1. La actividad científica

En esta unidad

1. El método científico

2. Magnitudes y unidades

3. La notación científica

4. Las cifras significativas en las medidas

5. El trabajo en el laboratorio

6. Material básico de un laboratorio de química

7. Normas de seguridad e higiene en un laboratorio de química

	Vamos a aprender a...	Competencias
Saberes científicos	Diferenciar las distintas fases que componen el método científico Distinguir entre magnitudes y unidades y reconocer cuáles son las magnitudes fundamentales del Sistema Internacional de Unidades. Saber en qué consiste la notación científica y la conversión de unidades. Conocer las reglas para considerar cuáles deben ser las cifras significativas en las medidas.	CMCT, CPAA
Lectura y comprensión	Comprender las normas para la organización del trabajo en el laboratorio y las normas de seguridad e higiene que hay que llevar a cabo en este. Conocer y saber cuál es la utilidad del diferente material que existe en un laboratorio de química. Distinguir los distintos tipos de productos químicos de un laboratorio por sus pictogramas.	CMCT, CCL
Tratamiento de la información y competencia digital	Saber buscar información complementaria en los buscadores de Internet y en sus enciclopedias virtuales para analizar las características de la actividad científica. Reconocer la importancia de utilizar esquemas y mapas conceptuales confeccionados de una forma gráfica atractiva para analizar los pasos que se dan en el método científico.	CMCT, CD
Aprende a aprender ciencia	Conocer la importancia de la existencia de leyes y teorías en el campo de la ciencia. Conocer que el saber científico es acumulativo y está en continua evolución conforme avanzan las técnicas experimentales realizadas en los laboratorios. Aplicar las normas de seguridad para la realización de un trabajo correcto en el laboratorio.	CMCT, CPAA, SIE
La ciencia en la sociedad	Conocer la influencia que tiene la ciencia en la sociedad y el aspecto divulgativo de esta en los medios de comunicación social.	CMCT, CSC
Proyecto: Los Años Internacionales de la Física y de la Química	Comprender la importancia del Año Internacional de la Química. Reconocer que los errores son parte inherente el progreso de la ciencia y la tecnología.	CCL, CMCT, CD, CPAA, CSC, SIE

El conocimiento científico: del laboratorio a la vida real

El estudio de la unidad nos acerca a la actividad científica, que es inherente a la naturaleza humana en su afán por conocer, comprender, explicar y controlar el mundo que nos rodea.

Las ciencias de la naturaleza, en general, y la física y la química, en particular, constituyen un conjunto de conocimientos y métodos de trabajo que intentan describir y explicar los fenómenos que ocurren en nuestro entorno.

El método de trabajo que se utiliza en las ciencias, denominado método científico, se basa en la experimentación como forma de comprobar las hipótesis que se establecen para explicar los distintos fenómenos que se estudian.

La unidad se completa con el estudio del trabajo en el laboratorio, el conocimiento de las normas de seguridad que hay que cumplir en este y la descripción de los materiales de uso más frecuentes que existen en un laboratorio de química.

La ciencia a nuestro alrededor

La foto de esta unidad muestra un quirófano moderno. Identifica cinco aspectos de la foto o de la ciencia médica actual que sean posibles gracias a los avances de la química.

Cuando vas al supermercado, empleas expresiones como «cinco lonchas de salchichón» o «un puñado de gambas». ¿Crees que los científicos pueden emplear estas unidades? ¿Por qué?

¿Te gustaría ser científico cuando seas adulto? ¿Cómo crees que es el trabajo de los científicos?

El método científico

El comportamiento del gas que llena los
globos es una cuestión de índole científica.

Las ciencias de la naturaleza, y entre ellas la física y la química, surgen de la necesidad que tiene la humanidad de mejorar sus condiciones de vida y de satisfacer su curiosidad: explican los fenómenos observados que transcurren a su alrededor indagando las causas que los provocan y los efectos que producen.

La física es el estudio científico de las leyes que rigen el comportamiento de la materia y de la energía.

La química es el estudio científico de la organización, composición, estructura y propiedades de la materia y sus cambios, así como de las transformaciones que experimentan las sustancias materiales.

El procedimiento empleado en la construcción de este cuerpo de conocimientos se denomina método científico.

Las pautas que siguen las investigaciones científicas en todas las ciencias de la naturaleza son esencialmente comunes y constan de los siguientes aspectos:

1.1. Un cuerpo teórico previo de conocimientos

El cuerpo teórico previo de conocimientos se debe utilizar con criterios adecuados de definición, acotación y clasificación del problema que queremos estudiar. Así, el estudio del efecto de la presión sobre el comportamiento de un gas requiere previamente conocer qué se entiende por gas. Pero hace falta algo más, pues es preciso formular una hipótesis.

Una hipótesis es una suposición provisional que intenta explicar el fenómeno a estudiar.

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El desarrollo de la ciencia

Se basa en encontrar y comprobar las interconexiones lógicas entre fenómenos que, aparentemente, pueden parecer aislados e inconexos. Por ejemplo, no es casual que la sal común sea muy soluble en agua y el hierro no: el tipo de enlace químico y la fuerza entre las partículas que componen uno y otro justifican de forma lógica este hecho.

La formulación de una hipótesis, permite elaborar una representación simplificada del fenómeno que estudiar. Así, se puede pensar que un gas se puede comprimir (disminuir su volumen) por el aumento de la presión del gas sin variar la temperatura.

1.2. La experimentación

Una vez formulada la hipótesis, se debe comprobar si es o no cierta.

El diseño y la realización de una determinada experiencia necesitan el uso de instrumentos de medida de las magnitudes implicadas, en este caso la presión y el volumen del gas. En toda experiencia se utilizan la observación, la medida y el registro de datos del fenómeno que se estudie, generalmente en el laboratorio, en las condiciones que interesen y actuando sobre las posibles variables que puedan influir.

Variable es todo aquello que pueda provocar cambios en los resultados de una experiencia.

La variable es independiente si el experimentador la modifica a su voluntad para averiguar si sus variaciones provocan cambios en otras variables. Es dependiente si su valor está determinado por el valor que toma la variable independiente. Es controlada si se mantiene constante durante toda la experiencia.

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Tipos de variables

En el caso del estudio del efecto de la presión sobre el volumen, la variable independiente es la presión; el volumen, la dependiente, y la temperatura, la variable controlada, pues es la que se mantiene constante en la experiencia, ya que es otra variable que también puede influir en la experiencia.

1.3. El análisis de resultados y la obtención de conclusiones

Los resultados cuantitativos de las experiencias realizadas se deben agrupar en tablas de valores. Con los datos se construyen gráficas, que ayudan a encontrar las relaciones entre las variables para así poder confirmar o no la hipótesis emitida.

Las hipótesis confirmadas se transforman en leyes, que establecen la relación entre dos o más variables. El establecimiento de una ley sirve para predecir y explicar otros hechos semejantes.

Una ley es un enunciado que expresa las regularidades observadas de la forma más exacta posible.

En el estudio del efecto de la presión sobre un gas, se cumple la ley de Boyle-Mariotte, que dice que a una temperatura determinada, el producto de la presión del gas por el volumen que ocupa se mantiene constante, de acuerdo con la ecuación: p ⋅ V = constante

Representación gráfica de la ley de Boyle Mariotte.

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Teoría cinética de los gases

La teoría científica que estudia el comportamiento de los gases se denomina teoría cinética de los gases y su ecuación general para un gas ideal es: p ⋅ V = n ⋅ R ⋅ T

p, V y T representan las variables de las magnitudes presión, volumen y temperatura del gas, R es la constante universal de los gases y n es la magnitud que sirve para identificar la cantidad de sustancia del gas.

Las teorías son provisionales y pierden su validez cuando no pueden explicar algún hecho experimental. En ese momento la teoría debe ser completada o sustituida por otra. Así, no todos los gases tienen un comportamiento ideal, por lo que es preciso realizar correcciones en la teoría y en la ecuación que sirve para explicar su comportamiento.

