Apuntes Teoricos
Plan Trimestral para 10
Introducción a la Química
1. Generalidades de la Química
1.1. Química a través de la historia
1.1.1. Definición de Química y Materia
- Química: Se denomina química (del egipcio kēme (kem), que significa "tierra") a la ciencia que estudia la composición, estructura y propiedades de la materia, como los cambios que ésta experimenta durante las reacciones químicas y su relación con la energía. Históricamente la química moderna es la evolución de la alquimia tras la revolución química (1733)
- Materia: es todo aquello que tiene localización espacial, posee una cierta cantidad de energía, y está sujeto a cambios en el tiempo y a interacciones con aparatos de medida. En física y filosofía, materia es el término para referirse a los constituyentes de la realidad material objetiva, entendiendo por objetiva que pueda ser percibida de la misma forma por diversos sujetos. Se considera que es lo que forma la parte sensible de los objetos perceptibles o detectables por medios físicos. Es decir es todo aquello que ocupa un sitio en el espacio, se puede tocar, se puede sentir, se puede medir, etc. Los planetas del Universo, los seres vivos como los insectos y los objetos inanimados como las rocas, están también hechos de materia.
La Alquimia: En la historia de la ciencia, la alquimia (del árabe الخيمياء [al-khīmiyā]) es una antigua práctica protocientífica y una disciplina filosófica que combina elementos de la química, la metalurgia, la física, la medicina, la astrología, la semiótica, el misticismo, el espiritualismo y el arte. La alquimia fue practicada en Mesopotamia, el Antiguo Egipto, Persia, la India y China, en la Antigua Grecia y el Imperio romano, en el Imperio islámico y después en Europa hasta el siglo XVIII, en una compleja red de escuelas y sistemas filosóficos que abarca al menos 2 500 años.
Actualmente es de interés para los historiadores de la ciencia y la filosofía, así como por sus aspectos místicos, esotéricos y artísticos. La alquimia fue una de las principales precursoras de las ciencias modernas, y muchas de las sustancias, herramientas y procesos de la antigua alquimia han servido como pilares fundamentales de las modernas industrias químicas y metalúrgicas.
Aunque la alquimia adopta muchas formas, en la cultura popular es citada con mayor frecuencia en historias, películas, espectáculos y juegos como el proceso usado para transformar plomo (u otros elementos) en oro. Otra forma que adopta la alquimia es la de la búsqueda de la piedra filosofal, con la que se era capaz de lograr la habilidad para transmutar oro o la vida eterna.
En el plano espiritual de la alquimia, los alquimistas debían transmutar su propia alma antes de transmutar los metales. Esto quiere decir que debían purificarse, prepararse mediante la oración y el ayuno.
La Química en el Siglo XVII y XIX:
La alquimia occidental ha estado siempre estrechamente relacionada con el hermetismo, un sistema filosófico y espiritual que tiene sus raíces en Hermes Trimegisto, una deidad sincrética grecoegipcia y legendario alquimista. Estas dos disciplinas influyeron en el nacimiento del rosacrucismo, un importante movimiento esotérico del siglo XVII. En el transcurso de los comienzos de la época moderna, la alquimia dominante evolucionó en la actual química.
La Química Moderna:
Lavoisier ( llamado el padre de la ciencia moderna) demostró con una serie de experimentos brillantes que el aire contiene un 20% de oxígeno y que la combustión es debida a la combinación de una sustancia combustible con oxígeno. Al quemar carbono se produce aire fijo (dióxido de carbono). Por tanto, el flogisto no existe. La teoría del flogisto fue sustituida rápidamente por la visión de que el oxígeno del aire combina con los elementos componentes de la sustancia combustible formando los óxidos de dichos elementos. Lavoisier utilizó la balanza de laboratorio para darle apoyo cuantitativo a su trabajo. Definió los elementos como sustancias que no pueden ser descompuestas por medios químicos, preparando el camino para la aceptación de la ley de conservación de la masa. Sustituyó el sistema antiguo de nombres químicos (basado en el uso alquímico) por la nomenclatura química racional utilizada hoy, y ayudó a fundar el primer periódico químico. Después de morir en la guillotina en 1794, sus colegas continuaron su trabajo estableciendo la química moderna. Un poco más tarde, el químico sueco Jöns Jakob Berzelius propuso representar los símbolos de los átomos de los elementos por la letra o par de letras iniciales de sus nombres.
