LA MATERIA Y SUS PROCESOS

¿ QUÉ ES LA CIENCIA?

Desde la antigüedad los hombres han tratado de explicar los fenómenos de la naturaleza basándose en conocimientos que en ese entonces eran muy limitados , Todo aquello que no podían explicarse en forma convincente, era atribuido a fuerzas sobrenaturales o mágicas .

Cuando observamos un fenómeno, sin duda que nos hacemos varias preguntas en relación con él, pero pocos podemos explicar por qué y cómo ocurre. En la medida que lo logremos, e incluso seamos capaces de predecir muchos fenómenos naturales. Cada vez con mayor precisión y rigor, nos es posible decir que estamos haciendo ciencia.

Podemos afirmar entonces que la ciencia consiste en la recolección, análisis y organización de los conocimientos acerca del mundo natural.

Las personas que buscan las explicaciones a los fenómenos que ocurren en la naturaleza son los científicos.

Hay varias maneras de enfrentar una investigación, independientemente de qué ciencia se trate, y una de las formas más usuales de hacerlo es mediante el llamado método científico, aplicable incluso a las ciencias sociales.

Cuando observamos un fenómeno, sin duda que nos hacemos varias preguntas en relación con él, pero pocos podemos explicar por qué y cómo ocurre. En la medida que lo logremos, e incluso seamos capaces de predecir muchos fenómenos naturales. Cada vez con mayor precisión y rigor, nos es posible decir que estamos haciendo ciencia.

Podemos afirmar entonces que la ciencia consiste en la recolección, análisis y organización de los conocimientos acerca del mundo natural.

Las personas que buscan las explicaciones a los fenómenos que ocurren en la naturaleza son los científicos.

Hay varias maneras de enfrentar una investigación, independientemente de qué ciencia se trate, y una de las formas más usuales de hacerlo es mediante el llamado método científico, aplicable incluso a las ciencias sociales.

EL MÉTODO CIENTÍFICO

Para realizar seriamente una investigación sobre un tema determinado, debemos hacerlo en forma sistemática y organizada. Para ello las ciencias nos proponen un método que consta de varias etapas, que son las siguientes:

• Definición del problema. Se debe delimitar claramente, en forma muy precisa, aquello sobre lo cual vamos a investigar.
• Desarrollo de experimentos: Ello nos permite la observación o datos. Estos datos pueden ser cualitativos, producto de la observación, o cuantitativos, que serían valores numéricos resultantes de algunas mediciones.
• Interpretación de los datos: Es en este momento cuando se comienza a tratar de encontrar una explicación a lo observado.
• Formulación de una hipótesis. Sobre la base de los datos obtenidos, se da una explicación tentativa a las observaciones realizadas, Se programan entonces otros experimentos que permitan comprobar la validez de esta hipótesis.
• Formulación de una ley: Todos los datos obtenidos y que se repiten sistemáticamente al efectuar experimentos bajo las mismas condiciones son posibles de resumir y expresar, ya sea en forma verbal o matemática, en lo que conocemos como una ley.
• Postulación de una teoría. Una vez que las hipótesis han sido debidamente probadas, es factible llegar a una teoría, que puede explicar una serie de hechos, avalados por una o más leyes.

Las teorías no siempre resultan ser infalibles. Es probable que en el transcurso del tiempo, nuevos hechos demuestren que estaba errada y entonces deberá ser reformulada o definitivamente descartada. Un típico ejemplo de esta situación en el desarrollo de la Química es la llamada “Teoría del flogisto”, que intentaba dar una explicación de las combustiones y que desencaminó prácticamente a dos generaciones de científicos.

LA QUÍMICA COMO CIENCIA

Si bien el término Química sólo se comienza a usar al fin del periodo de la Alquimia, el ser humano, desde la época de la Prehistoria, ya hacía uso de ella ¿No es hacer química, acaso, el simple hecho de encender una fogata?

En la antigüedad, muchas culturas hicieron también uso de ella, aplicándola a cosas cotidianas, por ejemplo: preparación de tinturas, fabricación de cosméticos, lozas, porcelanas, bebidas, preparación de alimentos y medicinas, etc.

Posteriormente, los alquimistas, en su afán de convertir metales corrientes en oro, también crearon y aplicaron muchos procesos químicos.