Tabla de datos de los valores de la presión y el volumen de un gas.

Un conjunto de leyes relacionadas entre sí da lugar a unos principios generales que constituyen una teoría.

Una teoría científica es la expresión de una serie de fenómenos conocidos y relacionados entre sí que se apoya en observaciones y leyes, de forma que constituye un modelo que explica el conjunto y el comportamiento de los fenómenos que abarca. Un modelo es una abstracción que permite explicar diversos fenómenos.

Los fenómenos naturales son, frecuentemente, complejos y por ello se precisa hacer suposiciones e idear modelos que nos acerquen a la realidad.

Por ejemplo, la teoría de la gravitación universal abarca una serie de leyes matemáticas, y sus relaciones, que explican desde la caída de los cuerpos hasta el movimiento planetario.

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Modelo científico

El modelo en el que se sustenta la teoría cinética de los gases considera que estos están formados por partículas que están en continuo movimiento dentro del recipiente que las contiene. Las partículas pueden chocar entre sí y contra las paredes del recipiente que las contiene.

Representación del modelo de la teoría cinética de los gases.

1.4. La comunicación de los resultados

Por último, se debe elaborar un informe científico para comunicar los resultados, para dar a conocer los descubrimientos y para que otros investigadores confirmen o rectifiquen lo establecido, para así poder ampliar el conjunto de conocimientos de la ciencia.

Magnitudes y unidades

El acto de medir nace de la necesidad que tienen las personas de hacerse comprender. Todos los objetos y los fenómenos que ocurren tienen propiedades que los caracterizan y se utilizan expresiones que contienen esos conceptos.

Así, cuando se dice que el agua de lluvia recogida fue de 20 litros por metro cuadrado, se refiere uno al fenómeno de la lluvia, a la propiedad llamada volumen del agua y su medida en litros y a la superficie de la tierra y su unidad en metros cuadrados sobre la que cae el agua.

Balanza digital para la medida de masas.

Magnitud física es toda propiedad de un objeto o de un fenómeno físico o químico que se puede medir.

Medir es comparar dos magnitudes de las mismas características, de forma que a una de ellas se le asigna el papel de unidad.

Cantidad es el valor numérico de una magnitud.

Una unidad de medida es una magnitud que se elige como patrón de forma arbitraria.

Las unidades de medida cumplen los siguientes requisitos:

Tener siempre el mismo valor, es decir, su valor no puede depender de la persona que la utilice ni del tiempo transcurrido, ni de las condiciones de trabajo.

Ser universal, o lo que es lo mismo, debe ser fácilmente reproducible y utilizable en cualquier lugar del mundo.

Para que los resultados de las medidas sean entendibles por toda la comunidad, hay que elegir unas unidades de medida comunes, utilizar instrumentos de medida adecuados y establecer unas reglas y unas técnicas apropiadas para su uso.

Son ejemplos de magnitudes físicas la altura de una persona, la duración de un día o la temperatura del cuerpo humano, pues se pueden medir mediante el instrumento adecuado, una cinta métrica, un reloj o un termómetro, respectivamente.

Por el contrario, cuando se dice que uno está muy triste, se refiere a un estado de ánimo que resulta observable, pero que no se puede medir, pues no hay ningún instrumento que mida la tristeza o la alegría. Por tanto, los estados mentales no son magnitudes físicas.

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Proceso de medida

Actividades y tareas

El llenado de una piscina de 200 m3 tarda 3 horas. Indica las magnitudes, las cantidades y las unidades empleadas en la tarea

Indica cuáles de los siguientes términos son magnitudes:

     a) La temperatura de un cuerpo.
     b) El miedo que te genera una película.
     c) Tu opinión sobre un partido político.
     d) La altura de un edificio.

2.1. Sistema Internacional de Unidades (SI)

A finales del siglo XVIII se ideó el sistema métrico decimal para las magnitudes longitud, masa y volumen. Sus unidades eran metro, kilogramo y litro, que contaban con múltiplos y submúltiplos decimales.

El avance de la ciencia y de la técnica de los siglos XIX y XX hizo necesario establecer más magnitudes y unidades, además de introducir modificaciones en el sistema métrico decimal. Por ello se desarrolló el Sistema Internacional de Unidades (SI).

El Sistema Internacional de Unidades (SI), se basa en el uso de siete magnitudes fundamentales y las demás magnitudes son derivadas.

Magnitudes fundamentales del SI	Unidad	Símbolo
longitud	metro	m
masa	kilogramo	kg
tiempo	segundo	s
temperatura	kelvin	K
corriente eléctrica	amperio	A
intensidad luminosa	candela	cd
cantidad de sustancia	mol	mol

Una magnitud derivada se expresa en función de dos o más magnitudes fundamentales. Por ejemplo, la velocidad es el cociente entre la longitud y el tiempo y el volumen es el producto de tres dimensiones: largo, ancho y alto.

Al final del siglo XVIII en Francia, el principio revolucionario de l'egalité (igualad o uniformidad) se extendió al peso y a las medidas y es por lo que la Academia Francesa se esforzó en tratar de unificar el sistema de medidas.

Reglas para escribir y nombrar las unidades

Los símbolos de las unidades se escriben generalmente en minúscula. No obstante, en muchas ocasiones, su nombre procede del apellido de algún científico ilustre y en estos casos se debe escribir el símbolo de la unidad en mayúscula. Así, el símbolo de la unidad de fuerza, el newton, es N, en honor del científico Isaac Newton.

Los símbolos de las unidades son invariables, no deben escribirse en plural ni deben ir acompañados por un punto final, salvo que se encuentren al final de una frase. Así, es correcto expresar g, m, s, N, e incorrecto g., Grs, seg, m., o cms.

El producto entre dos unidades se indica con un punto centrado entre ambos símbolos. Por ejemplo: N ⋅ m

La división de dos o más unidades puede indicarse con la barra horizontal, la barra oblicua, y se debe utilizar como criterio preferente la potencia negativa.

$estilo tamaño 14px fracción m entre s fin estilo$ , m/s o m ⋅ s-1

El tiempo se mide en el laboratorio con un cronómetro y su unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el segundo, aunque también se usan la hora y el minuto, sabiendo que: 1 h = 60 min = 3 600 s

La notación científica

El resultado de una medida puede dar lugar a un número muy grande o muy pequeño, que suele ser difícil de leer e incómodo de escribir. Por ejemplo:

Distancia
Tierra - Sol:

150 000 000 000 m

Masa de un protón:

0,000 000 000 000 000 000 000 000 001 672 5 kg

Para expresar estas cantidades con sencillez se recurre a la notación exponencial o notación científica, que consiste en escribir las cantidades en forma de potencia de 10.

Ejemplo: distancia Tierra-Sol= 1,5 ⋅ 10¹¹ m.

Otra forma de escribir las cantidades grandes y pequeñas es utilizando la notación de múltiplos y submúltiplos decimales de las unidades del SI. Esta notación utiliza un conjunto de prefijos que al acompañar a la unidad correspondiente indica el factor decimal o la potencia de diez por el que hay que multiplicarla.

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Expresión de cantidades

Para separar los miles, se utiliza una separación.

Así, no es correcto 1.000.000, sino que el millón se expresa como 1 000 000

Múltiplos
Prefijo	Símbolo	Factor decimal	Potencia de 10
tera giga mega kilo hecto deca	T G M k h da	1 000 000 000 000 1 000 000 000 1 000 000 1 000 100 10	10¹² 10⁹ 10⁶ 10³ 10² 10¹
Submúltiplos
Prefijo	Símbolo	Factor decimal	Potencia de 10
deci centi mili micro nano pico	d c m µ n p	0,1 0,01 0,001 0,000001 0,000000001 0,000000000001	10^-¹ 10^-² 10^-³ 10^-⁶ 10^-⁹ 10^-12

Actividades y tareas

Escribe en notación científica:

a) La distancia de 453 km.

b) La masa de 0,00035 g.

c) El tiempo de 30 589 s.

