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h s i l g n E n i n r Lea

Physics & Chemistry EUGENIO MANUEL FERNÁNDEZ AGUILAR CARLOS JAVIER REINA JIMÉNEZ MANUEL GARCÍA DÍAZ CARLOS LOBATO FERNÁNDEZ MYRIAM QUIJADA SÁNCHEZ DIEGO CASTELLANO SÁNCHEZ Adapted by: MARÍA REYES CABALLERO GONZÁLEZ MARÍA DE LOS REYES DE LA VEGA SÁNCHEZ DAVID PEREA MORA

algaida

ANDALUSIA

Publishing coordination: Luis Pino García. Editor: María Prior Venegas. Design and layout: Alegría Sánchez G. and Aurora Tristán López. Cover design: Alegría Sánchez G. Translator: Bob Rouf. Corrections: Marina Temprano Benítez. Illustrations: Isabel Correa, Joaquín González, Kaffa, Juan Pablo Mora, Juan Venegas and Luis Domínguez. Picture editing: Olga Sayans. Photographs: Age Fotostock, Album Archivo Fotográfico, Archivo Anaya (Canto, M.; Cosano, P.; Hernández Moya, B.; Marín, E.; Steel, M.; Torres, O.), Centro Nacional de Aceleradores (CNA)/ Universidad de Sevilla, Junta de Andalucía y CSIC/ Instalación Científico-Técnica Singular (ICTS), Getty Images, 123RF and contributors.

This book has been published according to present legislation on education in Andalusia for Educación Secundaria Obligatoria.

© Of the original text: Eugenio Manuel Fernández Aguilar, Carlos Javier Reina Jiménez, Manuel García Díaz, Carlos Lobato Fernández, Myriam Quijada Sánchez and Diego Castellano Sánchez. © Of this adaptation: María Reyes Caballero González, María de los Reyes De la Vega Sánchez and David Perea Mora

All of the activities in this book that require writing should be completed in the student’s notebook.

Our educational materials are published with the commitment to promote the equality of all people and the respect for diversity.

The contents of this book and the working procedures have been selected and prepared taking into account criteria of care, protection and conservation of the environment.

All rights reserved. The contents of this publication are protected by law which can lead to prison sentences and/or fines as well as the corresponding compensation for damages for those who reproduce, plagiarize, distribute or publically transmit partially or completely a literary publication, artistic or scientific, or its transformation, interpretation or artistic production by any kind of support or system in any form or by any means, without prior permission.

Index

SCIENTIFIC ACTIVITY 1. What is science?

2. The scientific method

Activities

3. Measurement

Activities

4. Working in the lab

5. Scientific communication

Activities

MATTER AND ITS PROPERTIES 1. Definition of matter

2. Properties of matter

3. Mass

Activities

4. Volume

Activities

5. Density

Activities

CLASSIFICATION OF MATTER 1. Composition of matter: the atom 2. Classification of matter Activities 3. Homogeneous mixtures: solutions 4. Interesting mixtures Activities 5. Separation techniques Activities

Index

STATES OF MATTER 1. The three states of matter 2. Kinetic theory of matter Activities 3. Changes of state Activities 4. Gases Activities

CHEMICAL CHANGES 1. Physical and chemical changes Activities 2. Chemical reactions Activities 3. Chemistry and society Activities

FORCES OF NATURE 1. The concept of movement 2. Speed and velocity Activities 3. Acceleration 4. Types of movement Activities 5. Simple machines Activities

Index

ENERGY 1. Characteristics of energy 2. Types of energy Activities 3. Energy resources Activities 4. Energy use 5. Energy saving Activities

HEAT AND TEMPERATURE 1. Thermal energy Activities 2. Measuring temperature Activities 3. Heat propagation 4. Thermal equilibrium Activities

LIGHT AND SOUND 1. Waves 2. Properties of light Activities 3. Reflection and refraction of light 4. Light pollution Activities 5. Properties of sound 6. Noise pollution Activities

Appendices

Los últimos avances científicos y tecnológicos suelen divulgarse a través de las revistas científicas.

Unidad 1

La actividad científica

«La ciencia es una de las pocas actividades humanas –quizá la única– en la cual los errores son analizados, criticados sistemáticamente y muy a menudo, con el tiempo, corregidos». Karl Popper (1902-1994), filósofo austriaco.

1 La ciencia 2 El método científico 3 La medida 4 El trabajo en el laboratorio 5 La comunicación científica

¿Qué sabes hasta ahora?  ¿A qué se llama ciencia?  ¿En qué procedimientos se basa la actividad científica?  ¿Por qué es importante la ciencia?  ¿Pueden los avances científicos llegar a ser peligrosos?  ¿Qué es un laboratorio?  ¿Qué medidas de precaución se deben tomar en el laboratorio?  ¿Qué es un matraz? ¿Y una pipeta?  ¿Para qué se utiliza una balanza? ¿Y una probeta?  ¿Por qué deben comunicarse los avances científicos?  ¿A qué se llama divulgación científica?

Al finalizar la unidad habrás aprendido  El método científico, sus etapas y características.  Cómo expresar con rigor una medida científica.  Los principales instrumentos de un laboratorio de física y química.  Las normas de comportamiento en un laboratorio y la gestión de los residuos.  La importancia de la investigación científica.

Unidad 1. La actividad científica

1. LA CIENCIA La curiosidad del ser humano ha hecho que desde nuestros orígenes sintamos la necesidad de comprender el mundo que nos rodea, por ejemplo, la formación de los rayos en una tormenta. Si atendemos a la mitología griega, los rayos se explicaban como parte de los atributos del dios Zeus, el cual los lanzaba desde el cielo hacia la Tierra, por razones diversas. Hoy en día, gracias a nuestros conocimientos sobre la materia, la atmósfera y la electricidad, sabemos que un rayo es un fenómeno natural: una descarga de electricidad estática. Gracias al conocimiento experimental (basado en experimentos comprobables) nuestras explicaciones sobre los fenómenos naturales pasaron de estar basadas en creencias, supersticiones, incluso mitos, a estar razonadas y expresadas en forma matemática. Así nuestro diccionario ofrece una definición para el concepto ‘ciencia’ que debemos conocer. En la mitología griega, Zeus era el padre de los dioses y de las personas.

Las matemáticas Se suele decir que el lenguaje propio de la ciencia es el matemático. Todas las leyes físicas e incluso las definiciones pueden expresarse en lenguaje matemático. Esta es una característica esencial de la ciencia. • Ley de gravitación universal (Isaac Newton, siglo XVII).

F = G ·

M · m d2

• Equivalencia masa-energía (Albert Einstein, siglo XX).

E = m · c2

En las tormentas pueden producirse rayos, truenos, relámpagos, vientos, lluvia e incluso granizo. 10 Unidad 1. La actividad científica

Se define ciencia como un conjunto de conocimientos obtenidos mediante la observación y el razonamiento, sistemáticamente estructurados y de los que se deducen principios y leyes generales con capacidad predictiva y comprobables experimentalmente.

1.1. Características de la ciencia La ciencia moderna se caracteriza por una serie de cualidades, que pueden resumirse de la siguiente manera: ** Asume que solamente se puede estudiar científicamente aquello

que puede ser sometido a experimentación.

** Sus resultados se pueden expresar matemáticamente. ** El conocimiento de un único fenómeno implica a veces la labor de

multitud de disciplinas científicas (interdisciplinariedad).

** Tiene el valor de ser útil para establecer predicciones de hechos futuros. ** Está en constante revisión. De esta manera, un conocimiento cientí-

fico no debe darse nunca por cerrado e invariable.

Pero si algo caracteriza a la ciencia, es la aplicación de un método de estudio denominado método científico.

Disciplinas científicas

Sabías que...?

DISCIPLINAS CIENTÍFICAS

Ciencias naturales

La palabra ‘ciencia’ proviene del latín, del término scientia, de cuya raíz también deriva la palabra en inglés, science.

Ciencias sociales

Biología

Derecho

Física

Economía

Geología

Geografía

Química

Sociología

Sabías que...?

El filósofo griego Aristóteles, en el siglo IV a.C., ya propuso una explicación a los rayos algo más razonable, basada en la observación. Para Aristóteles, los rayos eran consecuencia de la colisión entre nubes. Aunque lejos de ser una explicación científica de este fenómeno, ya supuso un avance en este sentido.

La astrología, el tarot, la cartomancia, etc., también pretenden hacer predicciones, pero sin basarse en la experimentación y sin usar el lenguaje matemático. Para confundir y atraer a las personas usuarias de estos servicios, se suelen usar términos y expresiones científicas, pero sin ningún tipo de rigor.

Actividades 1. Define el concepto de ciencia y enumera brevemente sus principales características.

Los diversos fenómenos atmosféricos y astronómicos han sido históricamente fuente de mitos y leyendas que trataban de explicarlos, sin mucha fortuna. Los eclipses, de Sol y de Luna, son un ejemplo de ello.

2. Describe algún fenómeno natural que fuese atribuido a razones misteriosas o mitológicas, y que actualmente esté explicado científicamente. Unidad 1. La actividad científica

Etapas del método científico

2. EL MÉTODO CIENTÍFICO La forma de actuar sistemáticamente en ciencia se establece hoy en día en lo que se conoce como el método científico. El método científico es el conjunto ordenado de etapas que debe seguir cualquier actividad para determinar las leyes que rigen los diversos fenómenos sometidos a una investigación científica.

Observación

Preguntas

Hipótesis

Experimentación

Análisis

Conclusión

El número de etapas del método científico puede variar según la persona que investiga, en función de si se quieren desglosar más o menos los pasos que hay que dar. Pero el esquema principal es común en todas las versiones, y puede concretarse en las siguientes fases: Como vemos en el esquema de esta página, lo primero que se hace es observar un fenómeno (1), que esté ocurriendo sistemáticamente, y enunciarlo (describir verbalmente de forma objetiva lo que se observa). A continuación, se formula una hipótesis (2), es decir, una primera explicación verosímil (creíble) y razonable. Pasamos a la fase de experimentación, en la cual debemos diseñar y realizar un experimento (3) que permita comprobar si la hipótesis es correcta (se trata de reproducir en el laboratorio el fenómeno observado). Analizamos los datos (4) obtenidos. Si los datos son coherentes con la hipótesis de partida, avanzamos en el proceso, y se extraen las conclusiones (5) oportunas, elaborando una ley científica. Pero si los datos experimentales contradicen la hipótesis inicial, retrocedemos a la fase de formulación de hipótesis, y la reformulamos, siempre con el objetivo de alcanzar la explicación final, y se sigue el proceso descrito. En ciertas ocasiones se incluye al final del método una fase extra, denominada publicación o comunicación de los resultados, dada la importancia que tiene en ciencia compartir el conocimiento descubierto con el resto de la comunidad científica y de la humanidad, habitualmente en revistas especializadas. Sobre esto hablaremos en el epígrafe 5 de esta unidad. Es evidente que el método científico es un proceso autocrítico, en el que mandan los datos experimentales, y solo lo que es posible comprobar.

Las revistas especializadas suponen unas de las formas más habituales de difusión de los hallazgos científicos.

También debemos tener en cuenta que un experimento se considerará realizado cuando se haya repetido un número de veces suficiente como para que no existan dudas sobre los resultados obtenidos. Una única toma de datos no puede llevarnos a ninguna conclusión fiable. 12 Unidad 1. La actividad científica

2.1. Características del método científico El método científico se caracteriza por ser: ** Empírico: se basa en las pruebas que aportan los experimentos. ** Objetivo: huye de las opiniones personales y subjetivas. ** Sistemático: es un estudio ordenado y bien estructurado. ** Reproducible: el experimento se debe poder repetir en cualquier

momento y lugar del mundo, con los mismos resultados.

Recuerda Al final de tu libro, en el Anexo del Proyecto de investigación, puedes encontrar información ampliada tanto del método científico como de las etapas que debes llevar a cabo para realizar tus propias investigaciones. Por último, encontrarás un apartado donde se explica cómo redactar y presentar las conclusiones de tu trabajo experimental.

** Provisional: las conclusiones que se extraen son consideradas correc-

tas mientras no haya datos experimentales que las contradigan.

En las actuaciones propias de la policía científica y de la medicina forense aparecen de manera muy clara las etapas del método científico. Es frecuente observar estas actuaciones en series y películas policíacas, y el rigor que siguen en la aplicación del método. Puedes consultar las funciones de la policía científica en su web oficial: https://www.policia.es/org_central/cientifica/com_cientifica.html

Actividad resuelta 1. Imagina que alguien te comenta lo siguiente: “He observado que cuando me ducho en invierno el espejo del cuarto de baño se empaña, y en verano no”. Aplica, teóricamente, el método científico a esta situación para intentar explicarla. Solución

Etapa 1. Observación del fenómeno: se observa que durante una ducha en invierno el espejo del cuarto de baño se empaña, y en verano no. Etapa 2. Formulación de hipótesis: el espejo del cuarto de baño se empaña durante la ducha en invierno por la temperatura del agua que usamos. Etapa 3. Experimentación: probamos a usar agua a diferentes temperaturas, y vamos anotando los datos y resultados en una tabla. Repetimos el experimento a diferentes horas del día, y en diferentes cuartos de baño. Etapa 4. Análisis de los resultados: vemos si existe relación inequívoca entre la temperatura del agua y el hecho de que se empañe el espejo o no. Si los datos contradicen la hipótesis, formulamos una nueva. Si los datos apoyan la hipótesis, pasamos a la siguiente etapa. Etapa 5. Conclusiones: ha quedado comprobado que el espejo del cuarto de baño se empaña significativamente por la temperatura del agua que usamos (hipótesis correcta).

Actividades 3. Razona la veracidad o falsedad de la siguiente afirmación: cuando se aplica el método científico, se pasa una vez por cada etapa. 4. Cuando una hipótesis resulta desacertada, se dice que es fallida, o que ha quedado refutada. ¿En qué casos ocurre esto? Unidad 1. La actividad científica

Lidia Bravo García

Sabías que...?

La cocina molecular o gastronomía molecular es una modalidad de cocina que usa innovaciones técnicas basadas en conocimientos de física y de química, muy frecuentes en alta cocina. Una técnica de elaboración necesita de la tecnología adecuada, el instrumental apropiado y, por supuesto, de un uso correcto. En el siguiente enlace puedes visualizar un vídeo sobre interesantes técnicas aplicadas en cocina, entre las que se encuentran el sellado al vacío por desplazamiento, la preparación de “aires” y las esferificaciones: https://www.youtube.com/watch?v=B9U-SmYwNwg

Esta científica andaluza, doctorada con mención Internacional y sobresaliente Cum Laude por la Universidad de Cádiz (2013), es Premio Extraordinario de Doctorado en Ciencias de la Salud (2014). Es miembro del grupo de investigación de Neuropsicofarmacología y Psicobiología y pertenece al consorcio CIBER de salud mental (CIBERSAM). En 2019 fue noticia por el proyecto de investigación en el que trabaja junto a las doctoras Esther Berrocoso y Sonia Torres, que parte de la hipótesis de que las propiedades del Limoniastrum monopetalum (arbusto conocido como salado) tienen un efecto terapéutico para el tratamiento de la esclerosis múltiple. Aplicando el método científico con rigor, la investigación busca comprobar que las hojas de este arbusto, que crece en zonas costeras y abundantemente en la bahía de Cádiz, pueden paliar los estragos que causa esta enfermedad en las personas. Las propiedades antioxidantes y neuroprotectoras, así como la riqueza en polifenoles, figuran entre las claves para ralentizar el avance de la mencionada enfermedad. La doctora Lidia Bravo es la investigadora principal del proyecto, en el que también participan las doctoras Lourdes Casas y María Teresa Fernández, ambas pertenecientes al departamento de Ingeniería Química y Tecnología de los Alimentos de la Universidad de Cádiz. Entre otros méritos, ha publicado diversos artículos de alto impacto en la comunidad científica internacional.