Pero la química sólo comienza a surgir como tal cuando hay una sistematización en el estudio de los procesos, y es Robert Boyle quien le da una primera finalidad a la Química como ciencia con el estudio de la composición de las sustancias.

Con el apoyo de nuevas tecnologías, se ha logrado conocer algo más del comportamiento y propiedades de átomos y moléculas, lo que ha permitido, por ejemplo, importantes aportes a la medicina con la fabricación de nuevos fármacos.

LA MATERIA

Si consideramos que materia es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio, nos estamos refiriendo en términos generales a todo lo que nos rodea.

La materia puede ser de distintos tipos y en este caso estamos hablando de materiales y sustancias. Por ejemplo, una manzana y un disco compacto son materia, pero ¿son materiales o sustancias distintas?

Cuando estudiamos los procesos que sufre la materia, lo hacemos considerando una parte muy definida de ella, como podría ser una hoja de papel, una flor, una roca, etc. Esta porción de materia recibe el nombre de cuerpo.

PROPIEDADES ESPECÌFICAS DE LA MATERIA

MATERIA Y EL UNIVERSO

Durante siglos, de una u otra manera, el ser humano ha estudiado la constitución de la materia, llegando a la conclusión de que es la misma en todos los lugares de la Tierra, con mayor o menor grado de abundancia de algunas sustancias según el lugar geográfico.

Por ejemplo: El mineral de cobre en Chuquicamata, Chile.

Por lo tanto, podemos concluir que nuestro planeta está constituido por los mismos materiales.

¿Qué ocurre con la materia del resto del universo?

La llegada del hombre a la luna, el 21 de julio de 1969, permitió la recolección de rocas de la superficie lunar. Estudiadas posteriormente en la Tierra, se pudo comprobar que tenían una composición muy similar a las terrestres, pues estaban constituidas por las mismas sustancias existentes en nuestro planeta.

MATERIA Y MATERIALES

Todo nos permite pensar hasta el momento que el Universo está formado por los mismos materiales de la Tierra.

Las mezclas están formadas a lo menos por dos sustancias puras, conservando cada una de ellas las propiedades que le son características. En consecuencia, las mezclas no tienen propiedades específicas bien definidas.

En una mezcla homogénea no hay distinción de fases, es decir, de una porción de la sustancia pura. Es el caso, por ejemplo, del agua con alcohol, el agua azucarada o el agua con café, donde se observa una sola fase: la líquida. Además, en este tipo de mezcla los componentes se unen hasta el nivel molecular, de manera que no es posible distinguirlos.

Por ejemplo: oxígeno en agua o sal en agua. También existen las soluciones sólidas (mezcla de metales), llamadas aleaciones.

En las soluciones hay dos sustancias involucradas: una que disuelve, solvente, y otra que se disuelve, el soluto. Cuando mezclamos agua (solvente) con azúcar, tenemos que cada molécula de azúcar (soluto) queda rodeada por varias moléculas de agua. Lo mismo sucede en otras soluciones. Por esta razón, una vez que han sido mezclados no podemos diferenciar a simple vista el soluto del solvente.

En cambio, en una mezcla heterogénea pueden distinguirse con facilidad las diferentes fases que forman la mezcla.

Por ejemplo, el agua con arena. Aquí se forman dos fases: una fase sólida, conformada por la arena, y otra fase líquida, constituida por el agua. Otros ejemplos son el agua con aceite, sal y arena, entre otros.

Las mezclas pueden separarse en sus componentes por procesos físicos, mientras que los compuestos se separan en sus constituyentes por procesos químicos. En cualquier caso, la mezcla de materiales es un proceso que utilizamos a diario, tanto en la cocina (al mezclar los ingredientes de una torta) como en las industrias altamente tecnificadas (como la farmacéutica). En la naturaleza también encontramos mezclas, como la sangre, la orina y el aire.

SEPARANDO MEZCLAS

Hasta ahora hemos abordado diferentes tipos de mezclas y conocemos sus clases; pero también es importante poder reconocer los elementos que la integran, porque eso facilita su separación una vez que se han mezclado. Para este propósito, te mostraremos y explicaremos los distintos métodos de separación que existen y que se basan en las diferencias entre las propiedades físicas de los componentes de una mezcla. Algunas de estas propiedades son: punto de ebullición, densidad, punto de fusión, solubilidad, presión de vapor, etc.

Los métodos más conocidos de separación son: filtración, decantación y destilación.