Indica en qué situaciones de la vida diaria se emplean los siguientes prefijos: tera, giga, mega, kilo, mili y micro.

3.1. Conversión de unidades

La conversión entre distintas unidades se realiza utilizando los factores de conversión.

Un factor de conversión es la relación entre dos cantidades iguales expresadas en unidades diferentes

El factor de conversión entre dos unidades se obtiene de la relación que define una unidad en función de la otra. Al multiplicar la cantidad inicial por el factor de conversión y simplificar, desaparece la unidad inicial y aparece la unidad pedida.

Por ejemplo, aplicando la igualdad: 1 km = 1 000 m, que define la relación entre ambas unidades, se tiene que el factor para convertir en m una distancia expresada en km es: $fracción numerador 1000 normal m entre denominador 1 km fin fracción normal o dos puntos fracción numerador 10 al cubo normal m entre denominador 1 km fin fracción$

Así, la distancia 12,5 km se convierte en m de la siguiente forma:

$distancia espacio igual espacio 12 coma 5 espacio km espacio igual espacio 12 coma 5 espacio km espacio por fracción numerador 1000 normal m entre denominador 1 km fin fracción igual 12500 espacio normal m$

De igual forma, para expresar en km una distancia indicada en m, el factor de conversión que utilizar es: $fracción numerador 1 espacio km entre denominador 1000 espacio normal m fin fracción espacio normal o dos puntos espacio fracción numerador 1 espacio km entre denominador 10 al cubo espacio normal m fin fracción$

Por lo que:
$distancia espacio igual espacio 12500 espacio normal m espacio igual espacio 12500 espacio por espacio fracción numerador 1 espacio km entre denominador 1000 espacio normal m fin fracción igual 12 coma 5 espacio km$

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Otras relaciones entre unidades de masa y de volumen:

1 kg = 1 000 g
1 L = 1 dm³
1 m³ = 1 000 dm³ = 1 000 L
1 L = 1 000 mL
1 dm³ = 1 000 cm³
1 mL = 1 cm³

Ejercicios y actividades resueltos

Transforma a la unidad fundamental del SI las siguientes cantidades: a) 25,3 km². b) 1 250 mm³. c) 25 horas.

a) En el SI la unidad de superficie es el m², por lo que lo primero que hay que buscar es la equivalencia entre el km² y el m² a partir de la relación: 1 km = 10³ m, de forma que: 1 km² = (10³)² m²= 10⁶ m²; por tanto:

$25 coma 3 espacio km al cuadrado igual espacio 25 coma 3 espacio km al cuadrado espacio por espacio fracción numerador 10 elevado a 6 espacio normal m al cuadrado entre denominador 1 espacio km al cuadrado fin fracción igual 25 coma 3 espacio por espacio 10 elevado a 6 espacio fin elevado normal m al cuadrado$

b) En el SI la unidad de volumen es el m³ y la equivalencia entre el mm³ y el m³ se obtiene a partir de: 1 m = 10³ mm, de forma que: 1 m³ = (10³)³ mm³ = 10⁹ mm³; por tanto:

$1250 espacio mm al cubo igual espacio 1250 espacio mm al cubo espacio por espacio fracción numerador 1 espacio normal m al cubo entre denominador 10 elevado a 9 espacio mm al cubo fin fracción igual 1 coma 250 espacio por espacio 10 elevado a menos 6 espacio fin elevado normal m al cubo$

c) En el SI la unidad de tiempo es el segundo y la equivalencia entre la hora y el segundo se obtiene a partir de la relación: 1 h = 3600 s; por tanto:

$25 espacio normal h igual espacio 25 espacio normal h espacio por espacio fracción numerador 3600 espacio normal s entre denominador 1 espacio normal h fin fracción igual 9 espacio por espacio 10 elevado a 4 espacio fin elevado espacio normal s$

Actividades y tareas

Expresa a) en cg la cantidad de 25 dag; b) en hm la cantidad de 556 dm.

Utilizando la notación científica, convierte las siguientes cantidades:

a) 5 Gm en mm b) 8 kg en mg c) 0,55 hL en mL
d) 529 ns en s e) 35 nm en m f) 0,5 cL en L

3.2. El mal uso de las unidades

Lee atentamente la siguiente noticia sobre la historia del desastre de la sonda espacial Mars Climate Orbiter, que se estrelló en Marte:

El 23 de septiembre de 1999 la sonda espacial Mars Climate Orbiter, enviada por la NASA para mantenerse en órbita marciana y estudiar el clima del planeta, se estrelló en Marte y quedó completamente destruida. Según fuentes de la NASA, el desastre fue debido a un error en la conversión al Sistema Internacional de Unidades de los datos que se habían suministrado al ordenador de la sonda.
¿Por qué ocurrió el desastre? Según los datos que proporcionó la NASA, en la construcción, la programación de los sistemas de navegación y el lanzamiento de la sonda espacial participaron varias empresas. En concreto la Lockheed Martin Astronautics de Denver fue la encargada de diseñar y construir la sonda espacial, mientras que la Jet Propulsion Laboratory de Pasadena fue la encargada de programar los sistemas de navegación de la sonda. Pero resulta que los dos laboratorios no trabajaban de la misma manera: el primero de ellos realizaba sus medidas y proporcionaba sus datos en el Sistema Anglosajón de Unidades (pies, millas, libras, etc.), mientras que el segundo utilizaba el Sistema Internacional de Unidades (metros, kilómetros, kilogramos, etc.). Así, el primero de ellos realizó los cálculos correctamente utilizando el sistema anglosajón y los envió al segundo, pero los datos que proporcionó iban sin especificar las unidades de medida utilizadas, de tal forma que el segundo laboratorio utilizó los datos numéricos que recibió, pero los interpretó como si estuvieran medidos en unidades del sistema internacional. El resultado fue que los ordenadores de la nave realizaron los cálculos de aproximación a Marte de forma errónea, por lo que la nave quedó en una órbita equivocada que provocó la caída sobre el planeta y su destrucción al chocar con la atmósfera marciana.

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La sonda espacial Mars Climate Orbiter fue construida con el fin de convertirse en un satélite del planeta Marte y así poder estudiar la atmósfera y la superficie del planeta rojo. Además, debía proporcionar información y servir de estación de comunicaciones para apoyar la aproximación y el posterior aterrizaje en Marte de la sonda Mars Polar Lander. Para todo ello, la sonda Mars Climate Orbiter fue lanzada 10 meses antes, con un coste global que se estimó en 327,6 millones de dólares.

Actividades y tareas

Tras la lectura del texto, indica cuál de las siguientes afirmaciones contiene el verdadero origen del error del desastre de la sonda espacial Mars Climate Orbiter:

a) Los dos laboratorios encargados del proyecto trabajaban con sistemas de unidades diferentes.

b) El envío de los datos entre los laboratorios sin especificar las unidades de las magnitudes físicas utilizadas.

c) La realización de los cálculos de aproximación a Marte por los ordenadores de la nave de una forma errónea.

d) El mal diseño técnico de los sistemas de control de acercamiento de la nave a Marte.

Busca información en Internet sobre la definición de la unidad milla terrestre y

a) da una definición de milla terrestre

b) completa la siguiente tabla de conversión entre unidades:

	m	km	milla (terrestre)
m	1
km		1
milla (terrestre)		1,609	1

3.3. La ciencia en la prensa

En el mundo actual la comunicación de los avances científicos se hace mediante la divulgación de estos en revistas prestigiosas especializadas, que cuentan con científicos de reconocido prestigio que validan los resultados que publicar como ciertos y que no están sometidos a errores o a manipulaciones de científicos sin escrúpulos.

Además, un extracto de dichas publicaciones se suele divulgar por la prensa diaria y medios de comunicación como televisión e Internet con objeto de que dicha información llegue al público general de una forma más simplificada.