14 Unidad 1. La actividad científica

La importancia de la ciencia Con motivo de la reciente pandemia sufrida por la humanidad, debido al virus COVID-19 (coronavirus), se ha demostrado la enorme importancia que tiene la investigación científica para el bienestar de la sociedad y la salud de todas las personas. El desarrollo de los tests para detectar posibles contagios, así como el desarrollo de una vacuna para prevenir la enfermedad, son claros ejemplos de la utilidad de la ciencia. En junio de 2020, la Unidad de Mujeres y Ciencia del Ministerio de Ciencia e Innovación del Gobierno de España analizó el impacto de la pandemia sobre la labor investigadora y en el desarrollo de proyectos I+D+i:https://www.ciencia.gob.es/stfls/MICINN/Ministerio/FICHEROS/UMyC_GeneroyCienciafrentealCoronavirus.PDF

3. LA MEDIDA A la hora de aplicar el método científico, en la etapa de experimentación, debemos tomar nota de lo que ocurre con la máxima objetividad. Esto pasa por realizar medidas concretas y rigurosas, lo que nos lleva a plantearnos estas cuestiones: qué medir, con qué medirlo, en qué medirlo (unidades) y cómo expresamos la medida. En otras palabras, hablamos de magnitudes, de instrumentos de medida y de unidades de medida y la forma científica de escribirlas. Profundizaremos sobre todo ello en este epígrafe.

Sabías que...?

3.1. Las magnitudes Una magnitud es una propiedad física que puede ser medida. Algunas magnitudes que ya conocemos están asociadas a cuerpos materiales, como el volumen, y otras a sustancias, como la densidad. Así hablaríamos de que una sandía ocupa un volumen de 2 dm3, o que la densidad del agua es de 1 g/cm3. Otras magnitudes no están asociadas a cuerpos ni a sustancias, como la distancia entre dos puntos, o la aceleración de la gravedad terrestre. No obstante, lo que todas tienen en común es que directa o indirectamente, pueden medirse.

Un codo babilonio equivalía a 50 cm aproximadamente, y un gar (12 codos), a 6 m.

Medir es la acción de cuantificar una magnitud por comparación con otra tomada como referencia, a la que llamamos unidad de medida. Es decir, medir es averiguar cuántas veces está contenida la unidad en la magnitud estudiada: ** 7 cuartas " indica una longitud que contiene 7 veces la unidad utilizada:

la cuarta (mano).

** 3,5 m " indica una longitud que contiene tres veces y media la unidad uti-

lizada, el metro.

** 45 kg " indica una masa que contiene 45 veces la unidad utilizada como

referencia, el kilogramo.

Por otro lado, no todo es medible. Por ejemplo, la simpatía o el sentido del ridículo no son cualidades cuantificables (expresables en forma de número), por tanto, no son magnitudes. El termómetro y la balanza son instrumentos de medida.

La electrónica permite una gran precisión en la medida de muchas magnitudes. Unidad 1. La actividad científica

Para poder medir una magnitud es necesario un instrumento de medida. El uso de instrumentos de medida aporta objetividad a la actividad científica, pues de otro modo nos basaríamos en impresiones o sensaciones subjetivas. Observa la diferencia: ** Celeste: "Granada está lejos de Sevilla". ** Ada: "Granada está cerca de Sevilla". ** Luis: "Granada está a 250 km de Sevilla, por autopista".

Sabías que...?

Ya hemos razonado la importancia de la unidad en el hecho de medir y de expresar la medida. A lo largo de la historia se han usado muchos y muy diversos sistemas para expresar las medidas, algunos de ellos muy controvertidos o arbitrarios. Por ejemplo, en el sistema antiguo español, para la longitud se usaba la vara como unidad, y aunque el valor más común era el equivalente a 0,836 m, una vara equivalía a otras longitudes dependiendo de la localidad donde se estuviese (0,772 m en algunos lugares, o incluso 1,56 m en otros). Esto, obviamente, supone un obstáculo a la hora de comunicar medidas, y lo que es más grave, a la hora de cerrar tratos, compraventas o trueques.

Este sistema toma como fundamentales siete magnitudes, a partir de las cuales pueden obtenerse el resto de magnitudes. Así mismo, establece la unidad de medida oficial para estas magnitudes y sus derivadas. Las siete magnitudes fundamentales o básicas son las siguientes.

Logotipo del Sistema Internacional de Unidades.

Símbolo de la unidad

metro

Masa

kilogramo

Tiempo

segundo

kelvin

amperio

mol

candela

Longitud

Temperatura Intensidad de corriente eléctrica Cantidad de sustancia Intensidad luminosa 16 Unidad 1. La actividad científica

Nombre de la unidad

Magnitud

U01_reglas

La comunidad científica actual adopta las unidades que el Sistema Internacional establece como oficiales. Este Sistema Internacional de Unidades es la evolución del sistema métrico decimal, y se abrevia SI (del francés Le Système International).

Aunque la medida de magnitudes con instrumentos aporta objetividad, en ciencia se asume que toda medida conlleva un cierto error experimental, pues al medir algo nunca sabremos con total exactitud la cantidad que supone nuestra magnitud medida, ya que depende de la capacidad que tenga para medir el instrumento usado: no es lo mismo medir el largo de un pupitre con una regla que tiene como marca mínima el medio centímetro, que con una que tenga marcados los milímetros. En el próximo curso profundizaremos en el concepto de error en la medida. Por ahora basta con que sepamos que ninguna medida es exacta.

3.2. Las unidades. El Sistema Internacional

Algunos instrumentos de medida importantes ya los conoces, como la cinta métrica, el cronómetro, la balanza, el termómetro o el amperímetro.

mol

En los últimos tiempos se generalizado el uso del termómetro por infrarrojos, sobre todo a raíz de la pandemia provocada por el COVID-19, durante la que se recomendaba evitar en lo posible el contacto físico. Estos aparatos son muy útiles para medir la temperatura corporal de bebés, o de animales en ganadería, así como de superficies inertes (agua de una bañera, por ejemplo), pues se toma la medida sin contacto y en apenas unas décimas de segundo.

En el anterior diálogo de ejemplo, se observa también la importancia del uso de la unidad, que es fundamental para la expresión de la medida. Si Luis hubiese dicho “Granada está a 250 de Sevilla”, su aportación carecería de sentido. El número, por tanto, no cuantifica por sí solo; lo que indica la cantidad es el conjunto número + unidad.

Ejemplos de magnitudes derivadas de las fundamentales, son: ** La velocidad, que se medirá en m/s, relaciona la longitud con el tiempo.

Relación entre la escala Celsius (ºC) y la escala Kelvin

** La superficie, que se medirá en m , multiplica dos longitudes. 2

** El volumen, medido en m , multiplica tres longitudes. 3

** La densidad, medida en kg/m , relaciona la masa con el volumen. 3

Otros sistemas de medida Sistema antiguo español Masa: libra, onza. Longitud: vara, legua. Capacidad/volumen: cántara.

Sistema anglosajón (imperial) Masa: libra. Longitud: pulgada (pie, yarda, milla). Capacidad/volumen: pinta, galón.

La unidad en el SI para la temperatura es el kelvin, en honor a William Thomson (Lord Kelvin). • Para pasar de ºC a K, se suma 273,15: – T(ºC) = 25,85 ºC – T(K) = T(ºC) + 273,15 ºC = 25,85 + 273,15 = 299 K • Para pasar de K a ºC, restamos 273,15: – T(K) = 313,15 K – T(ºC) = T(K) – 273,15 K = 313,15 – 273,15 = 40 ºC

Actualmente es muy habitual referirse al tamaño de la pantalla de los dispositivos móviles en pulgadas (inches en inglés).

3.3. La notación científica

Sabías que...?

La palabra ‘notación’ significa ‘forma de escribir’. Por tanto, por notación científica debemos entender la forma en que se expresan medidas formalmente en un contexto científico. Sobre la unidad a utilizar (en general), ya la hemos citado en los apartados anteriores: las establecidas por el Sistema Internacional. Vamos a repasar ahora, brevemente, la estructura de la notación científica, que también usamos en la asignatura de matemáticas.

Estructura de la notación científica Posibles cifras decimales

Cifras de las unidades; puede ir desde el 1 hasta el 9

2 , 89 · 106 m Coma decimal Potencia de diez

Importante: • No puede ser cero • Solo una cifra.

• ‘Kilo’ es un prefijo, que significa ‘mil’, por lo que cuando alguien dice “He comprado dos kilos de fresas”, aunque se entiende, no es correcto científicamente. • El kilogramo es la única unidad del SI que tiene prefijo. • El símbolo del kilogramo, kg, lleva la ‘k’ en minúscula. Es un error muy común escribirla en mayúscula. • En webs de ámbito científico puedes encontrar más normas relativas a la escritura de los símbolos.

Cualquier cantidad, en un contexto formal científico, deberá transformar su expresión para adoptar esta estructura. Ejemplo: la longitud anterior es la expresión en notación científica de expresiones como 2890 km o 2 890 000 m.

Unidad 1. La actividad científica

Múltiplos del Sistema Internacional

Recuerda

Submúltiplos del Sistema Internacional

Factor

Prefijo

Símbolo

Prefijo

Símbolo

En el ámbito de las ciencias es muy importante dominar las potencias y sus propiedades:

tera

pico

giga

nano

mega

micro

1 = 3 -2 32

kilo

mili

hecto

centi

deca

deci

12 9 6 3 2 1

Actividades 5. Define magnitud y medir. 6. Escribe más instrumentos de medida que conozcas, además de los nombrados en el texto. 7. Escribe en notación científica las siguientes medidas: 450 m; 789,5 kg; 550 K; 1233 s. 8. Escribe el nombre de al menos cinco magnitudes derivadas, distintas de las nombradas en el texto, con su unidad y símbolo correspondiente. 9. Es muy importante conocer la unidad en que se mide cada magnitud, pero también lo es saber qué magnitud mide cada unidad. Indica qué magnitud se ha medido en cada caso: a) 850 cg.

f) 77 cd.

b) 4,5 hm.

g) 0,003 dm.

c) 273,15 K.

h) 80 m/s.

d) 300 ms.

i) 1000 m3.

e) 200 mA.

j) 1,05 g/cm3.

10. Expresa en unidades del SI las siguientes medidas, haciendo uso de las potencias de 10: a) 15 km.

c) 1,8 GHz.

b) 3 ns.

d) 53 pm.

Factor –12 –9 –6 –3 –2 –1

Actividad resuelta 2. Expresa en notación científica y unidades del SI las siguientes medidas: a) 8848 m; b) 2,1 mg; c) 0,000 001 s. Solución

a) 8848 m • Respetando el número que se nos presenta, trasladamos la coma decimal a inmediatamente después de la primera cifra que encontramos distinta de cero: 8848 m " 8848,0 " 8,848 m Pero esta cantidad no es la misma que la original: no es lo mismo 8 mil metros que 8 metros. La transformación no ha acabado aún. • Contamos el número de posiciones que se ha desplazado la coma. En este caso han sido tres posiciones. Este será el exponente de la potencia de diez. Cada vez que se desplaza la coma hacia la izquierda una posición es como dividir por 10 dicha cantidad. • Como se ha desplazado tres posiciones la coma, es como dividir por 1000, por lo que para que la cantidad quede intacta, debemos multiplicarla por 1000, o lo que es lo mismo, por 103. • 8848 m = 8,848 · 103 m. Revisamos que la unidad de medida sea la del SI. El metro es la unidad del SI para la longitud, así que hemos terminado. b) 2,1 mg • El número tiene el formato que necesitamos, no lo tocamos. Pero la unidad no es la del SI. Tenemos que expresar esta cantidad en kilogramos. • 1 kg = 1000 g = 1 000 000 mg = 106 mg 1 mg = 0,001 g = 0,000 001 kg = 10 –6 kg • 2,1 mg significa, como hemos estudiado, 2,1 veces 1 miligramo. Sustituimos 1 mg por su equivalencia: 2,1 mg = 2,1 · 10 –6 kg. c) 0,000 001 s

El gigahercio (GHz) se utiliza habitualmente como unidad de medida de frecuencia en los procesadores informáticos. 18 Unidad 1. La actividad científica

• Debemos pasar la coma decimal seis posiciones hacia la derecha, lo cual es como multiplicar la cantidad seis veces por 10, es decir, por 10 6. Para que la cantidad quede intacta, debemos dividirla por 10 6, que es lo mismo que multiplicarla por 10 –6 : 0,000 001 s = 1 · 10 –6 s

4. EL TRABAJO EN EL LABORATORIO La actividad científica se desarrolla básicamente en unas salas preparadas para garantizar la fiabilidad de los trabajos y la seguridad de las personas que allí trabajan. Estas salas son los llamados laboratorios. Un laboratorio es un lugar preparado y equipado para desarrollar la experimentación, la investigación y otras tareas científicas o técnicas.

Laboratorios escolares Habitualmente los centros escolares cuentan con laboratorios en los que poder realizar prácticas y experimentos y estudiar así aspectos de las ciencias naturales. Se pueden encontrar laboratorios divididos por ramas: de física y química por un lado, y de biología y geología por otro.

Independientemente de la actividad que se desarrolle en el laboratorio, es fundamental mantener una actitud responsable. Siempre que estemos en un laboratorio, deberemos mostrar un comportamiento ejemplar: ** Trabajar con el máximo rigor y objetividad. ** Cumplir las normas de seguridad y de correcto manejo del material. ** Ser responsables en el tratamiento y eliminación de residuos.

El primer punto ya ha sido tratado en los epígrafes anteriores. Vamos ahora a abordar los dos restantes.

Sabías que...?

Cuando el trabajo se realiza fuera del laboratorio, en exteriores o allá donde haya algo que investigar, se dice que se está realizando trabajo de campo. Las labores de la arqueología son un claro ejemplo de ello.

4.1. Normas de seguridad e higiene en el laboratorio El laboratorio es un lugar de trabajo potencialmente de riesgo. Para evitar accidentes, se deben respetar escrupulosamente las normas de seguridad y de higiene establecidas en los laboratorios, ya estemos trabajando o simplemente observando una experiencia que realiza otra persona. Algunas de estas normas son las siguientes:

Actualmente están muy extendidos los llamados laboratorios virtuales, los cuales aprovechan las nuevas tecnologías y los avances en cuanto a desarrollo de software. Uno muy empleado en la comunidad escolar es el desarrollado por la Universidad de Colorado: https://phet.colorado.edu/. También es muy conocida la herramienta Algodoo (http://www.algodoo.com/). Los laboratorios virtuales contienen simulaciones del trabajo en el laboratorio, mediante las cuales se pueden controlar parámetros que en el mundo real sería imposible, como el valor de la aceleración de la gravedad. Otro valor que poseen, sobre todo con vistas a la comunidad profesional, es el ahorro de costes de materiales.

** Uso obligatorio de bata. ** El pelo debe llevarse corto o recogido, para evitar que se incendie o se

introduzca por accidente en las sustancias que se manejan.

** Uso de gafas de protección al tratar con productos químicos y evitar

llevar lentillas.

** Vestir calzado que cubra el pie completamente. Unidad 1. La actividad científica

** Se recomienda el uso de guantes siempre que se trate con productos

corrosivos o tóxicos.