1.2. El Trabajo Científico: La ciencia, tal como la conocemos hoy, se ha desarrollado gracias a un trabajo planificado de búsqueda en el que se suceden acciones cada vez más complejas que requieren la aplicación de la inteligencia del hombre. Como tal, el trabajo científico es una actividad humana como cualquier otra en la que se tenga la suficiente motivación para avanzar siempre en la búsqueda de conocimientos.El trabajo científico permite al hombre de ciencia abordar problemas, explicar fenómenos, realizar descubrimientos y llegar a conclusiones de carácter general.
- La búsqueda de la explicación de un hecho se inicia con el planteamiento de un problema. Antes de plantear un problema debe reunirse toda la información que tenga relación con él. Los nuevos conocimientos se construyen sobre los anteriores, se enriquecen con la investigación y orientan las investigaciones posteriores. Por esto se dice que la Ciencia es acumulativa.
- Para elaborar una teoría científica sobre determinado problema y para que ésta adquiera un valor universal, es necesario que el investigador demuestre que el resultado es reproducible tanto como sea necesario en el laboratorio y en la realidad.
- Una teoría científica tiene carácter provisional, y puede modificarse de acuerdo a nuevos hallazgos o por el descubrimiento de alguna experiencia que no la confirme y por lo mismo le invalide su universalidad.
- Las razones por las cuales un científico estudia un problema particular, pueden ser motivadas por: necesidades técnicas, necesidades sociales o exigencias teóricas de la propia Ciencia.
1.2.1 El Método Científico y los recursos metodológico usados por los científicos: El método científico (del griego: -μετά = hacia, a lo largo- -οδός = camino-; y del latín scientia = conocimiento; camino hacia el conocimiento) es un método de investigación usado principalmente en la producción de conocimiento en las ciencias. Para ser llamado científico, un método de investigación debe basarse en la empírica y en la medición, sujeto a los principios específicos de las pruebas de razonamiento.
El método científico es: «un método o procedimiento que ha caracterizado a la ciencia natural desde el siglo XVII, que consiste en la observación sistemática, medición, experimentación, la formulación, análisis y modificación de las hipótesis»
El método científico está sustentado por dos pilares fundamentales.
El primero de ellos es la reproducibilidad, es decir, la capacidad de repetir un determinado experimento, en cualquier lugar y por cualquier persona. Este pilar se basa, esencialmente, en la comunicación y publicidad de los resultados obtenidos.
El segundo pilar es la refutabilidad. Es decir, que toda proposición científica tiene que ser susceptible de ser falsada o refutada (falsacionismo). Esto implica que se podrían diseñar experimentos, que en el caso de dar resultados distintos a los predichos, negarían la hipótesis puesta a prueba. La falsabilidad no es otra cosa que el modus tollendo tollens del método hipotético deductivo experimental.
Según James B. Conant, no existe un método científico. El científico usa métodos definitorios, métodos clasificatorios, métodos estadísticos, métodos hipotético-deductivos, procedimientos de medición, entre otros. Y según esto, referirse a el método científico es referirse a este conjunto de tácticas empleadas para constituir el conocimiento, sujetas al devenir histórico, y que eventualmente podrían ser otras en el futuro.3 Ello nos conduce tratar de sistematizar las distintas ramas dentro del campo del método científico.
Concepto de Método y Técnica:
Método: Método (del griego οδός odos, significa "camino o vía") es el procedimiento utilizado para llegar a un fin. Su significado original señala el camino que conduce a un lugar.
Técnica: Conjunto de procedimientos o recursos que se usan en un arte, en una ciencia o en una actividad determinada, en especial cuando se adquieren por medio de su práctica y requieren habilidad.
Pasos del Método Científico:
PASOS DEL MÉTODO CIENTIFICO
- Observación: Observar es aplicar atentamente los sentidos a un objeto o a un fenómeno, para estudiarlos tal como se presentan en realidad, puede ser ocasional o causalmente.
- Inducción: La acción y efecto de extraer, a partir de determinadas observaciones o experiencias particulares, el principio particular de cada una de ellas.
- Hipótesis: Planteamiento mediante la observación siguiendo las normas establecidas por el método científico.
- Probar la hipótesis por experimentación.
- Demostración o refutación (antítesis) de la hipótesis.
- Tesis o teoría científica (conclusiones).