El kilo ha aumentado de peso

Noticia publicada por la prensa diaria el día 04/01/2013

Expertos de la Universidad de Newcastle (Reino Unido) dicen haber demostrado que el kilogramo actual es decenas de microgramos más pesado de lo que era cuando se estableció el primer estándar en 1875. ¿Cómo ha ocurrido algo así? La explicación aparece en la revista de Metrología y, de forma resumida, es la que sigue.

El kilogramo original —conocido como el prototipo internacional de kilogramo o IPK— es el estándar sobre el cual se establecen todas las demás mediciones de masa. El prototipo, un objeto, se guarda en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, ubicada en Sèvres, cerca de París. En 1884 se realizaron cuarenta réplicas oficiales, que se distribuyeron por todo el mundo con el fin de estandarizar la masa.

Pero a pesar de los esfuerzos para proteger el IPK y sus duplicados, la industrialización y la vida moderna han hecho mella en los pesos basados en el platino y los contaminantes se han acumulado en la superficie, provocando un aumento de peso. Y, en efecto, los científicos creen haber encontrado la fórmula para que el kilo baje de peso: nada menos que darle un bronceado. No se trata de un truco óptico. Mediante la exposición de la superficie a una mezcla de rayos UV y ozono, puede eliminarse la contaminación carbonosa y llevar los kilogramos prototipos a su peso original, su peso «ideal».

Los investigadores Peter Cumpson y Naoko Sano han utilizado un instrumento de vanguardia,la espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS), para analizar superficies similares al kilogramo estándar, evaluar la acumulación de hidrocarburos y encontrar una forma de eliminarlos.

Hay que tener en cuenta que muchas veces el lenguaje de la ciencia y nuestro lenguaje diario son distintos. Por ejemplo, en el texto anterior se emplea el término kilo para referirse a la unidad de masa, el kilogramo. Además, se usan como sinónimos las palabras masa y peso. En lenguaje científico, kilo es el prefijo que indica que hay que multiplicar la unidad por 10³ y masa es una magnitud fundamental asociada a la cantidad de materia de un cuerpo, mientras que peso indica un tipo de fuerza.

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La importancia del prototipo del kilogramo

En realidad no importa lo que mida un kilogramo si todos trabajamos exactamente con la misma norma. El problema es que hay ligeras diferencias en todo el mundo: el IPK y sus 40 réplicas están creciendo a un ritmo diferente, apartándose del original.

Actividades y tareas

Busca en prensa o televisión algún anuncio en el que se emplee un lenguaje científico para potenciar la importancia del producto.

¿Piensas que sólamente porque un producto tenga una característica «científicamente probada» es superior a otro producto?

Las cifras significativas en las medidas

Los resultados de las medidas experimentales deben expresarse adecuadamente, ya que la medida no puede ser más precisa que lo que determine el instrumento de medida utilizado.

Las cifras significativas son las cifras que se obtienen al realizar una medida con un instrumento.

Al medir con una cinta métrica una longitud y obtener 3,24 m, se indica que la cinta métrica utilizada está graduada en centímetros y dicha medida se ha realizado con tres cifras significativas.

La cantidad 3,24 m se expresa también como 324 cm o 3,24 ⋅ 10² cm, y al escribir dicha cantidad en notación científica se consigue que el número de cifras significativas de la medida no dependa de las unidades elegidas.

Igualmente, el número 0,054 se expresa como 5,4 ⋅ 10^-² cuando son dos las cifras significativas y el número 5 400 se escribe como 5,4 ⋅ 10³ cuando son dos las cifras significativas. La misma cantidad se expresa como 5,400 ⋅ 10³ cuando las cifras significativas son cuatro.

Se llama sensibilidad de un instrumento de medida a la división más pequeña de la escala de dicho instrumento de medida utilizado.

Se distingue entre exactitud y precisión de un instrumento, pues hay una gran exactitud en las medidas realizadas de una determinada magnitud si los valores obtenidos están cerca del valor aceptado como verdadero, mientras que hay una gran precisión en la medición si al obtener una serie de medidas experimentales, que se realizan bajo las mismas condiciones, están todas ellas muy cerca entre sí.

Cuando se realiza una única medida, la precisión se identifica con la sensibilidad del instrumento de medida utilizado.

Si se realiza una única medida con una regla dividida en centímetros, la precisión de dicha medida coincide con esa división (que es su sensibilidad).

Reglas para considerar cifras significativas

Toda cifra distinta de cero es significativa.
Todo cero situado entre dos cifras significativas es significativo. Por ejemplo, el número 4,2067 ⋅ 10⁵ tiene cinco cifras significativas.
No son significativos todos los ceros situados a la izquierda del primer dígito significativo no nulo. Así, el número 0,008403 tiene cuatro cifras significativas.
Cualquier cero final o la derecha de una coma decimal es significativo si la sensibilidad del instrumento de medida así lo indica.

Actividades y tareas

Indica las cifras significativas de las siguientes medidas: 2,46 kg; 0,04 L; 4,34021 h.

Cifras significativas en las operaciones algebraicas

En una suma o en una resta, se deben alinear los decimales de las cantidades y expresar el resultado con tantas cifras como se tenga en el número con menos cifras significativas después de la coma decimal, pues el resultado no puede tener una mayor precisión que la de cualquiera de los datos que intervienen.
En un producto o en un cociente, el resultado se debe expresar con el número de cifras significativas que tenga el operando con menor número de cifras significativas.

Aparato analógico para la medida de magnitudes físicas eléctricas.

Redondear un número es eliminar las cifras que van más allá de la precisión o sensibilidad con la que se debe dar un resultado numérico.

El redondeo en las operaciones algebraicas

Si el dígito que eliminar es menor que 5, el último dígito que se conserva no cambia de valor. Así, el número 3,84 se redondea a décimas escribiendo 3,8.
Si el dígito que se elimina es 5 o mayor que 5, el último dígito que se conserva se aumenta en 1. Así, el número 9,851 redondeado a décimas es 9,9.
Si se escriben las cantidades en notación científica, se consigue que el número de cifras significativas de una medida no dependa de las unidades elegidas.

Calentamiento con un mechero Bunsen de laboratorio.

Ejercicios y actividades resueltos

Halla la suma de las dos masas siguientes: 38,3 g + 2,631 g

La cantidad 38,3 g tiene una cifra significativa después de la coma decimal.
La cantidad 2,631 g tiene tres cifras significativas después de la coma decimal.
La suma de ambas cantidades proporciona el valor 40,931 g, pero como el sumando que tiene menos cifras significativas después de la coma decimal es 38,3 g, resulta que se debe redondear el resultado a un número con una cifra decimal después de la coma. Por tanto, el resultado es 40,9 g.

Halla la superficie formada por un rectángulo de 3,5 m por 1,3045851 m.

3,5 m tiene dos cifras significativas y 1,3045851 m tiene ocho cifras significativas. Por tanto, al multiplicar ambas cantidades se debe redondear el resultado a dos cifras significativas, es decir:

3,5 m ⋅ 1,3045851 m = 4,56604785 m² y el resultado es 4,6 m², después de realizar la operación de redondeo.

Divide en 5 partes un volumen de 0,12 L

0,12 tiene dos cifras significativas y 5, una cifra significativa. Si realizamos 0,12 L/5 = 0,024 L, el resultado debe ser 2 ⋅ 10^-² L , pues se debe tener en cuenta el operando con menor número de cifras significativas, que en este caso es 5.

El trabajo en el laboratorio

El lugar natural de trabajo de todo científico es el laboratorio, y su labor consiste en realizar una serie de observaciones o de realizar una serie de experimentos, después buscar las causas de lo observado (el porqué) y, por último, comunicar lo que ha observado o descubierto (comunicación).

a) Observación-experimentación

Un experimento u observación científica es una observación realizada bajo unas condiciones determinadas, que son fijadas mediante unos valores de unas variables específicas, como la presión o la temperatura.