** Está prohibido comer, beber y por supuesto fumar en cualquier

laboratorio.

** Lavado de manos obligatorio al acabar un experimento. ** Nunca inhalar por la nariz directamente de un tubo de ensayo. ** Mantener en orden el lugar de trabajo: limpio y despejado. ** Dejar el material usado perfectamente limpio. ** No se deben gastar bromas ni correr. Hay que evitar distracciones y

riesgos innecesarios.

** Nunca utilizar instrumental del cual se desconoce su manejo o funAlgunas marcas comerciales de productos de uso frecuente aún mantienen en ellos los pictogramas de formato anterior al aquí estudiado (en la página siguiente). Puede que los veas, por ejemplo, en dispensadores de líquido corrector, en forma de cuadrado y con fondo naranja.

cionamiento. Preguntar siempre a la persona responsable.

** Leer detenidamente las etiquetas de los frascos de productos que se

vayan a emplear.

** Manipular los recipientes siempre cogiéndolos por la base. Nunca

por el tapón.

** No llevar bufandas, pañuelos largos ni prendas u objetos que dificul-

ten la movilidad.

** En caso de duda, preguntar siempre a la persona responsable.

Estas y otras normas, que se establecen según el tipo de laboratorio, buscan garantizar la salud de las personas en estas dependencias.

Sabías que...?

Los aceleradores de partículas son laboratorios gigantescos, que buscan conocer los más profundos entresijos de la materia, incluso del vacío. Algunos abarcan incluso kilómetros de extensión, como el Tevatrón (I y II), con 6,3 km, o el Gran Colisionador de Hadrones, de 27 km de longitud. En Andalucía contamos con las instalaciones del Centro Nacional de Aceleradores (CNA), en Sevilla.

Los laboratorios cuentan habitualmente con una ducha de emergencia, para los casos graves de accidentes en los que se haya producido una transferencia de productos corrosivos hacia una persona, o incluso para apagar ropa incendiada. Esta ducha solo debe activarse en casos de emergencia. 20 Unidad 1. La actividad científica

Pictogramas de seguridad Para poder actuar con responsabilidad en el laboratorio, y en nuestra vida diaria, debemos conocer los pictogramas de seguridad que nos informan de los riesgos que conllevan algunas sustancias, así como de los peligros de permanecer en determinadas instalaciones o zonas.

Símbolos de riesgo químico

Comburente (puede incendiar sustancias inflamables).

Gas a presión (peligro de explosión).

Peligroso por aspiración.

Otros riesgos

Corrosivo (destruye Explosivo (puede explotar certejidos vivos). ca de una llama o ante golpes).

Inflamable (puede arder Irritación cutánea (peligro espontáneamente). grave a través de la piel).

Peligroso para el medio ambiente.

Muy tóxico.

Alto voltaje.

Peligro.

Amenaza biológica.

Irritante.

Radiación no ionizante. Radiación óptica.

Radiación por láser.

Radiactivo.

Tóxico.

4.2. Material de laboratorio El instrumental de un laboratorio es el conjunto de objetos, aparatos y dispositivos construidos y diseñados para permitir la actividad científica. Algunos instrumentos sirven para realizar o tomar medidas, y otros simplemente ayudan a manipular las sustancias u otros aparatos. En general, en un laboratorio de física y química, nos encontraremos materiales fabricados en madera, metal, plástico, porcelana o vidrio. Cada uno de estos objetos cumple una función específica dentro del laboratorio, por lo que debemos reconocerlos, saber sus nombres y determinar sus usos. A continuación recogemos el instrumental más habitual que puedes encontrar en un laboratorio.

En un laboratorio los materiales deben ser de buena calidad pues allí se realizan investigaciones que, en muchos casos, son de vital importancia para ampliar los conocimientos en un área específica de la ciencia. Unidad 1. La actividad científica

Instrumental de uso frecuente en un laboratorio de Física y Química Cristal

Cristalizador

Pipeta Pasteur Matraz aforado

Bureta

Matraz de destilación

Embudo de decantación

Embudo

Matraz Erlenmeyer

Desecador

Matraz Kitasato

Probeta

Refrigerante

Matraz de fondo redondo

Vidrio de reloj

Tubo de ensayo

Pipeta

Madera

Vaso de precipitados

Termómetro de alcohol Porcelana

Pinza de madera para tubos de ensayo Cápsula de porcelana 22 Unidad 1. La actividad científica

Mortero

Plástico

Escobilla

Osciloscopio

Flexómetro

Frasco lavador Cronómetro Temporizador Cinta métrica

Termómetro digital

Metal

Nuez doble

Balanza digital

Balanza de doble platillo

Pinza para crisol

Trípode Gradilla

Aro

Mechero Bunsen

Soporte

Pinza Calibre o pie de rey Espátula

Regla metálica

Rejilla

Cucharilla

Unidad 1. La actividad científica

4.3. Gestión de residuos Se entiende por residuo aquel producto, material o elemento que después de haber sido producido, manipulado o usado no tiene valor para quien lo posee y por ello se desecha y se elimina. En un laboratorio escolar es probable que aparezcan residuos tanto químicos como físicos. Estos residuos son potencialmente peligrosos y deben ser gestionados adecuadamente en cuanto a su manipulación, almacenamiento y eliminación.

El reciclaje permite ahorrar energía y recursos naturales y disminuir considerablemente la contaminación.

Cada residuo en su lugar

Desechos peligrosos

Plásticos y envases

De forma general los compuestos químicos no deben ser vertidos por el fregadero debido a sus características potencialmente peligrosas para el medio ambiente. Según se van generando los residuos en el laboratorio, es fundamental que se vayan almacenando en recipientes adecuados perfectamente etiquetados en un lugar despejado y de fácil acceso dentro del laboratorio. Más tarde serán retirados según un procedimiento claro de recogida, clasificación, envasado y transporte hasta el punto limpio más cercano. Antes de mezclar varios residuos en un contenedor nos aseguraremos de que son químicamente compatibles. Es muy aconsejable la separación de aquellos residuos que puedan ser considerados reciclables. Los residuos más peligrosos deben ser almacenados en contenedores rojos.

Orgánico

Cristal

Papel y cartón

Demás residuos

Actividades 11. Define el concepto de ‘laboratorio’ y razona por qué es necesario para el método científico. 12. ¿Por qué se requiere objetividad en una investigación científica? 13. ¿Qué diferencias hay entre un producto químico inflamable y uno explosivo? 14. Cita tres productos químicos que puedan ser considerados peligrosos para el medio ambiente. 15. Busca en tu casa pictogramas de seguridad y de riesgo. Pueden aparecer en el edificio y en productos de limpieza o de higiene. Fotografíalos y crea un álbum digital para presentarlos en clase o compartirlos.

24 Unidad 1. La actividad científica

16. Nombra los instrumentos de laboratorio empleados para las siguientes actividades: medir la temperatura del agua, mezclar 1 litro de agua con 100 gramos de sal y 50 gramos de arena, calentar la mezcla. 17. ¿Dónde tirarías los residuos de vidrio de un laboratorio? ¿Y los residuos químicos? 18. ¿Por qué no se deben tirar líquidos contaminantes por el fregadero del laboratorio? 19. Raquel y Julio están realizando una práctica de laboratorio muy entusiasmados, pero no disponen de mucho tiempo. Para poder terminar a tiempo la experiencia, deciden quedarse a comer en el laboratorio y correr todo lo que puedan. ¿Crees que es responsable y segura esta actitud?

5. LA COMUNICACIÓN CIENTÍFICA Los avances científicos y tecnológicos están muy presentes en nuestra vida cotidiana y nos aportan desarrollo y bienestar. Sin embargo, en algunas ocasiones también pueden ser causa de temores e incertidumbres. Por ello, el conocimiento científico debe ser parte esencial en el saber de la humanidad. La ciencia contribuye con sus progresos al bienestar de la humanidad, aunque, por otro lado, también tiene implicaciones en el deterioro del medio ambiente. Por tanto, debemos encontrar un equilibrio entre desarrollo y cuidado del entorno. Es lo que se conoce como desarrollo sostenible. De otro lado, en ocasiones, se generan informaciones sin base científica real sobre diversos avances tecnológicos. Estas noticias, fruto de la desinformación, muchas veces se propagan rápidamente entre la población, a través de publicaciones en Internet, redes sociales, etc. Por ello es importante mantener una actitud responsable y no contribuir a la difusión de informaciones científicas falsas, para lo cual debemos saber distinguir entre publicaciones no especializadas y publicaciones científicas serias. La ciencia cuenta con un sistema para comunicar sus avances a la sociedad: la publicación de sus resultados en revistas especializadas. En la imagen que abre esta unidad puedes encontrar algunas de las más importantes publicaciones científicas de la actualidad.

La exposición a una gran cantidad de información científica es constante en la sociedad actual. Por ello, es fundamental acudir siempre a fuentes de información fiables y solventes y mostrar un espíritu crítico.

Sabías que...?

Nauka significa ‘ciencia’ en ruso. Este término fue adoptado hace unos años por un reconocido portal de divulgación científica para su dirección web. En naukas.com podemos encontrar artículos e informaciones de un centenar de científicos y divulgadores.

Sabías que...?

La Asociación Española de Comunicación Científica (AECC), promueve la presencia de informaciones científicas en los medios de comunicación, vela por la independencia y la objetividad de este tipo de información y facilita el diálogo y las relaciones con las fuentes de información del área. Su web es: https://aecomunicacioncientifica.org

Actividades 20. Imagina que te llega un mensaje en el que se dice que la Policía Nacional está avisando de algún peligro o fraude. Elige qué opción te parece más razonable y explica el porqué de tu elección. a) Reenvío automáticamente el mensaje a todos mis contactos. b) Reenvío automáticamente el mensaje a mis conocidos y familia. c) Consulto la web de la Policía o su cuenta de Twitter para comprobar qué hay de cierto, antes de reenviarlo o comentarlo. 21. ¿Por qué crees que es necesario espíritu crítico frente a los nuevos avances científico-tecnológicos?

Además de las publicaciones formales en revistas especializadas, la ciencia se da a conocer gracias a la divulgación científica, que puede ser itinerante (personas que dan conferencias, coloquios, charlas...), localizada (parques de ciencia, ferias…) o canales en Internet, como el del Instituto de Física Teórica: https://www.youtube.com/channel/UCk195x4zYdMx4LhqEwhcPng. En la imagen, Planetario del Parque de las Ciencias de Granada.

22. Visita la sección de Ciencia en la edición digital de al menos tres periódicos y copia en tu cuaderno el titular de alguna noticia que llame tu atención. Unidad 1. La actividad científica

Actividades de consolidación 1. Cita tres hechos o ideas que puedan ser sometidos a experimentación mediante el método científico y otras tres que no.

b) Galileo (1590).

2. ¿Cuáles de las siguientes propiedades o cualidades son magnitudes y cuáles no? ¿Por qué? a) El hambre. b) La belleza. c) La intensidad sonora. d) La altura de una persona. 3. Corrige la siguiente afirmación, en la que una cualidad del método científico es errónea: El método científico se caracteriza por ser empírico, objetivo, sistemático, reproducible y definitivo.

c) Nicholson y Carlisle (1800).

4. Ordena las etapas del método científico: conclusiones, formulación de una hipótesis, observación, análisis de datos experimentales, experimentación. 5. El agua destilada (agua pura, solo agua) tiene, al igual que todas las sustancias puras, propiedades físicas bien definidas, con valores concretos fijos. ¿Es el agua corriente, que sale del grifo, agua destilada? Responde a esta pregunta a partir del estudio de dos magnitudes: la densidad y el punto de ebullición. Consulta el anexo del proyecto de investigación del final del libro, y sigue las etapas del método científico. 6. Observa atentamente las siguientes imágenes de distintos experimentos y trata de averiguar cuál era la hipótesis planteada durante estas investigaciones.

d) Louis Pasteur (1864).

a) Arquímedes (aprox. 230 a.C.)

7. Teniendo en cuenta tu respuesta a la pregunta anterior, ¿qué otros experimentos sugerirías para demostrar las mismas hipótesis? 8. Observa las siguientes medidas. Indica de qué magnitud se trata en cada caso, si es fundamental o derivada, y exprésalas en unidades del SI.

26 Unidad 1. La actividad científica

a) 2 días.

d) 2 GHz.

b) 400 mg.

e) 20 ºC.

c) 3 hK.

f) 5 mA.

9. Transforma a notación científica y unidades del SI las medidas que no lo estén. Indica de qué magnitud se trata. a) 0,0035 mol. b) 43 kcd. c) 0,00071 Mg. d) 2,5 h. 10. La energía es una magnitud derivada cuya unidad, el julio (J), es de uso muy frecuente, pero en su expresión con el prefijo griego ‘kilo’. Busca la equivalencia entre el kJ y la kcal (kilocaloría) y comprueba que la información que da el productor de alguna bebida comercial que tengas en casa (zumo, refresco, leche, batido...) es correcta, haciendo tú la transformación de kJ a kcal. 11. Indica el significado de las siguientes etiquetas para compuestos químicos:

14. Busca información sobre alguna publicación de divulgación científica en periódicos, prensa o ediciones digitales y comenta alguna noticia de actualidad. 15. Observa atentamente la siguiente campaña publicitaria de un producto que pretende ser comercializado. Responde razonadamente a las preguntas planteadas.

Anticel. Crema hidratante anticelulítica

“Anticel es el resultado de la investigación cosmetológica más avanzada con los más recientes descubrimientos biológicos y vegetales. El origen de Anticel se fundamenta en un descubrimiento científico revolucionario. Gracias a su molécula devora-grasa te proporciona una acción revitalizante y antienvejecimiento 4 veces más importante. Anticel te ofrece la solución científica y eficaz contra la celulitis. Eficacia científicamente probada. Incluye magnesio como fuente de energía y evita que las 2/3 partes de nuestra piel puedan evaporarse. Con Anticel el agua se fija en la piel de forma duradera”. a) ¿Te parece que la publicidad de este producto es engañosa? ¿Por qué?