La filtración consiste en retener partículas sólidas por medio de una barrera, la cual puede consistir en mallas, fibras, material poroso o un relleno sólido. Un ejemplo es hacer pasar una mezcla de arena con agua por una malla; en la malla queda atrapada la arena, mientras que en un recipiente recuperamos el agua.

Con el experimento de las uvas te debe haber quedado claro cómo funciona la filtración. En ese ejercicio pudiste observar cómo, después de exprimir manualmente las uvas en un recipiente de plástico y obtener el jugo, el colador actuó como una barrera que separó el jugo de uvas al caer este hacia el vaso, mientras que en la malla quedaron retenidas pepas y algunas fibras de la uva. De esta forma, quedaron aparte los componentes sólidos (pepas y fibra) de los líquidos (jugo).

Por otra parte, la decantación consiste en dividir los componentes que contienen diferentes fases, como, por ejemplo, dos líquidos que no se mezclan (agua y aceite). La condición básica para usar este tipo de separación es que exista una diferencia significativa entre las densidades de las fases. Eso se puede comprobar claramente en el experimento del agua y aceite que te mostramos. Al principio se puede ver que se forman dos fases: una superior, en donde se ubica el aceite, y otra inferior, donde se encuentra el agua.

La explicación de por qué el agua está abajo es que es más pesada que el aceite o, en otras palabras, posee más densidad. Y el aceite, como es menos denso, se mantiene arriba. Así, se ha producido la separación de los componentes por decantación. Incluso, puedes lograr separar ambos líquidos si viertes cuidadosamente el aceite a otro tubo de ensayo o recipiente, de forma que en el primer tubo permanezca solo el agua de la mezcla, recuperando los componentes originales de ella.

Otro método de separación conocido es la destilación, la cual consiste en apartar los componentes de una mezcla basándose en las diferencias en los puntos de ebullición  de dichos componentes.

Un compuesto de punto de ebullición bajo se considera volátil, es decir, que puede convertirse más fácilmente en vapor, en relación con otros componentes de punto de ebullición mayor. Esto queda claro cuando se desea separar el alcohol del agua.

El alcohol es más volátil que el agua (su punto de ebullición es cercano a los 78ºC, mientras que el de agua es más alto, de 100ºC); por lo tanto, al destilar una mezcla de partes iguales de estos líquidos, como el alcohol es más volátil que el agua, al calentar la mezcla se volatilizará (evaporará) más rápido que el agua, y podrá ser recuperado en otro recipiente. Después de que la temperatura aumente a 100 grados, se detiene el proceso y el agua queda en el recipiente inicial de la mezcla.

Podrás apreciar una situación similar en el experimento de destilación para separar el agua de la sal en una solución salina, es decir, agua salada. Al encender el mechero y calentar la olla que contiene la solución salina, el agua se va evaporando, y al llegar a la superficie de la tapa, que está colocada inclinada hacia el borde de la olla, se condensa. Debido a la inclinación de la tapa, las gotas de agua comienzan a precipitarse en el molde de vidrio. De esta manera se obtiene el agua, y en la olla se recobra la sal que inicialmente se utilizó para la mezcla.

RESUMEN DE HECHOS Y CONCEPTOS

1. El eestudio de la química involucra tres etapas fundamentales: obserrvación, representación e interpretaciòn. La primera se refiere a las mediciones del mundo macroscópico; la representación implica el uso de símbolos y ecuaciones que facilitan la comunicación; la interpretación está basada en átomos y moléculas, que pertenecen al microscópico.
2. El método científico es un procedimiento sistemático en la investigación; se inicia al reunir la información por medio de observaciones y mediciones. En el proceso se diseñan y comprueban hipótesis, leyes y teorías.
3. Los químicos estudian la materia y los cambios químicos que esta experimenta. Las sustancias que componen la materia tienen propiedades físicas únicas que se pueden observar sin que cambie su identidad; también propiedades químicas únicas que, cuando son demostradas, cambian la identidad de las sustancias. Las mezclas, ya sean homogéneas o heterogéneas, se pueden separar en sus componentes puros por medios físicos.
4. Los elementos son las sustancias químicas más sencillas. Los compuestos se forman por la combinación química de átomos de diferentes elementos en proporciones definidas.
5. En principio, todas las sustancias pueden existir en tres estados: sólodo, líquido y gaseoso. La conversión entre estos estados puede realizarse cambiando su temperatura.

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