Así, se puede observar el tiempo necesario para que transcurra una determinada reacción química que se quiere estudiar y se puede fijar la temperatura del sistema reaccionante, e incluso se puede observar el efecto que produce en la reacción química la variación de la temperatura.

b) Buscar el porqué del fenómeno observado

La comparación del fenómeno observado con otro lo más similar posible y que se conozca bien permite analizar e ir encontrando las causas del fenómeno estudiado.

c) Registrar y transmitir lo observado

Se debe registrar y transmitir lo observado en un lenguaje adecuado para que pueda ser comprendido por toda la comunidad científica.

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No solo en el laboratorio

La química computacional emplea complejos programas informáticos para estudiar moléculas de estructura muy complicada. Estos químicos no trabajan en un laboratorio, sino con potentes ordenadores. El Premio Nobel de Química de 2103 fue para tres científicos que desarrollaron las bases de la química computacional. El jurado del premio indicó: «Los modelos de ordenador que imitan la vida real son cruciales para la mayoría de los avances de la química actual».

El aprovechamiento de un experimento depende de que:

1. Esté bien preparado y se haya reflexionado sobre este previamente. Por esta razón, antes de llegar al laboratorio se debe estudiar el problema para saber en todo momento qué se está haciendo y por qué se hace.

2. Se observe todo lo que ocurre durante este.

3. Se anoten todos los resultados e incidencias que ocurran durante el experimento. Se utilizará para ello el cuaderno de laboratorio.

4. Se busquen las explicaciones lógicas a los resultados obtenidos. Si se observa algo que no coincide con lo esperado, se repetirá la experiencia. Si se obtienen los mismos resultados, habrá que dar una explicación lógica basada en los conocimientos en ese campo.

El científico debe utilizar su sentido común y ha de aprender a ser intuitivo, curioso, cuidadoso, original e imaginativo y a trabajar con una mente abierta e inquisitiva.

5. A partir de cada experimento se haga un esfuerzo por ampliar los conocimientos sobre el fenómeno estudiando, consultando bibliografía, como ayuda para la interpretación de los resultados obtenidos.

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El laboratorio

Es el lugar donde se realiza un gran número de observaciones y donde se intenta encontrar la respuesta a los porqués que incita la experimentación. Es, por tanto, un lugar de estudio y desde luego no es un sitio en el que exclusivamente se sigue un guión preestablecido.

5.1. La organización y el trabajo en el laboratorio

En un laboratorio de ciencias se almacenan productos químicos o preparados peligrosos, y existe el riesgo de que se produzcan situaciones como derrames o salpicaduras de productos químicos a la piel o a los ojos. Cuando ocurra alguna de estas situaciones, lo ideal es actuar con rapidez y diligencia para evitar que el problema, por ejemplo un pequeño incendio, vaya a más. Para estas situaciones, existen en los laboratorios los equipos de protección y emergencias entre los cuales están las fuentes lavaojos, las duchas de seguridad, las mantas ignífugas y los extintores.

Normas para la organización del trabajo en el laboratorio

1. Los grifos de agua y las salidas de gas deben mantenerse siempre cerrados, excepto cuando se estén utilizando.

2. No se deben contaminar los reactivos de las botellas. Para ello: a) nunca se debe devolver el reactivo sobrante a la botella de donde se sacó; b) nunca se deben introducir pipetas, espátulas u otros materiales directamente en los recipientes en donde estén contenidos los reactivos; c) nunca debe dejarse el tapón de una botella boca abajo en contacto con la mesa de trabajo.

3. No se debe calentar el material de laboratorio de vidrio, a no ser que se indique que es resistente al fuego.

4. Antes de iniciar una práctica, se debe conocer la teoría de esta y contar con el material y los reactivos necesarios para realizarla.

5. Antes de abandonar el laboratorio, el material debe quedar perfectamente recogido, los aparatos utilizados se deben dejar en su sitio y la mesa de trabajo usada debe quedar completamente limpia, así como el fregadero, en donde no deben abandonarse los residuos o el material de laboratorio sucio.

6. Tratamiento de los residuos sólidos insolubles: los papeles de filtro usados, los tapones de corcho, las cerillas apagadas y el material de vidrio roto se deben echar en las papeleras que se encuentren a los lados de las mesas de trabajo, nunca en los desagües.

7. Tratamiento de los residuos líquidos: nunca se deben tirar al desagüe y se deben echar en garrafas adecuadas, sólidas y resistentes a los residuos, debidamente identificadas para su correcta eliminación.

8. En el fregadero se debe limpiar con agua y jabón el material de vidrio y cerámico utilizado para poderlo usar posteriormente.

La manta ignifuga sirve para extinguir pequeños incendios.

Los distintos tipos de extintores sirven para extinguir incendios de todo tipo de sustancias.

Actividades y tareas

¿Por qué un observador debe ser cuidadoso en su trabajo en el laboratorio?

¿Por qué no debe dejarse boca abajo el tapón de la botella de un reactivo en contacto con la mesa de trabajo?

Materiales básicos de un laboratorio de química

En un laboratorio químico se usa una gran variedad de utensilios para abarcar todas las necesidades de una experimentación. Se puede diferenciar entre material metálico con elementos complementarios de madera, goma, látex o corcho, material cerámico y material de vidrio, con los que se elaboran muchos instrumentos de laboratorio. Además, en todo laboratorio se utiliza un gran número de instrumentos básicos, como balanzas, estufas, hornos de mufla, cronómetros, placas calefactoras, agitadores magnéticos, baños termostáticos de agua y de aceite y aspiradores para pipetas.

Diversos tipos de balanzas de laboratorio.

6.1. Material metálico y complementario

El material metálico suele ser de hierro o de acero, aunque también se puede utilizar cobre por su gran conductividad, tanto del calor como de la corriente eléctrica. Entre los diversos instrumentos fabricados con estos tipos de materiales, se pueden citar los siguientes:

Agitador magnético simple y conjunto formado por placa calefactora y agitador magnético.

6.2. Material cerámico

El más frecuente es la porcelana, resistente a calentamientos prolongados y temperaturas elevadas. Se utiliza generalmente para inflamar sustancias y desecarlas. Con porcelana se fabrican los siguientes instrumentos:

6.3. Material de vidrio

Es el material más utilizado en el laboratorio, ya que es el que resiste a un mayor número de sustancias químicas. El vidrio Pyrex es muy utilizado porque presenta una gran estabilidad térmica, resiste la acción de todos los ácidos, excepto del ácido fluorhídrico y del fosfórico glacial, no modifica el pH de las disoluciones que contenga y también resiste las esterilizaciones repetidas. Con vidrio se pueden fabricar los siguientes utensilios:

Actividades y tareas

Busca información complementaria en un texto o en Internet y contesta las siguientes preguntas:

¿Para qué se utilizan un embudo Büchner y un kitasato?

¿Para qué se pueden usar una probeta y un matraz?

¿Puede haber alguna diferencia en el uso entre una pipeta y una bureta?

6.4. Productos químicos habituales en un laboratorio químico

En un laboratorio se deben clasificar los productos químicos con un criterio útil para su almacenamiento y para ello se deben conocer la información que se recoge en el etiquetado y envasado de las sustancias químicas y los peligros asociados a la manipulación de estas.

La identificación de los peligros potenciales de los productos químicos que se utilizan en un laboratorio es imprescindible para poder trabajar de manera segura con ellos y prevenir accidentes.

La información sobre estos peligros se suministra a través de la etiqueta y la ficha de datos de seguridad.

La etiqueta es la primera información de un producto químico, que ayuda a planificar acciones preventivas básicas y contiene en un pictograma frases que informan de peligros y dan consejos de prudencia. El pictograma identifica productos químicos con base en la siguiente clasificación:

Explosivos: pueden explosionar bajo el efecto de una causa externa, como calor, fricción o percusión, liberando energía en forma de calor, presión o radiación en un tiempo muy breve.

Inflamables: arden con facilidad y desprenden llamas.

Comburentes: si entran en contacto con otras sustancias, particularmente con los inflamables, originan una reacción química fuertemente exotérmica.

Gases a presión.

Tóxicos: por inhalación, ingestión o penetración cutánea pueden entrañar riesgos graves, agudos o crónicos, e incluso la muerte.