12. Indica en tu cuaderno si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas y corrige estas últimas: a) Los productos químicos deben considerarse potencialmente peligrosos. b) La acetona y el cloroformo se pueden eliminar por el desagüe. c) Para manejar productos volátiles se aconseja el uso de guantes, gafas y mascarilla. d) Una sustancia nociva es la que puede explotar bajo el efecto de una llama.

b) Comenta el uso que generalmente se hace de los términos científicos en la publicidad. ¿Hay alguna incorrección desde el punto de vista científico en la publicidad de este producto? c) ¿Crees que el producto utiliza la ciencia como reclamo y no como base de su eficacia? Razona tu respuesta. d) ¿Crees que debe ser aprobada su comercialización? ¿Por qué? 16. Nombra los materiales de laboratorio que reconozcas en la siguiente imagen.

e) Una sustancia comburente es la que puede hacer de combustible. f) Las sustancias corrosivas son las que pueden dañar tejidos vivos y otros materiales. g) Las sustancias inflamables pueden provocar llamas al entrar en contacto con el agua. h) Con las sustancias explosivas se deben evitar choques o formación de chispas. i) Para las sustancias tóxicas se debe evitar cualquier contacto con el cuerpo humano. j) En el laboratorio no es aconsejable llevar el pelo suelto. 13. Elabora un pequeño informe sobre los programas de divulgación tecnocientífica que puedas encontrar en televisión. Comenta su variedad, horario y día de emisión. Unidad 1. La actividad científica

Esquema de la unidad LA ACTIVIDAD CIENTÍFICA LA CIENCIA

MÉTODO CIENTÍFICO

TRABAJO EN EL LABORATORIO

COMUNICACIÓN CIENTÍFICA

MAGNITUDES

ETAPAS

NORMAS

FORMAL/ ACADÉMICA

Medir

Observación

Seguridad

Hipótesis

Higiene

Experimentación

DIVULGACIÓN

PICTOGRAMAS

Instrumentos Análisis de datos Medidas

Seguridad

Colecciones

Riesgo

Foros

Conclusiones Unidades (prefijos griegos) SI

Parques

MATERIAL E INSTRUMENTAL

Ferias Charlas

Notificación científica

Internet L = 3,150 · 105 m

GESTIÓN DE RESIDUOS

28 Unidad 1. La actividad científica

Competencias clave Jóvenes y ciencia Un texto periodístico es una clase de texto cuya finalidad es informar sobre hechos y temas de interés general. Su función principal es ofrecer información veraz pero también admite valoraciones críticas y opiniones subjetivas sobre acontecimientos y noticias. Sin embargo, un texto científico es aquel que se basa en la utilización del lenguaje especializado para dar a conocer de forma objetiva y precisa los resultados de las investigaciones realizadas o de los avances alcanzados Texto A Ámbito de estudio: se trata de un estudio descriptivo realizado entre febrero y junio; el área geográfica abarca una extensión de 379 km2. Identificación de los manantiales: se realizó el censo de 29 fuentes de manantial. Se procedió a su localización cartográfica en mapas de escala 1/25000 del Servicio Geográfico del Ejército y más tarde a la localización sobre el terreno. Datos analizados: de cada fuente se recogieron 1000 mL de agua directamente en recipientes estériles, manteniendo las muestras refrigeradas a 4 ºC no más de 24 horas hasta dicho momento.

Parámetros microbiológicos: bacterias aerobias (BA) a 22 ºC y 37 ºC, coliformes totales (CT), coliformes fecales (CF), estreptococos fecales (SF) y clostridios sulfito reductores (CSR). Texto B Tres adolescentes españoles han ganado el concurso mundial de innovación «Google Science Fair» con un proyecto para conocer la vida microscópica en aguas dulces. Se trata de tres estudiantes logroñeses que han resultado vencedores en la categoría de edad de 15 y 16 años de este concurso de innovación para jóvenes. Los adolescentes crearon durante casi cuatro años y principalmente en su tiempo libre una base de imágenes de miles de fotografías y han realizado distintos experimentos para conocer el comportamiento de los microbios en el medio acuático. «El jurado quedó impresionado con la calidad de los proyectos de este año y por la ingenuidad, dedicación y pasión de los jóvenes científicos que los pusieron en marcha», ha indicado la compañía tecnológica. Adaptado. Textos científicos y periodísticos (goo.gl/YGht7f)

Cuestiones propuestas 1. ¿Qué diferencias fundamentales existen entre los textos periodísticos y los científicos? Razona tu respuesta. ¿A qué tipo de texto crees que pertenecen los dos fragmentos de texto seleccionados? Justifica tu respuesta. 2. Según tu respuesta anterior, ¿cuál crees que podría ser la hipótesis del estudio descrito en el texto científico? 3. Según el texto B, ¿qué actitudes han mostrado los jóvenes científicos? ¿Qué otras actitudes deben tener las personas que se dedican a la investigación científica? 4. ¿Qué método de trabajo crees que siguieron estos jóvenes para completar su trabajo? Describe brevemente cada una de sus etapas. 5. ¿Cuántos meses duró el estudio realizado? ¿Cuántos manantiales se analizaron? ¿Cuántos litros de agua se recogieron en total? 6. ¿Por qué los recipientes estaban estériles? ¿Qué razón hay para que las muestras se guarden a 4 ºC y como máximo durante 24 horas?

7. ¿Qué instrumental de laboratorio se ha requerido para esta investigación? Elabora una lista lo más completa posible clasificando los materiales. 8. ¿Qué tipo de riesgos corrieron estos jóvenes durante la investigación? ¿Qué tipo de residuos crees que se generaron? 9. ¿Te parece adecuado que se premien los trabajos de jóvenes científicos aunque sus resultados no supongan grandes avances para la humanidad? Razona adecuadamente tu respuesta. 10. Busca información acerca de otras investigaciones realizadas por adolescentes y elabora un informe escrito donde se indiquen los objetivos de los trabajos y las conclusiones obtenidas. ¿Qué crees que significa la expresión "La curiosidad hace la ciencia"? ¿Qué papel consideras que puede llegar a desempeñar la curiosidad en el ámbito científico?

Unidad 1. La actividad científica

Competencias clave Experimento cúbico Según el Diccionario ilustrado de las matemáticas, un dado es un objeto sólido con marcas en sus caras que se usa para obtener números aleatorios en juegos de azar. Los dados más comunes son cubos con puntos en cada cara que representan los números del 1 al 6. Sin embargo, hoy en día son necesarios otros dados de diversas formas poliédricas no cúbicas, con otras inscripciones distintas a los números y que se emplean en usos no siempre lúdicos. Uno de estos usos puede ser el estudio de la probabilidad y del azar, así como el de las dotes de adivinación de las personas. El juego que se explica a continuación propone el desarrollo de un sencillo experimento en el cual los dados nos permitirán la aplicación del método científico de forma divertida. Puedes encontrar otros juegos en http://www.disfrutalasmatematicas.com/

to o intuición. El número “adivinado” será comunicado en voz alta al resto y anotado en un papel, antes del lanzamiento. 4. En una tabla similar a esta se anotarán de forma sistemática el nombre del jugador, el número de tirada, el número pronosticado y el número obtenido realmente. Por último, en la columna de aciertos se dará un punto al jugador que acierte previamente su tirada, es decir, cuando el número que ha pronosticado coincida con el obtenido. Jugadores

Tiradas

Nº Nº pronosticado obtenido

Aciertos

1 2 n

Procedimiento

1. El juego requiere de un dado de seis caras, una superficie amplia de lanzamiento, lápiz y papel.

2 n

2. Cada jugador lanzará siempre de igual manera el mismo dado que el resto de participantes. El número de tiradas será el mismo para todos y se deben acordar previamente, aunque se recomienda que los lanzamientos se vayan alternando entre los jugadores. Es importante que se hagan el mayor número posible de lanzamientos. 3. De forma obligatoria, cada jugador pronosticará el número que le va a salir. Para ello utilizará su presentimien-

1 2 n 5. El jugador que consiga mayor número de puntos será el vencedor del juego.

Cuestiones propuestas 1. ¿A qué llamamos dados? ¿Qué utilidad tienen normalmente? 2. Busca en el diccionario de la RAE la definición de dado y comenta si esta definición te parece adecuada o incompleta. 3. Si consideramos el lanzamiento de los dados como el experimento de nuestra investigación, ¿cuál podría ser una hipótesis respecto de las dotes de adivinación de los jugadores? 4. Siguiendo con la comparación entre el juego y un experimento con dados, ¿qué fase del método científico representaría la tabla de anotación del juego? 5. ¿Por qué ha de lanzarse el mismo dado de igual forma todas las veces?

30 Unidad 1. La actividad científica

6. ¿Por qué se recomienda un número elevado de tiradas? 7. Con la ayuda de cinco miembros de tu clase realiza el experimento y utiliza los datos para poder completar la tabla de resultados. 8. A la vista de los resultados obtenidos, ¿podría decirse que algunos de los jugadores posee “dotes de adivinación”? Justifica adecuadamente tu respuesta. 9. Cuenta el número total de veces que ha salido cada número del dado y elabora una gráfica con los resultados. ¿Está trucado el dado? Razona adecuadamente tu respuesta. 10. Utiliza la información del anexo sobre cómo realizar un proyecto de investigación y redacta de forma ordenada tu trabajo experimental indicando qué has hecho durante cada etapa de tu investigación.

La unidad en 10 1. Escribe en una tabla las siete magnitudes fundamentales, con el nombre de la unidad del SI y su símbolo.

Magnitud

preguntas a) Las normas de seguridad son unas recomendaciones y sugerencias que, si es posible, deben seguirse. b) El pelo largo puede llevarse suelto, pero limpio.

Unidad

Símbolo

metro

Masa

kilogramo

Tiempo

segundo

kelvin

Intensidad de corriente

amperio

Intensidad luminosa

candela

g) Se debe mantener en orden el lugar de trabajo durante su uso.

mol

Las verdaderas son: c) y g).

Longitud

Temperatura

Cantidad de sustancia

2 Expresa las siguientes medidas en la unidad del SI y ordénalas de menor a mayor: 2 m, 0,021 hm, 20 · 102 mm, 1 900 000 µm.

c) Se debe evitar llevar lentes de contacto. d) Solo se deben usar chanclas en verano. e) Se deben agarrar los frascos por el tapón. f) Si un aparato nuevo no trae manual de instrucciones, debe usarse con mucho cuidado.

7. Indica el significado de los siguientes pictogramas de seguridad. a)

b) c) d)

Para comparar y ordenar medidas, estas lógicamente deben ser de la misma magnitud y tienen que estar expresadas en la misma unidad. Pasamos todas las longitudes a metros: 0,021 hm = 2,1 m ; 20 · 102 mm = 2,000 m; 1 900 000 µm = 1 900 000 · 10 –6 m = 1,9 m 1,9 m < 2,000 m = 2 m < 2,1 m

a) Peligroso por aspiración. b) Explosivo. c) Peligroso para el medio ambiente.

Por tanto: 1 900 000 µm < 20 · 102 mm = 2 m < 0,021 hm 3. ¿Con qué magnitud relacionas cada una de las siguientes medidas? Expresa en notación científica y unidades del SI las que no estén en esta forma: a) 500 ºC ; b) 200 mA; c) 30 · 102 m ; d) 0,15 d ; e) 1,25 kg

d) Gas a presión. 8. Explica de qué nos avisan los siguientes pictogramas. a)

b) c) d) e)

a) Temperatura: 500 ºC = 773,15 K = 7,7315 · 102 K b) Intensidad de corriente eléctrica: 2,00 · 10 · 10 –3 A = 2,00 · 10 –1 A

a) Radiación por láser.

c) Longitud: 3,0 · 10 · 10 m = 3,0 · 10 m

c) Radiactivo.

d) Tiempo: 0,15 d = 3,6 h = 12 960 s

d) Amenaza biológica.

e) Masa: 1,25 kg = 1,25 · 10 kg (la potencia de diez no es estrictamente necesaria en este caso).

e) Radiación no ionizante.

4. Define los conceptos ‘magnitud’ y ‘medir’. Medir es una acción de cuantificar una magnitud, por comparación con otra tomada como referencia, a la que llamamos unidad de medida. 5. Elabora un diagrama que represente las etapas del método científico. El diagrama debe incluir estas etapas: observación, elaboración de hipótesis, experimentación, análisis de resultados y conclusiones. 6. Indica cuáles de las siguientes afirmaciones son verdaderas, en el contexto de la seguridad en el laboratorio:

b) Alto voltaje.

9. Elabora un dibujo esquemático de los siguientes tipos de matraces: Erlenmeyer, aforado, Kitasato, de fondo redondo y explica qué los distingue. El Erlenmeyer es troncocónico, al igual que el Kitasato, pero este último tiene un saliente que actúa como salida/ entrada lateral. El aforado y el de fondo redondo se parecen, pero este último no se puede apoyar, por ser de fondo esférico. En cambio, el aforado, aunque de cavidad esférica, es plano en el fondo, por lo que puede apoyarse. 10. ¿En qué contenedor depositarías un papel arrugado en clase y un ácido sobrante del laboratorio? El papel en un contenedor azul. El ácido en uno rojo. Unidad 1. La actividad científica

1. DEFINITION OF MATTER

Matter is anything that has mass and occupies a space. When studying matter, we can find material objects, like a rock, with well defined limits, or we can talk about material systems, like the seawater at the beach. In the case of the rock, we know where it starts and ends, but in the case of the seawater, we don’t know the limits.

Unit

Matter and its properties

The ancient Greeks were the first to wonder what matter was. Thales of Miletus discovered amber, a mineral with electrical properties.

Remember Length, mass and volume are clear examples of extensive properties. The greater the amount of copper wire, the greater the length of the wire and the greater the mass of copper we will have. And vice versa. The larger a beam or a wooden board, the greater volume it will occupy. And the smaller it is, the smaller the volume.

All objetcs are formed by matter.

2. PROPERTIES OF MATTER

We can distinguish between two types of properties to describe an object: **Extensive properties: these depend on the amount of matter in the object. Some examples are length, volume and mass. **Intensive properties: these do not depend on the amount of matter in the object. Some examples are density and boiling point. Extensive properties

Intensive properties

Mass

Concentration

Volume

Density

Surface

Temperature

Length

Hardness

Weight

Colour

Remember 1 t = 1000 kg 1 kg = 1000 g 1 g = 100 cg 1 cg = 10 mg

3. MASS

Mass is the amount of matter that an object has. It is an extensive and quantitative property of matter. The SI unit of mass is the kilogram. Mass does not depend on the state of the matter. If you have an ice cube, you weigh it, and then it melts, you will see that the water weighs the same as the ice cube. This is because the particles that make up the ice cube are the same as the ones in the water. 12 Unit 2. Matter and its properties

Digital scales allow the measurement of mass to several decimal places.

Activities 1. Complete the table in your notebook. Say whether the following properties are extensive or intensive: Which are their SI units? Property

Intensive/Extensive?

SI unit

5. Find the word which is the odd one out and write it in your notebook. a) kilogram, gram, pound b) surface, density, temperature

Volume

c) rock, mountain, seawater

Surface

d) beauty, length, flavour e) minute, metre, kilogram

Melting point Weight Mass 2.  Listen to the audio recording and fill in the blanks in your notebook. Matter is anything that has and occupies a . There are with well defined limits, or we can talk about where we don’t know the limits. Examples of the first are a and a and examples of the second are a and a . 3. Read the following text carefully and answer the questions in your notebook. The metric system was created at the end of the 18th century, during the French Revolution, by a group of scientists (Lavoisier and Laplace among others). They were trying to develop a system of units with three characteristics: they should be universal, logical and based on nature. The first units introduced were: • Gram for mass: one gram is the mass of one cubic centimetre of water. • Metre for length: one metre is one ten-millionth of the length of the meridian that goes from the North Pole to the Equator passing through Paris. • Litre for capacity. Another important characteristic of the metric system is that all units are related in multiples of 10. For example, we have the metre, then the decimetre (10 times smaller) or the decametre (10 times bigger). Nowadays, all the countries in the world except the United States, Liberia and Burma have accepted the metric system.

6. In your notebook, fill in the blanks with the suitable words: Equator, newtons, poles, weight, kilograms, mass. Mass and weight are different quantities, but in everyday speech they are usually confused. is the amount of matter that an object has, and in SI units it is measured in . On the other hand, is the force of attraction exerted on the body by the Earth, the SI unit is . An object’s mass will be always the same, but its weight will depend on the place where you measure it. The Earth’s gravity is stronger at the and weaker at the . 7. Say whether the following sentences are true or false. Rewrite the wrong ones in your notebook. a) Sally weighs 50 kilograms. b) My mass is different on the Earth than on the Moon. c) If I compress a gas, its mass will be smaller. d) If I freeze a bottle with water, it will weigh the same. e) When a balloon deflates, it weighs less because it loses mass. f) When you heat up an object, it increases its mass. 8. In your notebook fill in the empty spaces with the following words: temperature, extensive, density, utility, properties, volume, quantities, intensive, mass, matter. PROPERTIES OF MATTER Can be measured? Yes

a) What are the advantages of having a universal system of units?

properties Such as

Depend on the amount of

b) Why do we say that this system is based on nature? c) What is the distance between the North Pole and the Equator?

