que se acomodan los átomos que las forman.
• Algunos átomos que forman las sustancias, están constituidos por grupos de átomos llamados moléculas (colección de átomos unidos unos a otros que se mueven y actúan juntos como una unidad).
Sustancias
Átomos y sustanciasÁtomos y sustancias
Elementales Compuestas
¿Cómo se puede reconocer de qué están hechas las sustancias?
¿Hasta qué punto podemos saber si una sustancia es la forma más sencilla que puede existir?
¿Qué métodos físicos podríamos emplear para saber si es una sustancia simple o compuesta?
¿Cómo podríamos saber que el agua es una sustancia compuesta de hidrógeno y oxígeno?
Densidad en g/L
(a 0°C y 1 atm)
Temperatura de fusión (°C)
Temperatura de ebullición (°C)
Oxígeno: sustancia elemental, sus moléculas están formadas por dos átomos de oxígeno.
0.133 -218.4 -183
Hidrógeno: sustancia elemental, su molécula están formadas por dos átomos de hidrógeno.
0.0899 -259.12 -252.8
Agua: sustancia compuesta, sus moléculas que están constituidas por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.
1000 0 100
Mezcla de oxígeno e hidrogeno en la proporción 2:1.
0.5336 Variable entre
-218.4 y -259.2
Variable entre
-183 y -252.8
La siguiente tabla muestra algunas propiedades del oxígeno, hidrógeno, agua y de una mezcla de oxígeno e hidrógeno en una proporción 2:1.
Las mezclas y los compuestos están formados por grupos de átomos diferentes, y con un nivel de organización distinto.
Sustancias
Átomos y sustanciasÁtomos y sustancias
Elementales o simplesEs toda aquella sustancia que no se descompone en otras sustancias más simples.Están formadas por un solo tipo de átomos, por ejemplo el O2. Para obtener este tipo de sustancias se requiere el empleo métodos químicos.
CompuestasEs toda aquella sustancia que es posible descomponerla en otras sustancias más simples o sencillas por la acción del calor o la corriente eléctrica. Contienen átomos diferentes, por ejemplo el H2O. Tienen una composición en una proporción definida. Se separan de las mezclas por medio de métodos físicos.
El número, el tipo y cómo se acomodan los átomos que forman las sustancias determinan sus propiedades.
Modelos particulados de sustancias compuestas
Una sustancia compuesta puede producir diferentes sustancias, para conseguirlo basta que esté formada por más de un átomo diferente.
Que sólo se pueden formar determinadas sustancias y no otras, dependiendo de los átomos presentes.
Modelos particulados de sustancias elementales
Que una sustancia simple, no se puede descomponer en otra más pequeña porque sólo está formada por una clase de átomos (es importante insistir que puede estar formada por partículas con dos, tres….átomos).
Recordar que una sustancia no es una sola partícula, sino muchas partículas iguales.
Una molécula es una agrupación de más átomos del mismo tipo y o de diferente tipo.
Clasifica las siguientes representaciones de gases que se muestran en los diagramas como mezclas, sustancias simples o compuestas. En el caso de que se trate de mezclas, indica por cuántas sustancias están formadas y de qué tipo son (si son simples o compuestas).
Los átomos de una sustancia simple o elemental determinada han de ser distintos en masa (y volumen) a los de otra; y que la sustancia compuesta (concepto a nivel microscópico) tiene iguales todas sus partículas, en las que hay un número constante de los distintos átomos que entran en su estructura.
El elemento químico se define como:
“Un conjunto de átomos iguales (de masa definida pero sin estructura, esto es sin propiedades macroscópicas características definidas)”
Mientras que en la sustancia elemental las partículas ya poseen una estructura y, por lo tanto, tiene unas propiedades específicas.
De esta manera se puede comprender que los elementos también entran a formar parte de las moléculas de una sustancia compuesta y no están como sustancias simples en dicha sustancia.
Distinción entre elemento y sustancia simpleDistinción entre elemento y sustancia simple
F4
S6
Grafito
Diamante
Gas Neón
Sustancias simples Sustancias compuestas
¿De qué están hechos los átomos?¿De qué están hechos los átomos?
• Están formados por partículas aún más pequeñas que los átomos, que se reconocen como partículas subatómicas.
• Las partículas subatómicas son los electrones, los protones y los neutrones.
Partícula subatómica
Símbolo Carga Masa en gramos Ubicación en el átomo
Protón p+ 1+ 1.67 x 10-24 Dentro del núcleo
Neutrón n° 0 1.67 x 10-24 Dentro del núcleo
Electrón e- 1- 9.10 x 10-28 Fuera del núcleo
¿De qué están hechos los átomos?¿De qué están hechos los átomos?
• El modelo del átomo establece que el número de protones (Z) es la característica principal. Por eso se dice que el número de protones es como la huella digital del átomo. Y por lo tanto es igual al número atómico en la tabla periódica.
Así, el hidrógeno tiene un protón y todos los átomos que tengan un protón serán hidrógeno. El helio tiene dos; el litio tiene tres; el berilio tiene cuatro; el boro, cinco; el carbono, seis; y así sucesivamente. Si cambia el número de protones, cambia el átomo.
• Otra característica de los átomos es que tienen el mismo número de electrones que de protones. Esto hace que cada átomo sea eléctricamente neutro, ya que los electrones tienen carga eléctrica negativa, los protones tienen carga eléctrica positiva y los neutrones no tienen carga.
Recuerda que el número de masa (A) de un átomo se define como la suma de los neutrones más los protones.
¿De qué están hechos los átomos?¿De qué están hechos los átomos?
Las propiedades de los átomos son diferentes porque contienen distintas cantidades de protones, neutrones y electrones.
Observa los datos de la siguiente tabla y trata de completarla. Considera que los átomos son neutros.
¿De qué están hechos los átomos?¿De qué están hechos los átomos?
Contesta a las siguientes preguntas.
a) Analiza cada uno de los átomos por separado. ¿Es igual o distinto el número de protones con respecto al número de electrones y neutrones de cada uno de los átomos?
b) ¿Hay algún átomo que tenga el mismo número de protones y electrones que otro de los que aparecen en la tabla? Analiza todos los datos y justifica tu respuesta.
c) ¿Crees que tener distinto número de protones, electrones o neutrones tiene que ver con las diferencias en las propiedades macroscópicas de las sustancias? Explica tu respuesta.