Corrosivos: en contacto con los tejidos vivos, pueden ejercer sobre ellos una acción destructiva.

Mutagénicos, carcinogénicos y teratogénicos: un mutagénico es una sustancia que por inhalación, ingestión o penetración cutánea puede producir alteraciones en el material genético de las células.

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Pictograma

Es un símbolo creado de forma similar a otros muchos, como las señales de tráfico, que por medio de imágenes sencillas destaca rápidamente la información que quiere hacer llegar.

Pictogramas de peligro de los productos químicos, que están en un cuadrado sobre fondo blanco con un borde rojo, referidos a:

Explosivos.

Inflamables.

Comburentes.

Gases a presión.

Corrosivos.

Tóxicos.

Nocivos e irritantes.

Mutagénicos, carcinogénicos y teratogénicos.

Peligrosos para el medioambiente.

Un carcinogénico puede producir cáncer o aumento de su frecuencia

Un teratógenico puede producir lesiones en el feto durante su desarrollo intrauterino.

Nocivos e irritantes: un nocivo es una sustancia o preparado que por inhalación, ingestión o penetración cutánea puede entrañar riesgos de gravedad limitada, mientras que un irritante es aquella sustancia o preparado no corrosivo, que por contacto inmediato, prolongado o repetido con la piel o mucosas puede provocar una reacción inflamatoria.
Peligrosos para el medioambiente.

La ficha de datos de seguridad (FDS) es proporcionada por el proveedor del producto químico para que el usuario pueda tomar las medidas necesarias para la protección de la salud y para la seguridad de los trabajadores en el lugar de trabajo.

La ficha FDS es la mejor herramienta para conocer los riesgos que pueden presentar los productos químicos peligrosos.

Antigua y nuevas etiquetas de un producto químico.

Normas de seguridad e higiene en un laboratorio de química

Normas en el trabajo en el laboratorio

1. En el laboratorio se debe llevar protección ocular cuando se realicen procesos que puedan ser peligrosos para los ojos. Por ejemplo, a) cuando se manipulen ácidos, álcalis y otros productos químicos corrosivos, tóxicos o irritantes; b) cuando se calienten productos químicos; c) cuando se realicen reacciones químicas exotérmicas.

2. El peligro mayor del laboratorio es el fuego, por lo que se debe reducir al máximo la utilización de llamas vivas. Si se puede, es mejor emplear mantas calefactoras o baños que el mechero Bunsen.

3. Para el encendido de un mechero Bunsen, se deben utilizar encendedores piezoeléctricos largos, nunca cerillas ni encendedores de llama. Nunca se deben poner la cabeza o la ropa cerca de la llama de un mechero Bunsen. El pelo largo se debe llevar recogido y algunos productos para el pelo, como las lacas y las gominas, hacen el pelo más inflamable de lo usual y deben evitarse.

4. Cuando se manipulen líquidos inflamables, como el etanol o la acetona, se debe hacer con cuidado y hay que mantenerlos alejados de las llamas. Tampoco se deben calentar líquidos en recipientes cerrados.

5. Hay que evitar el contacto de productos químicos con la piel, especialmente si son tóxicos o corrosivos, mediante el uso de guantes de un solo uso.

6. Se debe llevar puesta siempre la bata de laboratorio y correctamente abrochada y nunca se deben llevar sandalias abiertas en el laboratorio, pues el calzado debe proteger los pies. Y siempre se debe lavar uno las manos después de terminar el trabajo en el laboratorio.

7. Nunca se deben oler gases directamente, ni inhalar los vapores de los productos químicos, por lo que se debe trabajar siempre que sea posible y operativo en campanas, especialmente cuando se trabaje con productos corrosivos, irritantes o tóxicos.

8. Nunca se debe probar o saborear algo en el laboratorio, al igual que nunca se debe comer ni beber en el laboratorio.

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Elementos de protección individual (EPI) en un laboratorio

Son principalmente guantes, bata de laboratorio y gafas.

En un laboratorio se deben colocar señales de protección obligatoria de las manos, del cuerpo y de la vista. Son de forma circular, de color blanco y van en fondo azul.

La seguridad es una cuestión de sentido común siempre que se sepan los riesgos asociados al uso de los productos químicos que se están utilizando. Para avisar de las sustancias y operaciones más peligrosas hay pictogramas y notas de seguridad. Es sensato, no obstante, considerar que todos los productos químicos son potencialmente peligrosos.

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Siempre se debe informar de los accidentes que ocurran en el laboratorio, aunque sean pequeños, a la persona responsable de este.

Siempre se debe trabajar sin prisas y nunca se debe trabajar solo en el laboratorio.

Nunca se deben realizar experimentos no autorizados.

Actividades y tareas

Ya has leído las normas de organización del trabajo y de seguridad e higiene en un laboratorio de investigación química. En tu casa tienes una habitación cuyo funcionamiento se asemeja a un laboratorio: la cocina. Redacta cinco «normas para la organización del trabajo en la cocina de mi casa» y otras cinco de seguridad e higiene.

La medida de magnitudes: volumen, masa y temperatura

MATERIALES

EPI de protección:

■ Bata de laboratorio.

■ Gafas de seguridad.

■ Guantes de protección térmica.

Objetivos

Medir adecuadamente y con el instrumento adecuado las siguientes magnitudes: volumen, masa y temperatura.

Desarrollo

a) Medida de volúmenes

Las normas a tener en cuenta para la medida de volúmenes son:

1. Cuando se necesite medir un volumen aproximado, se utilizará siempre una probeta. Nunca se usará para medir volúmenes un vaso o un erlenmeyer, pues sus escalas son solo indicativas.

2. Las pipetas se usan para medir un volumen definido y pequeño de un líquido.
Cuando se va a pipetear un líquido, es necesario que la pipeta esté bien introducida en este y que, además, siga estándolo cuando se llene. En caso contrario, entrarán burbujas de aire junto con el líquido.

3. Las buretas se usan para medir volúmenes variables muy precisos. La bureta se debe cargar con cuidado para no verter líquido por su exterior. Si para su llenado se ayuda de un embudo, se debe tener la precaución de retirarlo antes de empezar a utilizar la bureta en la medida. La bureta ha de quedar llena en su totalidad, incluido su extremo inferior (el pico). Si queda alguna burbuja, se «cebará» con una apertura rápida de la llave.

4. Los matraces aforados se utilizan, generalmente, para la preparación de disoluciones de concentración determinada. Miden con precisión el volumen que contienen hasta su aforo; por esta razón, su llenado ha de terminarse con cuidado, gota a gota, para no sobrepasarlo.

Los aparatos volumétricos de medida precisa (pipeta, bureta y matraz aforado) están diseñados para aprovechar el fenómeno de la tensión superficial que presentan los líquidos, de manera que al estar dentro de un tubo estrecho se origina una superficie curva denominada menisco. Para leer correctamente en estos aparatos, se enrasará (se hará coincidir) la parte inferior del menisco con el aforo del aparato o con la marca o división correspondiente. En la operación de enrase, el ojo del observador deberá estar a la misma altura del nivel del líquido, para evitar errores de observación denominados de paralaje.

En la lectura de la probeta es probable que se tome como valor 43,4, y al hacerlo se está diciendo que es superior a 43,3 e inferior a 43,5; en otras palabras, se debe registrar como 43,4 ± 0,1, pues la sensibilidad de la probeta es 0,1 (división más pequeña de la escala).

El paralaje es el cambio aparente en la posición de un objeto cuando se observa a ángulos diferentes, de forma que si no se mira perpendicularmente al plano de la escala del aparato de medida se produce una lectura equivocada.

En las medidas de líquidos, el defecto de paralaje se comete cuando la visión no se hace en la dirección de la línea tangente de la curvatura que forma la superficie del nivel del líquido en el recipiente.