Beauty

d) Can you think of any units for measuring the same quantity that are not related in multiples of 10? 4. In your notebook, arrange the following in the order of increasing value of mass: 20 dag; 2.5 x 103 mg; 9 hg; 7 x 10 –3 kg; 6.3 x 104 cg.

properties

Such as

f)  g)

Such as

: measured in kg : measured in m3

h)  i)

: measured in kelvin : measured in kg/m3

Writing activities should be completed in your notebook Unit 2. Matter and its properties

4. VOLUME

x 1,000

Cubic Cubic Cubic Cubic Cubic Cubic Cubic Unit of measurement kilometre hectometre decametre metre decimetre centimetre millimetre

Symbol

km3 ÷ 1,000

hm3

dam3

÷ 1,000

dm3 ÷ 1,000

cm3 ÷ 1,000

The volume of liquids in general and nonmetallic solids hardly changes with temperature. The volume of metals changes noticeably with temperature (they expand with heat). In thermometers, the expansion of liquid mercury when heated is used for measurement.

mm3 ÷ 1,000

As well as this scale, there is also the litre scale: millilitre, litre, kilolitre etc. How we measure volume depends on the state of the matter: **Solids: there are two options: For regular solids, we use mathematical formulas to calculate their volume. Irregular solids don’t have a regular shape, so we use the displacement method. This involves pouring water into a graduated cylinder and measuring its volume. Then we put the solid into the cylinder, and we will see that the water level goes up. The solid will have displaced a volume of liquid equal to its own volume. If, for example, the water level has moved from 20 ml to 60 ml, we know that the volume of the solid is equal to 40 ml. **Liquids have a fixed volume and they take the shape of the container. You can use different instruments to measure the volume of liquids: graduated cylinders, volumetric flasks or pipettes. If you need to measure the volume of a liquid, simply pour it into a graduated container and observe the maximum height of the liquid using the scale. In a laboratory we use graduated cylinders and pipettes for this purpose. **Gases have a variable shape and volume. If we have a gas inside a 1.5 litre container, the volume of the gas will be equal to 1.5 litres. But if we put it in a smaller container, the volume of the gas will be smaller (we have compressed the gas). Since gases can expand or be compressed, they do not have a fixed volume.

Formulas for calculating the volume of regular solids Name Cuboid

x 1,000

Submultiples

Cube

x 1,000

Unit (SI)

Cylinder

Multiples

Volume is the space occupied by an object. It is an extensive, quantitative property of matter. In SI units, volume is measured in m3 (cubic metres). The following table shows the multiples and submultiples of m3.

Figure b a

Terms

Formula

l = length w = width h = height

V = a · b · c

w = side

V = a3

r = radius h = height

V = r · r2 · h

r h

1 cm x 1 cm x 1 cm = 1 cm3

1 millilitre

1 m 1 m

1 m

This cube has a volume of 1 m . If we fill this cube with water, we will see that the maximum amount of water we can pour into it is exactly one kilolitre. That is why we say that: 1 m3 = 1 kl Other possible relations are: 1 dm3 = 1 l; 1 cm3 = 1 ml

14 Unit 2. Matter and its properties

h r = radius

1 2 h = height V = 3 h · r · r

Sphere

1 cm

Cone

Cube side length Cube volume (cubic units) Cube volume (litres units) 1 m 1 m x 1 m x 1 m = 1 m3 1 kilolitre 1 dm 1 dm x 1 dm x 1 dm =1 dm3 1 litre

r = radius

4 r · r3 3

Activities 9. In your notebook, convert in the following units:

14.  Listen to the audio recording and fill in the blanks in your notebook:

a) 30 ml into dm3 b) 400 dal into m3

The French Academy of Sciences wanted to measure the length of the in an effort to determine the Earth’s . They had to measure the meridian arc at two places as distant as possible: the and the Equator. If those arcs were , the Earth was flattened at the poles. It was necessary to measure this length in a country placed in the equatorial line. As this belonged to the Spanish Crown, it was necessary to ask for permission to the Spanish King, Felipe V. He agreed, on that two Spanish officers, Jorge Juan (Alicante, 1713) and Antonio de Ulloa (Seville, 1716), took part in the expedition. It was a tough enterprise, they had to cross the carrying the measuring equipment. It started in 1735, and it took seven years to accomplish, but thanks to the effort of this group of Spanish and French (La Condamine, Bouguer and Godin), it was finally carried out. Ulloa was named as a fellow of the Royal Society.

c) 350 cm3 into cl d) 0.004 kl into cm3 e) 9 m3 into dal 10. Find the volume of a cylinder with a radius of 40 dm and a height of 380 cm. Write the result in your notebook using a SI unit. 11. My family is moving to a new house and my mother offers me two different boxes to pack all my books. • The first one measures 200 mm by 30 cm by 5 dm. • The second one is 0.25 m by 26 cm by 400 mm. Which one will hold more books?

Draw the solution and write your conclusion in your notebook.

12. In your notebook, express the results in SI units. a) Calculate the volume of a cone whose radius is 10 cm and height is 20 cm.

Source: cvc.cervantes.es

b) Calculate the volume of a cube whose radius is 3 dm.

15. Here you have several questions about the previous text. Fill in the blanks with the correct words in your notebook and then answer the questions: why, who, what, when.

c) Calculate the volume of a cylinder whose radius is 0.6 m and height is 450 mm. 13. I have some marbles with a diameter of 2 cm and a density of 2.3 g/ml. I put three of them inside a graduated cylinder with 25 ml of water. Calculate the final water level. Would it be the same if I use alcohol instead of water? Justify your answer in your notebook and compare it with your partner. 180

160

140

120

100

was the purpose of measuring the length of the meridian?

b) was it necessary to ask for permission to Felipe V?

was Antonio de Ulloa?

did the expedition finish?

100

120

140

160

180 80

North latitude 60

Moscow

Madrid

Washington

Tokyo

Bogotá West longitude

East longitude

Cape Town

Buenos Aires

Sydney

South latitude

80 180

160

140

120

100

120

140

160

South latitude

180

Writing activities should be completed in your notebook Unit 2. Matter and its properties

5. DENSITY

The density of a substance is the relationship between its mass and volume, that is, the mass per unit volume: d= m v Density is a specific (or intensive) property of matter, which means that it does not depend on the amount of substance. A tablespoon of oil has the same density as a whole bottle of oil. The density of a substance is also unique, which allows us to differentiate it from other substances. Furthermore, density is a quantitative property of matter. This means that you can assign it a number with units of measurement. The SI unit for density is kg/m3, but it is also often expressed in g/cm3.

Experiment Take a glass full of water and put some ice cubes in it. Why does the ice float? The mass of objects is not related to buoyancy. It does not matter if the mass is greater or less, but how it relates to the volume it occupies. The density of ice is 0.92 g/cm3 and that of water is 1 g/cm3. As the density of the water is greater, the ice floats on top.

5.1. Materials of different densities

Substance or material Solids Platine Gold Mercury Lead Silver Copper Brass Iron. Steel Glass Aluminium Concrete Ice Wood (oak) Cork Liquids Glycerin Blood Sea water Distilled water Oil Benzene Ethanol Gas Butane Carbon dioxide Dioxygen Air

Density (g/cm3) 21.4 19.35 13.6 11.4 10.5 8.9 8.6 7.8 3.5 2.7 2 0.92 0.65 0.23 1.26 1.06 1.03 1.0 0.92 0.90 0.81 0.0026 0.0018 0.0014 0.0013

16 Unit 2. Matter and its properties

Platine

Gold

Sea water

Gas

Oil floats when it is poured onto water. The same happens with oil on sea water. The key to this phenomenon is density. If we take two identical containers and fill one with water and the other with oil, the one containing oil will weigh less than the one containing water. This is because oil is less dense than water, even though both liquids have the same volume.

The density of pure water (also called distilled water) is 1 g/cm3. Another way to express this would be 1 kg/dm3, that is, in a 1 liter container we can hold exactly 1 kg of pure water.

Saturn floats! Saturn is a planet with a mass about 100 times that of Earth. It has a radius much greater than that of Earth. The volume that this planet occupies is so large that, although it has a lot of mass, its density is very low: 0.69 g/cm3. The density of Saturn is much lower than that of water. If we could put Saturn in a giant bowl full of water... it would float!

Activities 16. We have measured the mass of different volumes of an alcohol and we have collected the following data. Answer the questions in your notebook. Mass (g)

1.6

2.0

3.2

4.8

Volume (ml)

2.5

22. There is a cube whose sides are 12 cm long. It has a mass of 4 kilograms. Will it float on water? In pairs, each student will defend a different answer. Remember to use some of these expressions: • I consider that… • You may be right, but… • On the other hand…

a) Plot the volume data against the mass data on a graph. b) Use the table to calculate the volume that 4 grams of the alcohol will occupy.

• As you can remember… 23. Solve the following crossword and write the answers in your notebook.

c) What’s the mass of 3 cm3 of alcohol?

1. A property of matter that can be measured.

d) What’s the density of the alcohol?

2. The mass of 1 cm3 of water. 3. A system of units created during the French Revolution.

17. You have a cylinder with a radius of 30 cm and a height of 0.05 dam. You fill it in with a liquid with a density of 1,300 kg/m3. What’s the mass of the liquid inside the cylinder?

4. A quantity that can be measured in litres. 5. A quantity that can be measured in grams. 6. A property that does not depend on the amount of substance.

18. My class measures 5 m x 8 m x 10 m. If the air density is 1.3 kg/m3, calculate in your notebook the mass of the air inside.

7. SI unit for mass. 8. A quantity that can be measured in years.

19. You have 25 ml of an oil whose mass is 22 g. Do the following activities in your notebook:

a) Calculate its density and express the result in g/ml and kg/m3.

1 8

b) Calculate the volume that 2 kg of that oil will occupy. c) Calculate the mass of 3 litres of that oil. 2

20. There is a cube whose side is 3 cm and whose mass is 34 g. In your notebook, do the following activities: a) Calculate its volume. b) Calculate its density.

c) Will it float in water? 4

d) Will it float in mercury?

21.  Listen carefully to the audio recording and fill in the blanks in your notebook. When I describe an object, I can distinguish between two types of . Those that can be measured are called , like length. The other kind are properties, such as flavour. There are two groups of quantities. Those that depend on the amount of matter are quantities, such as mass, and the ones that do not depend on the amount of matter are quantities, such as density. When I measure a quantity, I express the result in a . In the metric system, we express length in , mass in and time in .

24. Look at the table of densities on the opposite page and in pairs, discuss what substances float on other substances. Take into account that not all substances are liquid. Use expressions like: • Undoubtedly,... floats on... • Do you think that... floats on...? • What do you think about... and...? • I disagree, take a look at their densities…

Writing activities should be completed in your notebook Unit 2. Matter and its properties

Un submarino es un tipo de embarcación cuyo diseño le permite modificar su densidad, de forma que puede controlar si se sumerge en el agua o no, y a qué profundidad.

Unidad 2 La materia y sus propiedades

«El espacio dice a la materia cómo debe moverse; la materia, con su gravedad, dice al espacio cómo debe curvarse». John Archibald Wheeler (1911-2008) físico estadounidense

1 Definición de materia 2 Propiedades de la materia 3 La masa 4 El volumen 5 La densidad

¿Qué sabes hasta ahora?  ¿A qué se llama materia?  Describe dos ejemplos de materia.  ¿El agua que llena un vaso es materia? ¿Y el agua de los océanos?  ¿De qué está formada una nube?  ¿Cómo se mide el volumen de un líquido? ¿Y el de un sólido?  ¿Qué diferencias crees que existen entre el aire que respiras y una roca?  ¿Qué significa medir una magnitud?  ¿Podemos medir la masa del aire o de una nube?  ¿Por qué flotan los barcos pero no un tornillo?  ¿Qué es la densidad?

Al finalizar la unidad habrás aprendido  Qué es la materia.  Cuáles son las propiedades generales y específicas de la materia.  Diferenciar entre propiedades cuantitativas y cualitativas.  Realizar medidas de masa, volumen y densidad.  Resolver cuestiones sobre la masa, el volumen y la densidad.

Unidad 2. La materia y sus propiedades

1. DEFINICIÓN DE MATERIA Todos los objetos y cuerpos están formados por materia.

Sabías que...?

Los antiguos griegos fueron los primeros en preguntarse qué era la materia. Tales de Mileto, filósofo del siglo VI a.C, descubrió el ámbar, un mineral con propiedades eléctricas.

Si miras a tu alrededor, verás objetos y sustancias: ventanas, mesas, este libro, un paquete de garbanzos, un vaso de agua, nubes, la Luna, el Sol, etc. Todos los objetos y sustancias están hechas de materia.

Todos los cuerpos y sustancias tienen en común que ocupan un lugar en el espacio, y cuentan con una magnitud fundamental: la masa. Esta propiedad no la encontrarás en fenómenos como el sonido, una onda o un rayo láser. Tampoco tiene masa el mismo espacio. Materia es todo lo que tiene masa. El espacio ocupado por una porción de materia no puede ser ocupado por otra. En nuestra experiencia cotidiana, conocemos que las cosas que nos rodean tienen masa porque tienen peso. Aunque esta no es una definición exacta, sí nos ayuda a diferenciar lo que es material de lo que no lo es.

1.1. Cuerpos materiales y sistemas materiales Actividad resuelta 1. Clasifica en cuerpos o sistemas materiales los siguientes elementos: un muelle, 1 kg de harina, una pieza de pan, una nube, 200 g de nieve, un muñeco de nieve, un garbanzo y puré de verduras. Solución

Son cuerpos materiales: un muelle, una pieza de pan, un muñeco de nieve y un garbanzo. Son sistemas materiales: 1 kg de harina, una nube, 200 g de nieve y puré de verduras. 34 Unidad 2. La materia y sus propiedades

Como hemos visto, cualquier cuerpo de la Tierra o del universo está formado por materia. Sin embargo, hay muchas diferencias entre ellos. Por ejemplo, ¿qué diferencias observas entre el aire, una piedra, el agua, la arena, un garbanzo, un limón, etc.? Diferencias, lógicamente, hay muchas. Pero una principal es que algunos de los ejemplos son objetos o tienen un cuerpo definido, mientras que otros son sustancias, sin forma ni límites definidos. Un sistema material es una porción de materia que se selecciona para su estudio. Llamamos cuerpo material a los sistemas materiales que tienen una forma y unos límites bien definidos. Ambas expresiones de la materia, tal como hemos estudiado, tienen masa. Así, podemos tener 200 g de agua líquida, los cuales suponen un sistema material, y podemos tener un cubito de hielo de 50 g de masa (cuerpo material).

Sabías que...?

El mundo físico se compone principalmente de dos tipos de realidades: la realidad material y la energía. El diccionario recoge este hecho perfectamente en la definición de materia: ‘Realidad espacial y perceptible por los sentidos de la que están hechas las cosas que nos rodean y que, con la energía, constituye el mundo físico’.

En el espacio exterior encontramos cuerpos celestes (planetas, estrellas, satélites, cometas, asteroides, etc.), pero también espacio vacío. Nuestro planeta tiene masa, y la Luna también. El espacio que separa nuestra atmósfera de la Luna está vacío, así como el espacio que separa el resto de astros. Ese espacio carece de masa.