Explicación:
Observación: en este paso se observa cualquier objeto o proceso
Inducción: en este se recopilan variasobservaciones y se juntan para poder plantear una hipótesis
Hipótesis: es una pregunta base la cual se quiere comprobar
Experimentación: realizas varios procesos para tratar de comprobar lahipótesis
Antítesis: en este paso se muestra si la hipótesis es posible o no
Tesis: en esta se dan las conclusiones a las que llegaste mediante los pasos anteriores
Aplicación del método científico: Aplicación del método científico: Puede decirse que el método científico es aplicable en especial en las ciencias puras, entre ellas la Biología, la Química, la Física y otras. Actualmente se aplica en casi toda ciencia que tenga como insumo la investigación, encontrándose entre ellas las ciencias sociales como, la Sociología, la Administración, etcétera. De por si, no se concibe una investigación científica si no se aplica en esta una serie de pasos metódicos que guíen la misma, he aquí donde entra en juego el método científico. Durante años, el método científico no se consideraba, por muchos, aplicable para las ciencias sociales, hoy es una herramienta elemental para la investigación social.
1.3. Las Mediciones
Concepto de medición: La medición es un proceso básico de la ciencia que consiste en comparar un patrón seleccionado con el objeto o fenómeno cuya magnitud física se desea medir para ver cuántas veces el patrón está contenido en esa magnitud.
1.3.1. Tipos de Mediciones:
En general, las mediciones se consideran:
Longitudinales (distancias).
Superficiales (áreas)
Volumétricas (capacidad).
Tiempo.
las unidades que se usan son de lo mas variadas.
En Física se clasifican en Unidades de Longitud; Unidades de Masa, Unidades de tiempo, Unidades de Fuerza/Peso y en cuanto a sistemas son:
c.g.s. (absoluto)
MKS (absoluto)
Técnico ó MKS (gravitacional)
Inglés.
Unidades de Medida: Se conocen algunos sistemas convencionales para establecer las unidades de medida: El Sistema Internacional y el Sistema Inglés. Al patrón de medir le llamamos también Unidad de medida. Debe cumplir estas condiciones:
Ser inalterable, esto es, no ha de cambiar con el tiempo ni en función de quién realice la medida.
Ser universal, es decir utilizada por todos los países.
Ha de ser fácilmente reproducible.
Reuniendo las unidades patrón que los científicos han estimado más convenientes, se han creado los denominados Sistemas de Unidades.
Sistema Internacional ( S.I.). Este nombre se adoptó en el año 1960 en la XI Conferencia General de Pesos y Medidas, celebrada en París buscando en él un sistema universal, unificado y coherente que toma como Magnitudes fundamentales: Longitud, Masa, Tiempo, Intensidad de corriente eléctrica, Temperatura termodinámica, Cantidad de sustancia, Intensidad luminosa. Toma además como magnitudes complementarias: ángulo plano y ángulo sólido.
2. Materia Y Energía
2.1. Propiedades de la materia
Propiedades extrínsecas (extensivas o generales)
Son aquellas que no varían con la cantidad de materia considerada. No son aditivas y, por lo general, resultan de la composición de dos propiedades extensivas. Estas son: punto de fusión, punto de ebullición, densidad, coeficiente de solubilidad, índice de refracción, color, olor, sabor.
Propiedades intrínsecas (intensivas o específicas)
Son aquellas que varían con la cantidad de materia considerada, permitiendo reconocer a la materia, como la extensión, o la inercia. Estas son: peso, volumen y longitud.
Otras propiedades de la materia
La materia está en constante cambio. Las transformaciones que pueden producirse son de dos tipos:
- Físicas: son aquellas en las que se mantienen las propiedades originales de la sustancia, ya que sus moléculas no se modifican.
- Químicas: son aquellas en las que las sustancias se transforman en otras, debido a que los átomos que componen las moléculas se separan formando nuevas moléculas.
2.2. Clasificación de la materia:
La materia puede clasificarse en dos categorías principales:
Sustancias puras, cada una de las cuales tiene una composición fija y un único conjunto de propiedades.
Mezclas, compuestas de dos o más sustancias puras.
Las sustancias puras pueden ser elementos o compuestos, mientras que las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas:
Separación de Mezclas
En química e ingenierías químicas un proceso de separación se usa para transformar una mezcla de sustancias en dos o más productos distintos. Los productos separados podrían diferir en propiedades químicas o algunas propiedades físicas, tales como el tamaño o tipo de cristal.
Salvo muy pocas excepciones, casi todos los elementos qumicos o compuestos quimicos se encuentran naturalmente en un estado impuro, tales como una mezcla de dos o más sustancias. Muchas veces surge la necesidad de separarlos en sus componentes individuales. Las aplicaciones de separación en el campo de la ingenierias quimicas son muy importantes. Un buen ejemplo es el petroleo.