Defecto de paralaje en la medida de líquidos con una probeta.
a) y b) son observaciones incorrectas y c) es la observación correcta.

b) Medida de masas

La masa se mide con una balanza y hay diferentes tipos de balanza, según sea su precisión. En cada caso se deberá utilizar la más acorde con la precisión de la medida que se vaya a realizar y se deben seguir las siguientes indicaciones:

1. Para pesar no deben colocarse las sustancias químicas directamente sobre el platillo de la balanza. Se debe usar un vidrio de reloj o un pesasustancias adecuado.

2. La balanza se debe mantener, en todo momento, limpia y seca. Se limpiará inmediatamente cualquier producto derramado sobre el platillo.

3. En las balanzas analíticas es necesario cerrar las puertas de la balanza para evitar la perturbación que ocasionan corrientes de aire; en el resto también conviene evitarlas.

4. La balanza ha de estar nivelada. Se tendrá la precaución de no apoyarse en la mesa de balanzas al efectuar las pesadas.

5. Después de pesar un objeto, se colocarán todos los mandos a cero.

6. Resulta muy útil la utilización de la función tara de la balanza para pesar con mayor comodidad, pues deja a cero el peso del recipiente pesasustancias.

Medida de la masa de una sustancia con una balanza digital.

c) Medida de temperaturas

En un laboratorio se mide la temperatura con un termómetro, que es un instrumento de precisión delicado; por lo tanto, su manejo requiere muchos cuidados. Se suele emplear para medir temperaturas en operaciones tales como la destilación o para la determinación de temperaturas de fusión o de ebullición. Debe estar limpio para introducirlo en el líquido o la solución cuya temperatura se quiere encontrar.

Para líquidos que estén en ebullición, el termómetro deberá introducirse sin que esté en contacto con las paredes del recipiente y a una profundidad que sea la mitad de la altura de la solución. Si se requiere medir temperaturas sucesivas de acuerdo a como vayan ascendiendo, se deberá colgar con un hilo sujeto a una pinza conectada a un soporte guardando las consideraciones anteriores.

Los termómetros más empleados tienen graduaciones de grado en grado centígrado, que van desde –10 °C hasta 150 °C.

Actividades y tareas

Te planteamos una cuestión experimental para resolver en el laboratorio de tu centro trabajando con la máxima precisión. Debes responder a las siguientes preguntas:

a) Añade con un cuentagotas cincuenta gotas en una probeta ¿Cuál es su masa y su volumen?

b) ¿Cuál es la masa y el volumen de una gota de agua?

c) ¿Cuántas gotas de agua hay en una piscina de veinticinco metros de largo, diez metros de ancho y tres metros de profundidad?

Expresa los resultados con las unidades y prefijos que consideres más adecuados. Ten en cuenta las cifras significativas de tus medidas al operar con los resultados obtenidos y emplea el sistema de notación científica para expresar estos resultados.

El método científico

¿Es lo mismo hipótesis contrastada que ley?

Rellena los huecos en la siguiente frase:

«Las teorías son y pierden su cuando no pueden explicar algún experimental. En ese momento la teoría debe ser completada o por otra».

La gráfica adjunta representa la relación entre la variable dependiente X y la variable independiente Y. Indica:

a) Cómo es la relación entre ambas variables.

b) El valor de Y para el valor numérico de X = 21.

c) El valor de X para el valor numérico de Y = 50.

En el estudio de la variación del volumen de un gas por efecto de la presión, ¿por qué la temperatura es la variable controlada?

Magnitudes y unidades de medida

¿Cuáles son las unidades de las magnitudes del SI: longitud, masa y tiempo?

En el sistema métrico decimal el litro era la unidad de capacidad:

a) ¿Cuál es la unidad de volumen en el Sistema Internacional de Unidades y su relación con el litro?

b) El volumen ¿es una magnitud fundamental o derivada?

La mayoría de las propiedades que caracterizan a los objetos son magnitudes derivadas que se pueden expresar en función de las magnitudes del SI. Expresa las unidades de superficie en función de las unidades de las magnitudes fundamentales del SI.

El Sistema Internacional de Unidades se adoptó oficialmente en España en 1967 y es de uso obligado en nuestro país desde 1985. Antes se empleaban, sobre todo en las zonas agrícolas, unidades como la fanega, la cántara o la arroba:

a) Busca información sobre el significado de estas.

b) ¿Por qué ya no se utilizan y crees que sería positivo el que se pudieran volver a usar?

c) ¿Se debería utilizar el Sistema Internacional de Unidades en todos los países?

Relaciona cada una de las siguientes magnitudes con el instrumento de medida más adecuado para realizar así una medida directa.

temperatura
intensidad eléctrica
volumen
longitud
masa

termómetro
puntero láser
balanza digital
polímetro
bureta

Factores de conversión entre unidades

La mochila de un alumno tiene una masa de 4,5 kg. Expresa esta cantidad en g y en m, indicando los factores de conversión utilizados.

Un campo de fútbol tiene una longitud de 98 m. Expresa esta cantidad en km y en cm.

Un embalse contiene 125 hm³ de agua. ¿Cuántas botellas de medio litro se pueden llenar con el agua existente en el embalse?

Expresa la duración de una clase de 50 minutos (min) en segundos (s) y en horas (h) usando los correspondientes factores de conversión.

s

h

La densidad del alcohol es de 0,790 g/cm³. Expresa esta cantidad en unidades del SI.

Equivalencia entre unidades

Rellena la tabla con los valores numéricos de las equivalencias entre las diferentes unidades.

	m³	L	cm³	mL
m³
L
cm³
mL

Completa el cuadro rellenando los huecos que faltan en las filas.

	Gg	kg	dg	$negrita mu$ g
Gg	8,0 ⋅ 10^-⁴
kg		4,5 ⋅ 10³
dg			7,9 ⋅ 10⁵
$negrita mu$ g				3,4 ⋅ 10⁹

Notación científica

El radio de la Tierra es de 6 370 km. Expresa esta cantidad en notación científica en la unidad del SI.

Un virus tiene una longitud de 5 nm. Expresa dicha cantidad en la unidad del SI en forma de potencia de diez.

Cifras significativas

Escribe la cantidad 0,060232 m en notación científica, cuando las cifras significativas son

a) dos → m

b) cuatro → m

c) cinco → m

Expresa, en notación científica, tu masa en g y tu altura en cm.

Expresa el volumen 153 mL en m³ respetando el número de cifras significativas que hay que utilizar.

Expresa la cantidad 7,153 g en kg y en μg usando dos cifras significativas.

Realiza las siguientes operaciones expresando el resultado de acuerdo con el número de cifras significativas utilizadas:

$fracción numerador 4 coma 66 por 10 elevado a 5 entre denominador 2 coma 38 por 10 al cubo fin fracción punto y coma espacio fracción numerador abrir paréntesis 4 coma 42 por 10 elevado a 4 cerrar paréntesis por abrir paréntesis 6 coma 80 por 10 al cuadrado cerrar paréntesis entre denominador 3 coma 73 por 10 al cuadrado fin fracción$

$fracción numerador 3 coma 56 por 721 entre denominador 2 coma 40 fin fracción punto y coma espacio 3 coma 27 por 0 coma 00412$

Realiza las siguientes operaciones expresando el resultado de acuerdo con el número de cifras significativas indicadas.

5,231 ⋅ 10² + 2,430 ⋅ 10^-¹;

6,43 + 12,3 - 9,32;

5,64 ⋅ 10³ + 3,46 ⋅ 10²

Sensibilidad y precisión

Si la sensibilidad de un termómetro es de 0,2 °C, ¿es posible que una persona realice las siguientes lecturas con el mismo? 23,0 °C, 23,1 °C, 23,2 °C.

23,0 °C

23,1 °C

23,2 °C

Determina la sensibilidad de la siguiente balanza analógica de cocina. Además, en la foto adjunta se da la siguiente información: máx. 5 kg y mín. 250 g. Explica el significado de esta.

Efectúa la siguiente operación:

34,80 m + 1,4895 m + 64,8 m - 13,434 m.

Expresa el resultado con la precisión adecuada.