Actividades 1. Coge un cubito de hielo y pésalo en una balanza metido en un vaso. Anota la medida. Luego deja que se derrita completamente, y vuelve a pesarlo. ¿Qué observas? Comenta el resultado sacando una conclusión relacionada con la masa de los sistemas materiales y cuerpos materiales. 2. Clasifica en cuerpo material o sistema material: pelota, aceite, espada de acero, arcilla, azúcar, terrón de azúcar, un zapato y una persona. Cita dos ejemplos de cuerpos materiales y otros dos de sistemas materiales.

Experimentamos ¿El aire es materia? Piensa en una botella de plástico vacía. ¿Está vacía realmente? Posiblemente alguna vez habrás visto a alguien soplar en una botella vacía. Lo que ocurre es que esa persona habitualmente se sonroja y no consigue meter nada de aire de sus pulmones en la botella. Esto sucede porque la botella realmente no estaba vacía. No tenía agua, cierto, pero eso no significa que estuviera totalmente vacía. La botella contenía aire, y este ocupa un espacio, que no puede ser ocupado por más aire. Otra evidencia de que el aire ocupa espacio puede obtenerse de la siguiente experiencia: introduce en agua un cuenco que no flote, en posición natural boca arriba, y observa el aumento del nivel del agua. Haz una marca. El agua ha subido su nivel porque evidentemente el cuenco es materia, y el espacio que ocupa desplaza al agua, y esta sube de nivel. A continuación introduce el cuenco boca abajo. Observamos que el nivel del agua ha aumentado más que la vez anterior. Eso sucede debido a que, por la forma de introducir el cuenco, el espacio ocupado por el aire en el interior del cuenco tampoco puede ser ocupado por el agua, y por eso sube más de nivel. Si giras lo suficiente el cuenco, el aire saldrá del cuenco en forma de burbuja, y podrás observar por un momento el volumen que ocupaba, hasta que salga del agua. Pero, ¿y la masa? ¿Tiene masa el aire? Para responder a esta cuestión podemos realizar la siguiente experiencia,

para la cual necesitamos una balanza de brazos y un simple globo. Colocamos el globo, vacío, en uno de los platillos de la balanza, y equilibramos con las pesas convenientemente. Retiramos el globo y lo llenamos de aire, y lo recolocamos en el mismo platillo. Observaremos que la balanza queda desequilibrada. ¿Por qué ocurre eso? Ahora hay más masa en el platillo del globo que antes. La diferencia radica en el aire introducido en el globo, lo cual demuestra que, efectivamente, tiene masa.

U02_soplar

Como conclusión, vemos que el aire tiene masa y ocupa espacio, por lo que el aire es materia (aunque a veces no nos demos cuenta). Unidad 2. La materia y sus propiedades

2. PROPIEDADES DE LA MATERIA

Sabías que...?

• Los materiales biodegradables son aquellos que se descomponen sin alterar el medio ambiente. • Los metales dan sensación de frío al tocarlos debido a una propiedad llamada capacidad calorífica.

Recuerda La longitud, la masa y el volumen son claros ejemplos de magnitudes extensivas. A mayor cantidad de hilo de cobre, mayor longitud de hilo y mayor masa de cobre tendremos. Y viceversa. Cuanto más grande sea una viga o un tablero de madera, mayor volumen ocupará. Y cuanto menor sea, menor volumen.

2.1. Propiedades generales y específicas Observa los cuerpos y sistemas materiales que te rodean en el aula, en tu casa o en la calle. Como ves, una pizarra, una manzana o un coche presentan muchas y diferentes propiedades: el color, la masa, el sabor o la longitud son solo algunas de ellas. Cuantas más propiedades distingamos, mejor podremos definir la materia que estemos contemplando. De este modo, la materia que te rodea tiene muchas cualidades o propiedades que la definen. Algunas de ellas cambian dependiendo del tamaño del cuerpo que estemos observando, mientras que otras no varían. Por ejemplo, un lápiz es amarillo, de madera, mide 15 cm de largo y tiene una masa determinada. Si el lápiz se rompe, muchas de sus propiedades no cambian: sigue siendo de madera y su color es el mismo, pero su longitud y su masa han cambiado, ya que ahora tenemos dos partes. Se denominan propiedades generales a aquellas que dependen de la cantidad de materia o tamaño que posee un cuerpo. Estas propiedades también se llaman extensivas, y entre ellas se encuentran la masa, la longitud o el volumen. No obstante, este tipo de propiedades no nos permiten diferenciar una sustancia de otra. Una propiedad que no depende de la cantidad de materia es una propiedad específica. Estas propiedades también se denominan intensivas, y entre ellas destacan el color, el olor, el brillo, la densidad o el punto de ebullición. Las propiedades específicas sí nos permiten diferenciar unas sustancias de otras y conocer, por tanto, de qué sustancia está formada cada cuerpo. A continuación conoceremos dos propiedades importantes de la materia, la masa y el volumen, y otra magnitud que las relaciona: la densidad.

Actividades 3. Para levantar un muro vamos a usar ladrillos de 2,24 dm3 de 1,650 kg cada uno, de color rojo y que este sea inalterable hasta los 600 ºC. Miden 241 mm de largo y tienen una densidad de 1740 kg/m3. ¿Qué magnitudes de las mencionadas son extensivas y cuáles intensivas? 4. Realiza una tabla con las siguientes propiedades distinguiendo entre generales (extensivas) o específicas (intensivas): olor, masa, dureza, brillo, volumen, longitud, densidad y color. 36 Unidad 2. La materia y sus propiedades

La densidad es una propiedad intensiva (específica).

La distinta temperatura de fusión de los distintos metales permite distinguirlos. La temperatura a la que funde el hierro no depende de la cantidad de hierro considerada. La temperatura de fusión es, por tanto, una propiedad intensiva.

3. LA MASA Imagina que tu profesor o profesora os reparte en clase trozos de plastilina del mismo tamaño. Cada persona deberá utilizar su plastilina para modelar la figura que desee. Sin embargo, si al final de la clase colocamos cada figura en una balanza, todas ellas pesarán lo mismo.

Recuerda 1 t = 1000 kg 1 kg = 1000 g 1 g = 100 cg 1 cg = 10 mg

La masa es la magnitud que mide la cantidad de materia que contiene un sistema material. La masa es una propiedad general y cuantitativa de la materia, y no varía aunque la materia cambie su forma o estado. La masa se mide con la balanza y su unidad de medida en el Sistema Internacional (SI) es el kilogramo (kg), aunque también puede medirse en gramos (g), libras (lb), toneladas (t o tm), etcétera.

Las básculas digitales permiten obtener medidas de la masa con bastantes cifras decimales

No debe confundirse con el peso (cuya unidad es el newton) ni con la cantidad de sustancia (cuya unidad es el mol).

Actividades resueltas 2. Expresa 25,4 gramos en centigramos. Solución

2. Para hacer cambios de unidades, hacemos uso del llamado factor de conversión: un factor multiplicativo, en forma de razón matemática, cuyo valor es 1. Observa: a) Buscamos la equivalencia entre la unidad de partida y la unidad a la que queremos transformarla. En este caso, queremos pasar de gramos a centigramos, y la equivalencia es la siguiente: 1 g = 100 cg, ya que por definición, un centigramo es la centésima parte del gramo. b) Como son cantidades equivalentes, la razón entre ellas (su 100 cg 1g = 1. cociente) es igual a 1: = 1 De igual modo 1g 100 cg c) De estas dos razones, ambas factores de conversión, la que nos sirve para nuestro problema es la segunda, ya que tiene la unidad gramo en el denominador, y por ello se anulará con la de partida. 100 cg = 2540 cg d) 25, 4 g = 25, 4 g · 1g

Actividades 5. ¿Qué es la masa? 6. ¿Qué unidad usarías para expresar la masa de una pipa de girasol? ¿Y la masa de un coche? 7. ¿A cuántos gramos equivalen 2 kg? Realiza la transformación haciendo uso de un factor de conversión. 8. En Montecorto (Málaga) hay un monumento en forma de dolmen que data de unos 4000 años. ¿En qué unidad expresarías la masa de alguna de las piedras que lo componen?

3. Expresa 1200 gramos en kilogramos. Solución

3. Hacemos uso del factor de conversión necesario. De nuevo necesitamos que los gramos estén en el denominador del factor de conversión. 1 kg 1 kg = 1000 g & =1 1000 g 1 kg 1200 g = 1200 g · = 1, 2 kg 1000 g

9. Usa el factor de conversión para realizar los siguientes cambios de unidades: a) 25 000 mg a g. b) 3 t a g. c) 24 kg a cg. Unidad 2. La materia y sus propiedades

4. EL VOLUMEN

1 m

Como sabes, no todos los cuerpos ocupan la misma cantidad de espacio. Por ejemplo, un balón de fútbol ocupa más espacio que una pelota de tenis.

1 m

El volumen es la magnitud que nos indica cuánto espacio ocupa un espacio o sistema material. 1 m

El volumen es una propiedad extensiva de la materia, y puede variar dependiendo del estado en el que se encuentre la materia. Su unidad de medida en el SI es el metro cúbico y se representa con la expresión m3. También puede medirse en otras unidades como el cm3 o el mm3.

Un metro cúbico se corresponde con el volumen de un cubo de un metro de lado.

En la siguiente tabla puedes observar las unidades de medida de volumen más comunes y cómo cambiarlas a múltiplos o submúltiplos.

Múltiplos

Unidades (SI)

x 1000

Múltiplos

x 1000

Unidad de medida

Kilómetro cúbico

Hectómetro cúbico

Decámetro cúbico

Metro cúbico

Decímetro cúbico

Centímetro cúbico

Milímetro cúbico

Símbolo

km3

hm3

dam3

dm3

cm3

mm3

: 1000

Recuerda La unidad formalmente correcta para el volumen en el Sistema Internacional es el metro cúbico. Otra unidad, muy frecuentemente utilizada, como has leído en el texto, es el centímetro cúbico. A veces usamos, sobre todo en lenguaje coloquial, unidades de capacidad para referirnos a volúmenes, y decimos 1 litro de leche, 200 ml de zumo natural de frutas, 50 cl de agua, etc. Esto es debido a que los líquidos se adaptan al recipiente, y hay una equivalencia directa entre la capacidad de los mismos y el volumen que ocupa la sustancia que contiene (leche, zumo, agua...).

Equivalencias volumen-capacidad Capacidad

Volumen

1 ml

1 cm3

1 dm3

1000 L

1 m3

Actividad resuelta 4. Imagina que quieres enviar un paquete postal que tiene una altura de 20 cm, una longitud de 50 cm y una anchura de 40 cm. ¿Qué capacidad mínima debe tener el contenedor donde lo lleve el mensajero?

Solución

Para conocer la capacidad del contenedor donde meter el paquete debemos calcular el volumen que ocupa este. Los paquetes normalmente tienen forma de prisma (rectangular y ortogonal), concretamente de ortoedro. El volumen de un ortoedro se calcula mediante el producto de sus lados. Por tanto: V = 20 cm · 50 cm · 40 cm = 40 000 cm3 Por la equivalencia volumen-capacidad, la capacidad del contenedor deberá ser de 40 000 ml. Si lo transformamos a litros: 1L 40000 ml · = 40 L 1000 ml

38 Unidad 2. La materia y sus propiedades

4.1. ¿Cómo medir volúmenes? Para medir el volumen de la materia necesitas conocer su estado. La materia, como verás en la siguiente unidad, puede presentarse en estado sólido, líquido o gaseoso.

Medida de volúmenes de materia en estado sólido La materia en estado sólido presenta forma fija, bien definida. Por tanto, podemos medir su volumen con facilidad. Sin embargo, el procedimiento será diferente si se trata de un sólido regular o de un sólido irregular.

Sabías que...?

El volumen de los líquidos en general y de los sólidos no metálicos apenas cambia con la temperatura. Pero el volumen de los metales cambia apreciablemente con la temperatura (se dilatan con el calor). Esta característica es aprovechada con el mercurio, un metal en estado líquido que, al dilatarse con el calor, puede usarse como medidor de temperatura (el termómetro).

Los sólidos regulares son aquellos que presentan una forma matemática definida, como por ejemplo un cubo, un cilindro o una esfera. Para calcular su volumen bastará con aplicar las fórmulas correspondientes dependiendo de las dimensiones del cuerpo. En la siguiente tabla puedes observar las fórmulas para calcular el volumen de los sólidos regulares más habituales. Nombre

Figura

Fórmula

Ortoedro

V = a · b · c

Experimentamos Cubo

V = a3 a

Medida del volumen de un sólido irregular a) Vertemos agua en una probeta. b) Escribimos la medida del volumen del agua.

Cilindro

c) Introducimos el sólido. h

V = r · r · h 2

d) Tomamos nota de la nueva medida que marca la altura del agua en la probeta. e) La diferencia entre las dos medidas tomadas constituye el volumen del sólido.

Cono r

Esfera

1 h · r · r2 3

4 r · r3 3

Los sólidos irregulares son aquellos que no tienen una forma matemática definida, como por ejemplo, una piedra. Unidad 2. La materia y sus propiedades

Medida de volúmenes de materia en estado líquido

Actividades 10. Realiza los siguientes cambios de unidad de medida: a) 200 000 cm3 a m3. b) 5,4 m a cm . 3

11. Calcula el volumen de aire que entra en tu clase, sin mesas ni sillas. Realiza las medidas necesarias para ello. 12. Un cucurucho de 6 cm de diámetro que tiene una altura de 20 cm está relleno de crema pastelera. ¿Qué volumen de crema hay en el cucurucho? 13. ¿Qué volumen ocupa un globo terráqueo de estudio de 20 cm de radio? 14. La siguiente imagen representa dos probetas iguales. Ambas están llenas de agua hasta la señal indicada por el número 6. Tenemos también dos canicas de igual volumen, una de cristal y otra de hierro. Si introducimos la de cristal en la probeta 1, el agua llega hasta la señal número 8. ¿Cuál será el nivel del agua, cuando introduzcamos la canica de hierro, en la segunda probeta? Canica de cristal

Canica de hierro

Probeta 1

Agua Prob ta 1 e

Agua Prob ta 2 e

Los líquidos tomarán la forma del recipiente que los contenga. Es lo que ocurre si vertemos el contenido de una lata de refresco en una jarra; el volumen sigue siendo el mismo, pero el refresco adopta la forma de la jarra donde ahora se encuentra. Podemos usar diferentes recipientes para medir el volumen de un líquido. El resultado no dependerá de qué instrumento empleemos.

Medida de volúmenes de materia en estado gaseoso El gas es un estado de la materia que no presenta ni forma ni volumen fijo. Así, un gas ocupa todo el volumen del recipiente que lo contiene. Por ejemplo, si cierras una botella de 1,5 L de capacidad, el volumen del aire que contiene la botella será de 1,5 dm3. Cualquier gas adoptará la forma del recipiente que lo contiene, y su volumen será igual a la capacidad de dicho recipiente. Sobre esto profundizaremos en la unidad 4.

Probeta 2

Agua

La materia en estado líquido tiene un volumen fijo, pero no una forma fija.

6 4

¿ Agua

Medida del volumen de líquidos Para medir el volumen de un líquido basta con verterlo en un recipiente graduado. Luego, observa la medida que coincide con la altura máxima del líquido vertido. En el laboratorio pueden usarse el vaso de precipitados, la probeta, la pipeta y la bureta. Este último es un recipiente de forma alargada que sirve para medir con precisión volúmenes de líquidos a una determinada temperatura y para trasvasarlos.

Experimentamos El volumen de los gases es variable Realiza esta prueba para comprobar que los gases tienen volumen variable. a) Coge una jeringuilla de plástico y llénala de aire. b) Tapona con tu dedo el orificio de la jeringuilla. c) Empuja el émbolo con fuerza. d) Observa la marca del lateral de la jeringuilla. e) Has conseguido comprimir el aire de la jeringilla. Su volumen es ahora menor por esa composición. 40 Unidad 2. La materia y sus propiedades

5. LA DENSIDAD Si colocas en una balanza un bloque de hielo y un bloque de aluminio con el mismo volumen, verás que sucede algo curioso. A pesar de que ambos ocupan la misma cantidad de espacio, la balanza indicará que el bloque de aluminio posee más masa (pesa más) que el de hielo. Esta circunstancia se explica gracias al concepto de densidad. La densidad de una sustancia es la relación entre la masa y el volumen de esa sustancia, es decir la masa por unidad de volumen: m d= v

Sabías que...?

La densidad del agua pura (también denominada agua destilada) es 1 g/ cm3. Otra expresión posible sería 1 kg/dm3, es decir, que en un recipiente de 1 litro de capacidad podemos contener exactamente 1 kg de agua.

El aluminio es más denso que el hielo porque, aunque ambos tienen el mismo volumen, hay más cantidad de materia de aluminio que de hielo, es decir, la materia que compone el aluminio está más compactada que la que compone el hielo. La densidad es una propiedad intrínseca o específica de la materia, es decir, no depende de la cantidad de sustancia. Una cucharada de aceite tiene la misma densidad que toda una botella. Esto no resulta extraño si pensamos un poco: al aumentar la masa también estamos aumentando el volumen, de tal manera que el cociente de la masa entre el volumen (la densidad) se mantiene constante. La densidad de una sustancia también es única, y nos permite diferenciarla de las demás sustancias. Su unidad de medida en el SI es el kg/m3, aunque también se suele expresar en g/cm3. Los instrumentos más comunes para medir la densidad son el densímetro, el picnómetro, la balanza hidrostática y la balanza de Mohr.

Actividad resuelta 5. Una caja de cereales de 800 g tiene las siguientes dimensiones: 16 cm x 22 cm x 5 cm. Calcula la densidad de la caja en su conjunto, tanto en g/cm3 como en kg/m3.

Solución

Calculamos el volumen de la caja: V = 16 cm x 22 cm x 5 cm = 1760 cm3

Sabías que...?

Los agujeros negros son regiones del espacio con concentraciones de masa tan densas que ni la luz puede escapar de ellas.

Saturno: el planeta que flota Saturno es un planeta con una masa unas 100 veces mayor que la de la Tierra. Pero es que además tiene un radio muchísimo mayor que el de la Tierra. En otras palabras, el volumen que ocupa este planeta es tan grande que, aunque tiene mucha masa, su densidad es muy baja: 0,69 g/cm3, mucho menor que la del agua. Si pudiésemos meter a Saturno en un cuenco gigante lleno de agua... ¡flotaría!

Dividimos la masa por el volumen: d=

800 g 0, 45 g/cm 3 1760 cm 3

Para expresarlo en kg/m3 tenemos que trabajar con las unidades del SI: m=

0, 8 kg 800 kg = 0, 8 kg " d = = 454, 54 kg/cm 3 1000 0, 00176 m 3

1760 V= m 3 = 0, 00176 m 3 1000000

Unidad 2. La materia y sus propiedades

Experimentamos

Densidad y materia I Necesitamos un barreño con agua, un tapón de corcho y un tornillo de metal (más pequeño que el corcho). Si soltamos el corcho y el tornillo, ¿flota alguno de los dos? ¿Por qué? Ordena de menor a mayor las densidades del corcho, del tornillo y del agua. Ahora coloca en el barreño dos botellas de plástico cerradas de 500 cm3. Una debe estar llena de agua y la otra llena de arena. ¿Flota alguna de las dos?, ¿por qué?

Densidad y materia II Coge un vaso lleno de agua e introduce en él unos cubitos de hielo. Flotan, ¿verdad? La respuesta a este hecho la puedes encontrar en la tabla de densidades de la página siguiente.

Actividad resuelta Actividades 15. ¿Cómo harías para averiguar el volumen de una piedra? Explica el proceso y los materiales necesarios. 16. Calcula la densidad de una piedra de 20 g y 2 cm3 de volumen. Expresa el resultado en unidades del SI. 17. Explica cómo averiguar el volumen de una bola de billar esférica perfecta, sin usar el método de inmersión. 18. Una bola de metal de 2 cm de diámetro tiene una masa de 90 g. Calcula su densidad en g/cm3 y establece de qué metal se trata consultando la tabla de la página siguiente. 19. ¿Qué masa tendrá 1 litro de sangre? Puedes consultar la densidad de la sangre en la tabla de la página siguiente. 42 Unidad 2. La materia y sus propiedades

6. Un cuerpo flota en un líquido si es menos denso que dicho líquido. Si lanzamos al mar un tronco de roble de 80 kg y una pequeña monedita de oro de 30 g, ¿flotará alguno de ellos? La densidad del agua de mar es 1,03 g/cm3. Solución

La masa de los objetos no está relacionada con la flotabilidad. No importa si la masa es mayor o menor, sino cómo es en relación al volumen que ocupe. Por ello, vamos a consultar la densidad de la madera de roble y la del oro en la tabla de densidades de la página siguiente. El tronco de roble flotará, pues su densidad es 0,65 g/cm3, y en cambio la monedita se hundirá, pues su densidad, 19,35 g/cm3, es mayor que la del agua de mar.

5.1. Materias de distintas densidades Seguro que has observado alguna vez cómo el aceite, cuando se vierte sobre el agua, siempre flota sobre ella. Ocurre lo mismo con el petróleo cuando se produce un vertido en las aguas de la costa: el petróleo flota sobre el agua del mar.

Sonia Torres

Pero, ¿por qué unas sustancias flotan sobre otras? La clave radica en la densidad. Si tomamos dos recipientes iguales y llenamos uno de agua y el otro de aceite, el recipiente que contiene el aceite pesará menos que el del agua, a pesar de que ambos líquidos tienen el mismo volumen. Se comprueba así que la densidad del aceite es menor, por eso el aceite flota sobre el agua. Tras comparar los datos de la tabla de densidades de esta página, sabrás qué sustancias flotan sobre otras (como ves, no todos los ejemplos son líquidos). La tabla también sirve para comparar dos cuerpos que tienen el mismo volumen. Así, teniendo el mismo volumen tendrá más masa el que tenga más densidad.

Tabla de densidades Sustancia o material

Densidad (g/cm3)

Sólidos Platino

21,4

Oro

19,35

Mercurio

13,6

Plomo

11,4

Plata

10,5

Cobre

8,9

Latón

8,6

Hierro, Acero

7,8

Vidrio

3,5

Aluminio

2,7

Hormigón

Hielo

0,92

Madera (roble)

0,65

Corcho

0,23

Platino.

Actividades Oro.

1,26

Sangre

1,06

Agua de mar

1,03

Agua destilada

1,0

Aceite

0,92

Benceno

0,90

Etanol

0,81

Agua de mar.

0,0026

Dióxido de carbono

0,0018

Dioxígeno

0,0014

Aire

0,0013

22. Si tuvieses que escoger entre llevar una garrafa con 5 L de agua y una con 5 L de aceite, ¿cuál escogerías?, ¿por qué? 23. Calcula la masa correspondiente a 1 L de agua. ¿Cuál es la masa de 2 L de agua?

Gases Butano

20. Un kg de algodón ocupa un volumen mayor que 1 kg de plomo. ¿Cuál de las dos sustancias es más densa? 21. ¿Qué tiene mayor densidad, una bola de corcho de 10 cm3 o una bola de madera de igual volumen?

Líquidos Glicerina

Doctora en Ciencias de la Salud, Sonia Torres (1984) viene desarrollando su carrera como científica en el ámbito de la investigación en salud mental y enfermedades neurológicas, en la Universidad de Cádiz. Entre otras participaciones y publicaciones, destaca su trabajo en el Grupo de Investigación de Neurobiología del Estrés, liderado por la doctora Rita Valentino (líder mundial en este campo), en el Children's Hospital of Philadelphia (Estados Unidos). En su profesión, comparte dedicación con las doctoras Lidia Bravo, Meritxell Llorca y Laura Pérez.

Gas butano.

24. El mercurio es líquido a temperatura ambiente. ¿Flotaría un trozo de hormigón en mercurio? ¿Por qué? Unidad 2. La materia y sus propiedades

Actividades de consolidación 1. Define los siguientes conceptos:

5. Relaciona en tu cuaderno cada concepto con la definición que le corresponde:

a) Materia.

d) Propiedad intensiva.

b) Cuerpo material.

e) Densidad.

Masa

Cuerpo de forma matemática definida.

c) Masa.

f) Volumen.

Sólido regular

Cantidad de materia que tiene un cuerpo.

Volumen

Propiedad que no depende del tamaño del cuerpo, como el olor.

Propiedad específica

Propiedad que depende del tamaño del cuerpo, como su masa.

Densidad

El espacio que ocupa un cuerpo.

Propiedad general

Relación entre la masa y el volumen de un cuerpo.

2. Realiza los siguientes cambios de unidades, usando el factor de conversión si es posible. a) 0,02 mg a g

d) 0,07 kg a g

b) 150 000 g a kg

e) 0,2 dm3 a mm3

c) 10 L a mL

f) 200 cm2 a m2

3. Completa las siguientes afirmaciones en tu cuaderno: La ocupa un lugar en el espacio y se puede medir. Los objetos que nos rodean y que tienen unos límites definidos se conocen con el nombre de . Si los límites no son precisos, entonces hablamos de . En tu cu ad ern o

Aquellas propiedades de la materia que dependen del tamaño se denominan , como por ejemplo el volumen y la masa. El color y el brillo son ejemplos de propiedades , porque no dependen del tamaño de la sustancia.

En tu cu ad ern o

6. Clasifica los siguientes elementos en cuerpos materiales y sistemas materiales: a) Aire.

e) Un prado.

b) Un muslo de pollo.

f) Una naranja.

c) Albero.

g) Un ladrillo.

d) Un acuario.

h) Barro.

7. Explica razonadamente la diferencia entre cuerpo material y sistema material. 8. Si dividimos un panel de cartón en dos partes iguales, ¿cuáles de las siguientes afirmaciones serán ciertas? ¿Cuáles serán falsas? Razona tus respuestas. a) Su volumen ha quedado reducido a la mitad. b) Su masa ha quedado reducida a la mitad. c) Su densidad ha quedado reducida a la mitad. d) Su superficie ha aumentado el doble. 9. ¿Qué es la densidad?, ¿en qué unidades se puede medir?

4. Si tenemos en cuenta, por un lado, una hoja de papel y, por otro, todas las hojas de un paquete de folios, explica de forma razonada: a) ¿Cuál tiene mayor masa? b) ¿Cuál tiene más volumen? c) ¿Cuál de ellas tiene mayor densidad? 44 Unidad 2. La materia y sus propiedades

10. Calcula la densidad de una sustancia líquida sabiendo que si llenamos una garrafa de 5 L, en la balanza obtenemos 4 kg de masa.

11. Si mezclamos la sustancia de la actividad anterior con agua destilada ¿cuál quedará encima de cuál? Y si echamos en la mezcla glicerina, un trozo de vidrio y un trozo de hielo ¿dónde quedará cada uno?

17. Observa los dos matraces de la imagen: a) Calcula la densidad de cada sustancia.

100 ml; 80 g

b) ¿Qué sustancias son? Consulta la tabla de densidades. c) Si vertemos las dos en un mismo recipiente, ¿cuál quedará arriba?

100 cm3; 103 g

18. La masa de cierto sólido homogéneo es de 30 g y su volumen de 12,5 cm3. Calcula su densidad en g/cm3 y en kg/m3. Separamos, de este sólido, un trozo de 5 g. ¿Cuál es la densidad de este trozo? Explica tu respuesta. 19. ¿Qué masa de aire habrá en una habitación de 8 m3? Si esa misma masa fuese de agua destilada ¿qué volumen ocuparía? 12. Comenta si las siguientes propiedades son intensivas o extensivas: olor, color, masa, volumen, longitud, suavidad, sabor, peso, densidad, capacidad.

20. Explica qué significa que el agua de mar sea más densa que el agua destilada. 21. ¿Qué ocupa más volumen, 20 g de butano o 1 kg de hierro? Ayúdate de la tabla de densidades para calcular los volúmenes correspondientes a estas masas. 22. Completa en tu cuaderno la siguiente tabla: Magnitud

Cantidad

Unidad

Medida 5m

En t cuade u rno

13. Indica qué sucederá al verter dos sustancias de diferentes densidades: a) La de mayor densidad se queda más cerca del borde del recipiente. b) La de mayor densidad quedará en el fondo del recipiente.

Temperatura

Segundos 25 kg

23. Dos objetos sólidos distintos, A y B, se sumergen cada uno en un vaso lleno de tinta hasta el mismo nivel. Después de la inmersión, la tinta del vaso en el que se sumergió el cuerpo B ha subido más que la tinta del vaso en el que se sumergió el cuerpo A. De acuerdo con lo anterior indica cuáles de las siguientes opciones son correctas:

c) La de menor densidad quedará en el fondo del recipiente.

a) Volumen de B > volumen de A.

14. Nos hemos encontrado paseando una bola de metal de 1,5 cm de radio y 48 g de masa. ¿De qué material estará hecha?

c) Volumen de B < volumen de A.

15. Expresa tu masa, o la de algún objeto tuyo, en gramos, decigramos y kilogramos. Haz uso del factor de conversión. 16. En las charcuterías llaman “cuarto y mitad” a una cantidad de fiambre igual a un cuarto de kilogramo más la mitad de un cuarto de kilogramo. Expresa la cantidad de “cuarto y mitad” en gramos y en kilogramos.

b) Volumen de B = volumen de A. d) No sabemos nada respecto al volumen de ambos cuerpos. e) Masa de B > Masa de A. f) Masa de B = Masa de A. g) Masa de B < masa de A. h) No sabemos nada de la masa de ambos cuerpos. Unidad 2. La materia y sus propiedades

Esquema de la unidad LA MATERIA Y SUS PROPIEDADES ¿QUÉ ES?

SISTEMA MATERIAL

PROPIEDADES

aquello que tiene

MASA

si tienen forma

EXTENSIVAS

Longitud

Sólidos • Regulares • Irregulares

Peso

VOLUMEN Volumen

Líquidos y gases

Etc.

DENSIDAD

m v

INTENSIVA Temperatura Brillo Color Etc.

46 Unidad 2. La materia y sus propiedades

CUERPO MATERIAL

Competencias clave Los plásticos El término ‘plástico’ se aplica a las sustancias de distintas estructura y naturaleza que carecen de un punto fijo de ebullición y poseen, durante un intervalo de temperaturas, propiedades de elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y aplicaciones. Sin embargo, en sentido estricto, denota ciertos tipos de materiales sintéticos derivados del petróleo y otras sustancias naturales. Como propiedades y características de la mayoría de los plásticos encontramos las siguientes: son baratos, tienen una baja densidad, existen materiales plásticos permeables e impermeables, son aislantes eléctricos y térmicos, la mayoría no resisten temperaturas muy elevadas, su quema es muy contaminante, son resistentes a la corrosión y a la intemperie, resisten muchos factores químicos, no son biodegradables, se pueden reciclar y son fácilmente moldeables.

sición, materiales o componentes, son difícilmente desechables de forma convencional. Los denominados plásticos sintéticos (fabricados, no obtenidos directamente de la naturaleza) forman parte de un grupo de materiales plásticos llamados polímeros, y son fundamentales para entender la vida tal como la conocemos hoy día. No obstante, es importante ser socialmente responsables y se debe intentar reducir su uso tanto como sea posible. Algunos ejemplos son el nailon (1,15 g/cm3), el policloruro de vinilo o PVC (1,37 g/cm3), el poliuretano (1,17 g/cm3), el poliéster (1,38 g/cm3) o el etilvinilacetato, más conocido este último como goma EVA, de densidades variadas según el uso que se le vaya a dar).

Los desechos plásticos, por ejemplo, de envases de líquidos y bolsas, no son asimilados de nuevo en la naturaleza, y este material tarda aproximadamente unos 500 años en degradarse. Ante esta realidad, se ha establecido el reciclaje de productos de plástico, que consiste básicamente en recogerlos selectivamente, limpiarlos, seleccionarlos por tipo de material y fundirlos de nuevo para usarlos como materia prima de nuevos productos. De este modo, la humanidad ha encontrado un método adecuado para evitar la contaminación de productos que por su compo-

Cuestiones propuestas 1. Clasifica las propiedades que cita el texto en generales (extensivas) o específicas (intensivas).

6. Busca información sobre el proceso de reciclado de plástico y elabora un mural explicativo.

2. ¿Qué densidad tiene el plástico recogido como residuo urbano?

7. ¿De qué color es el contenedor de plástico? Realiza un dibujo lo más parecido posible.

3. Una vez triturado el plástico, ¿varía su densidad? Razona tu respuesta.

8. ¿Qué objetos están fabricados con plástico reciclado?

4. Suponiendo que no se pierda ninguna cantidad en el proceso de reciclado, ¿cuántos kilogramos de plástico se obtienen del reciclado del contenido de un contenedor urbano de 500 litros?

9. ¿Sancionarías a las personas que no reciclan? Justifica tu respuesta con argumentos razonados. 10. ¿Estás de acuerdo con la supresión de las bolsas en los hipermercados? Razona tu respuesta.

5. Cita tres ventajas y tres inconvenientes del reciclado de plásticos. ¿Reciclas habitualmente en casa?

Unidad 2. La materia y sus propiedades

Competencias clave La basura Generaciones de residuos municipales por habitante

476

498 443

489 456

504 448

490 454

570 468

551 485

573 510

585 542

606 551

578

588

550 590

516

500

505

533

600

700

Kilogramos por habitante

Los diferentes tipos de residuos son a menudo reciclados para volver a producir materias primas sin necesidad de agotar los recursos naturales, de ahí que se clasifiquen en su recogida. Según el Informe Medio Ambiente de la Junta de Andalucía, de 2018 (IMA 2018), en Andalucía se recogieron en 2017 un total de 476 kg de residuos anuales por habitante, lo que supone una media de 1,30 kg diarios por persona. Estos desechos deben ser recogidos a diario debido a los enormes perjuicios que produce su acumulación. Cuando se realiza la recogida de basuras orgánicas, a menudo se obtienen densidades de 300 kg/m3, pero una vez compactada, la basura alcanza una densidad de 600 kg/m3. Sin embargo, muchas ciudades se están quedando sin vertederos adecuados que garanticen la no contaminación del suelo y del agua subterránea.

400 300 200 100 0

2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

Andalucía

Residuos

España

UE-28

Densidad estimada (kg/m3)

Orgánico

380

Papel y cartón

Plásticos

Vidrios

300

Metales no ferrosos

Otros

No facilitada

Cuestiones propuestas 1. Copia la siguiente tabla en tu cuaderno e indica cuántos kilogramos y m3 de cada residuo se estima que produce una persona al día.

Residuos

(kg/día)

(m /día) 3

Orgánico Papel y cartón Plásticos

En cuad tu erno

Vidrios Metales no ferrosos 2. En nuestro entorno solemos encontrar cuatro tipos diferentes de contenedores para la recogida de residuos. Indica el color y el tipo de residuo de cada uno de ellos. 3. Cuando se compacta la basura aumenta su densidad. ¿Por qué ocurre esto? Razona tu respuesta. 4. Si sumamos todos los m3 de los residuos no orgánicos de la tabla que acompaña el texto, ¿qué valor obtenemos? 5. ¿Qué ventajas ofrece en la recogida de basura la clasificación de los residuos en diferentes contenedores? 48 Unidad 2. La materia y sus propiedades

6. Indica cinco materiales que se puedan encontrar en la basura de tu casa y que puedan clasificarse como “Otros”. 7. Busca información sobre el tipo de basura que se deposita en un Punto Limpio. ¿Por qué no deben depositarse en los contenedores habituales? 8. ¿Cuáles de las siguientes afirmaciones son correctas? a) Si no separásemos los residuos necesitaríamos vertederos más grandes. b) Separar los residuos no supone un ahorro de energía. c) 20 kg de residuos orgánicos ocupan más volumen que 50 kg de residuos plásticos. d) Compactar la basura perjudica a su transporte y almacenamiento. 9. ¿Por qué crees que muchas personas no separan sus basuras? ¿Cómo las concienciarías para que cambiaran su actitud? 10. ¿Pondrías sanciones por no separar las basuras? Justifica tu respuesta. En muchas ciudades están contempladas este tipo de multas. Amplía tu información sobre ello.

La unidad en 10 1. Explica qué es la materia y, acorde a la explicación, justifica si el aire es materia o no. Materia es todo aquello que tiene masa. Los sistemas materiales ocupan un volumen en el espacio que no pueden ocupar otros sistemas materiales. El aire cumple con los dos criterios. 2. Clasifica los elementos de siguiente lista en sistemas materiales o cuerpos materiales: 200 g de leche, un taco de madera de 300 g, un azulejo de 150 g, una pizca de sal, el contenido de un saco de ceniza Estrictamente, sistemas materiales son todos, y de ellos, cuerpos materiales son el taco de madera y el azulejo. 3. 100 kg de nieve es un sistema material, en cambio un muñeco de nieve de 100 kg decimos que es un cuerpo material. Explica el porqué. Cuando damos forma a una sustancia, como la nieve, estamos creando un objeto que tiene los límites bien definidos y, evidentemente, forma concreta. Por eso, el muñeco de nieve es un cuerpo material, y la nieve simplemente, no. 4. Hemos ido a comprar diversos materiales para unos arreglos caseros. A la vista de los datos de las tablas siguientes, razona si las magnitudes correspondientes son extensivas o intensivas.

Cuerda

Gomaespuma

Gomaespuma 2

Longitud Masa

Volumen Masa

Densidad Masa

15 cm

100 g

0,04 m

800 g

25 kg/m

200 g

30 cm

200 g

0,05 m

1 kg

25 kg/m

500 g

45 cm

300 g

0,25 m

5 kg

25 kg/m

2 kg

3 3 3

La longitud y el volumen son extensivas, pues aumentan al tomar más masa de producto. La densidad es intensiva, pues no depende de la cantidad de materia tomada. 5. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas y corrige estas últimas. a) La masa es una magnitud que depende de la forma que se le dé al objeto. b) La unidad para la masa en el SI es el kilogramo. c) Hagamos la figura que hagamos con 200 g de plastilina, ocupará el mismo volumen. d) La masa también puede expresarse en g/cm3. a) Falsa. La masa es una magnitud que no depende de la forma que se le dé al objeto. b) Verdadera. c) Verdadera. d) Falsa. La densidad también puede expresarse en g/cm3.

preguntas 6. ¿Qué objeto tiene mayor masa, una bola de metal de 5000 dg o un cilindro metálico de 4,5 hg? Usa el factor de conversión. 1g 5000 · 1 g = 500 g M bola = 5000 dg · = 10 dg 10 100 g 4, 5 · 100 M cilindro = 4,5 hg · = g = 450 g . 1 hg 1 7. Si la bola del ejercicio anterior tiene un diámetro de 4,38 cm, y el cilindro encaja en un compartimento cuadrado de 4 cm de lado y tiene 13,26 cm de altura, ¿qué objeto es más denso? Necesitamos calcular el volumen que ocupa cada objeto. Bola: diámetro = 4,38 cm & radio r = 2,19 cm 4 4 Vesfera = r · r 3 & Vbola = r · (2, 19) 3 = 44 cm 3 . 3 3 500 g M M bola d= & d bola = = = 11, 36 g/cm 3 . V Vbola 44 cm 3 Cilindro: el lado del cuadrado nos da el diámetro de la base: d d = 4 cm " r = = 2 cm . 2 Vcilindro = A base · h & r r 2 · h = r (2 cm) 2 · 13, 26 = 166, 63 cm.3 450 g M d cilindro = cilindro = = 2, 70 g/cm 3 . Vcilindro 166, 63 cm 3 La bola de metal es bastante más densa que el cilindro. 8. ¿De qué metales podrían estar compuestos los objetos del ejercicio anterior? ¿En qué aspecto teórico estudiado te basas para poder responder a esta pregunta? La bola podría ser de plomo, y el cilindro de aluminio. Podemos decir esto ya que la densidad es una propiedad intensiva y caracteriza a las sustancias materiales. 9. Imagina que fundimos un cilindro como el del ejercicio 7, y lo vertemos en un molde para hacer un utensilio de cocina. Cuando solidifique: a) El utensilio tendrá menos volumen que el cilindro. b) El utensilio tendrá más volumen que el cilindro. c) El utensilio tendrá el mismo volumen que tenía el cilindro La única opción correcta es la c), porque la forma de un objeto no afecta a su masa, y dado que la densidad tampoco puede haber cambiado, porque sigue siendo la misma sustancia, el volumen debe ser el mismo. 10. ¿Cómo obtendrías el volumen de un limón, que teniendo forma irregular, flota? Explica cómo harías el proceso y por qué. Dado que es un objeto sólido de forma irregular, usaremos el método de inmersión. Necesitamos colocarle algún peso encima, para conseguir sumergirlo completamente en agua, ya que un limón flota en agua. Evaluamos el volumen de la pieza igualmente. Unidad 2. La materia y sus propiedades

1. DEFINITION OF MATTER

Unit

Matter and its properties

The ancient Greeks were the first to wonder what matter was. Thales of Miletus discovered amber, a mineral with electrical properties.

All objetcs are formed by matter.

2. PROPERTIES OF MATTER

Intensive properties

Mass

Concentration

Volume

Density

Surface

Temperature

Length

Hardness

Weight

Colour

Remember 1 t = 1000 kg 1 kg = 1000 g 1 g = 100 cg 1 cg = 10 mg

3. MASS

Digital scales allow the measurement of mass to several decimal places.

Activities 1. Complete the table in your notebook. Say whether the following properties are extensive or intensive: Which are their SI units? Property

Intensive/Extensive?

SI unit

5. Find the word which is the odd one out and write it in your notebook. a) kilogram, gram, pound b) surface, density, temperature

Volume

c) rock, mountain, seawater

Surface

d) beauty, length, flavour e) minute, metre, kilogram

a) What are the advantages of having a universal system of units?

properties Such as

Depend on the amount of

b) Why do we say that this system is based on nature? c) What is the distance between the North Pole and the Equator?

Beauty

properties

Such as

f)  g)

Such as

: measured in kg : measured in m3

h)  i)

: measured in kelvin : measured in kg/m3

Writing activities should be completed in your notebook Unit 2. Matter and its properties

4. VOLUME

x 1,000

Cubic Cubic Cubic Cubic Cubic Cubic Cubic Unit of measurement kilometre hectometre decametre metre decimetre centimetre millimetre

Symbol

km3 ÷ 1,000

hm3

dam3

÷ 1,000

dm3 ÷ 1,000

cm3 ÷ 1,000

mm3 ÷ 1,000

Formulas for calculating the volume of regular solids Name Cuboid

x 1,000

Submultiples

Cube

x 1,000

Unit (SI)

Cylinder

Multiples

Figure b a

Terms

Formula

l = length w = width h = height

V = a · b · c

w = side

V = a3

r = radius h = height

V = r · r2 · h

r h

1 cm x 1 cm x 1 cm = 1 cm3

1 millilitre

1 m 1 m

1 m

14 Unit 2. Matter and its properties

h r = radius

1 2 h = height V = 3 h · r · r

Sphere

1 cm

Cone

Cube side length Cube volume (cubic units) Cube volume (litres units) 1 m 1 m x 1 m x 1 m = 1 m3 1 kilolitre 1 dm 1 dm x 1 dm x 1 dm =1 dm3 1 litre

r = radius

4 r · r3 3

Activities 9. In your notebook, convert in the following units:

14.  Listen to the audio recording and fill in the blanks in your notebook:

a) 30 ml into dm3 b) 400 dal into m3

Draw the solution and write your conclusion in your notebook.

12. In your notebook, express the results in SI units. a) Calculate the volume of a cone whose radius is 10 cm and height is 20 cm.

Source: cvc.cervantes.es

b) Calculate the volume of a cube whose radius is 3 dm.

15. Here you have several questions about the previous text. Fill in the blanks with the correct words in your notebook and then answer the questions: why, who, what, when.

160

140

120

100

was the purpose of measuring the length of the meridian?

b) was it necessary to ask for permission to Felipe V?

was Antonio de Ulloa?

did the expedition finish?

100

120

140

160

180 80

North latitude 60

Moscow

Madrid

Washington

Tokyo

Bogotá West longitude

East longitude

Cape Town

Buenos Aires

Sydney

South latitude

80 180

160

140

120

100

120

140

160

South latitude

180

Writing activities should be completed in your notebook Unit 2. Matter and its properties

5. DENSITY

5.1. Materials of different densities

Density (g/cm3) 21.4 19.35 13.6 11.4 10.5 8.9 8.6 7.8 3.5 2.7 2 0.92 0.65 0.23 1.26 1.06 1.03 1.0 0.92 0.90 0.81 0.0026 0.0018 0.0014 0.0013

16 Unit 2. Matter and its properties

Platine

Gold

Sea water

Gas

The density of pure water (also called distilled water) is 1 g/cm3. Another way to express this would be 1 kg/dm3, that is, in a 1 liter container we can hold exactly 1 kg of pure water.

Activities 16. We have measured the mass of different volumes of an alcohol and we have collected the following data. Answer the questions in your notebook. Mass (g)

1.6

2.0

3.2

4.8

Volume (ml)

2.5

a) Plot the volume data against the mass data on a graph. b) Use the table to calculate the volume that 4 grams of the alcohol will occupy.

• As you can remember… 23. Solve the following crossword and write the answers in your notebook.

c) What’s the mass of 3 cm3 of alcohol?

1. A property of matter that can be measured.

d) What’s the density of the alcohol?

2. The mass of 1 cm3 of water. 3. A system of units created during the French Revolution.

17. You have a cylinder with a radius of 30 cm and a height of 0.05 dam. You fill it in with a liquid with a density of 1,300 kg/m3. What’s the mass of the liquid inside the cylinder?

4. A quantity that can be measured in litres. 5. A quantity that can be measured in grams. 6. A property that does not depend on the amount of substance.

18. My class measures 5 m x 8 m x 10 m. If the air density is 1.3 kg/m3, calculate in your notebook the mass of the air inside.

7. SI unit for mass. 8. A quantity that can be measured in years.

19. You have 25 ml of an oil whose mass is 22 g. Do the following activities in your notebook:

a) Calculate its density and express the result in g/ml and kg/m3.

1 8

b) Calculate the volume that 2 kg of that oil will occupy. c) Calculate the mass of 3 litres of that oil. 2

20. There is a cube whose side is 3 cm and whose mass is 34 g. In your notebook, do the following activities: a) Calculate its volume. b) Calculate its density.

c) Will it float in water? 4

d) Will it float in mercury?

Writing activities should be completed in your notebook Unit 2. Matter and its properties