El trabajo en el laboratorio

¿Es lo mismo explosivo que comburente?

¿Qué diferencia hay entre etiqueta y FDS?

¿Cuál crees que es la diferencia que hay entre una ducha de seguridad y una fuente lavaojos?

Cita tres razones por las que debe haber normas para organizar el trabajo en un laboratorio.

Busca en Internet una base de datos de FDS y escribe las referentes al hidróxido de sodio y al tolueno.

Química e investigación policial: una colaboración imprescindible

El 16 de diciembre de 2013 se difunde la noticia de que tres miembros de una misma familia fallecen el 14 de diciembre en su vivienda de Alcalá de Guadaíra (Sevilla) a consecuencia de una parada cardiorrespiratoria. Así lo han confirmado fuentes del Instituto de Medicina Legal, que han precisado que el origen y causa de dicha parada cardiorrespiratoria se encuentra pendiente de que se practiquen una serie de pruebas y análisis de laboratorio complementarios.

Los fallecidos son un matrimonio y su hija de 14 de años, mientras que una hermana de esta, de 13 años, sigue ingresada en la unidad de cuidados intensivos (uci) del hospital infantil Virgen del Rocío, donde evoluciona de manera favorable.

Cabe recordar que el Centro Coordinador de Urgencias y Emergencias Sanitarias de Sevilla tuvo constancia del suceso a las 02:55 horas del día 14, cuando recibió una llamada procedente del domicilio de esta familia en la que se solicitaba asistencia por un cuadro de náuseas y vómitos. Desde el centro coordinador se envió un equipo móvil del Dispositivo de Cuidados Críticos de Urgencias de Alcalá de Guadaíra, que atendió a todos miembros de la familia en el lugar.

A las 09:09 horas, el centro coordinador de urgencias y emergencias de Sevilla atiende una nueva llamada en la que se solicita asistencia sanitaria desde el mismo domicilio debido a un agravamiento de los síntomas. Tras esto, se envió nuevamente un equipo móvil del Dispositivo de Cuidados Críticos y Urgencias que al llegar al lugar encontró a dos adultos en estado grave y a una niña de 14 años en parada cardiorrespiratoria. Ante este cuadro médico, los profesionales de urgencias solicitaron de inmediato un segundo equipo sanitario, que se desplazó al lugar y procedió al traslado al hospital universitario de Valme de un varón de 61 años y de una mujer de 50 años, que ingresaron en la unidad de cuidados críticos de dicho hospital, así como de una niña de 13 años, que posteriormente fue trasladada a la uci del hospital infantil Virgen del Rocío. Finalmente, los padres y la niña de 14 años murieron, según informaron fuentes sanitarias.

El equipo de Salud Pública de la Delegación Territorial de Igualdad, Salud y Políticas Sociales se personó en el domicilio familiar para tomar muestras y realizar una encuesta epidemiológica. Estas muestras se encuentran bajo investigación judicial y se están analizando desde el punto de visto toxicológico y microbiológico con el fin de determinar las posibles causas del fallecimiento y de la hospitalización.

A continuación, los expertos trataron de determinar cuál fue la sustancia concreta que provocó la tragedia. El día 22 de diciembre de 2013 se hace público que los tres miembros de la familia que fallecieron sufrieron un envenenamiento por una sustancia química aún no identificada. Se ha precisado que por la sintomatología y el rápido fallecimiento se ha descartado una toxiinfección alimentaria y parece ser un envenenamiento químico.

Los expertos han descartado el suicidio u homicidio y se han inclinado por la posibilidad de que la familia pudiese haber introducido el veneno por error en los alimentos que cenaron la noche anterior, por ejemplo, confundiendo un matarratas con harina para rebozar el pescado que comieron. La inhalación de algún plaguicida es otra de las posibilidades que barajan los investigadores.

Actividades

Tras la lectura del texto anterior, realiza las siguientes actividades:

Actividad 1:

A: Indica otro título para la lectura anterior.

B: Realiza un resumen de dicho texto.

C: Explica qué puede ser un equipo móvil del Dispositivo de Cuidados Críticos de Urgencias.

D: Indica cuáles son las partes fundamentales del contenido del texto leído.

Actividad 2: El relato de la noticia hace mucho hincapié en explicar las actuaciones de los servicios médicos. ¿Cuál puede ser la razón?

Actividad 3: En el texto leído queda claro que los tres miembros de la familia fallecieron por parada cardiorrespiratoria, pero se citan varias hipótesis de carácter científico del origen de las muertes en el contexto del accidente. Cítalas e indica desde la perspectiva actual si son ciertas o falsas.

Actividad 4: En un principio, el Departamento de Salud de la Junta de Andalucía apuntó a que alguna sustancia de la vivienda pudo contaminar la comida y por ello inmovilizó por prevención una partida de pescado en una tienda de Alcalá, pero descartó decretar una alerta alimentaria porque no aparecieron más casos. ¿Por qué?

Actividad 5: Busca información complementaria en Internet y en grupos de tres personas realizad una exposición oral en la que se muestre la diferencia que puede haber entre una toxiinfección alimentaria y un envenenamiento de tipo químico.

Los Años Internacionales de la Física y de la Química

Paso 1: Lectura comprensiva del texto

Tras la lectura del texto «2011 fue el Año Internacional de la Química», indica cuál de las siguientes afirmaciones fue la más importante en la celebración del Año Internacional de la Química en 2011 y realiza un breve comentario sobre la respuesta:

a) La conmemoración del centenario del Nobel de Marie Curie.

b) Resaltar la importancia de la ciencia química.

c) Significar la contribución de la química a la mejora de la calidad de vida, al conocimiento y al futuro de la humanidad.

d) Desterrar el desprestigio de la química como algo no beneficioso por algunos de sus efectos, como la contaminación ambiental.

Paso 2: Los fallos en la actividad científica

No solo la Mars Climate Orbiter se perdió, sino que también la misión de la sonda Mars Polar Lander fue otro fracaso. En concreto:

El 3 de diciembre de 1999 estaba previsto que la Mars Polar Lander tomara contacto con la superficie de Marte, pero no hubo noticias de tal hecho. ¿Cuál fue la causa del problema?

Tras el análisis del problema, se concluyó que los ingenieros analistas de software de la Mars Polar Lander no tuvieron en cuenta la vibración ocasionada por el despliegue de las patas de aterrizaje durante el descenso (algo que conoce cualquiera que haya viajado en avión después del despegue y antes del aterrizaje). Este olvido hizo que el ordenador confundiera tal despliegue con la toma efectiva sobre la superficie, deteniendo así los retrocohetes cuando la nave aún se hallaba a cuarenta metros de altitud sobre el suelo marciano. La nave cayó, se estrelló contra el suelo marciano y ya nunca se volvió a saber de ella. Sí, exacto: se perdió la nave en los últimos cuarenta metros de recorrido, después de un viaje de 250 millones de kilómetros.

Busca información complementaria en Internet y realiza una exposición oral indicando si hay o no relación alguna entre los accidentes de la Mars Climate Orbiter y la Mars Polar Lander.

Autoevaluación

Una ley es: a) La expresión de una serie de fenómenos conocidos y relacionados entre sí. b) Una abstracción que permite explicar diversos fenómenos. c) Un enunciado que expresa las regularidades observadas de la forma más exacta posible. d) Una suposición que intenta explicar un fenómeno por estudiar.
En el estudio de la relación del volumen de una cantidad determinada de un gas con la temperatura a presión constante, la variable dependiente es: a) El volumen. b) La cantidad de gas. c) La presión. d) La temperatura.
Medir es comparar: a) Dos unidades diferentes. b) Una unidad con una magnitud. c) Dos magnitudes de las mismas características. d) Dos magnitudes de diferentes características.
En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de longitud es: a) El km. b) El m². c) El m. d) El dm.
El volumen de 8,3 hL en el Sistema Internacional de Unidades es igual a: a) 83 L. b) 8,3 dm³. c) 830 mm. d) 0,83 m³.
Un crisol es un material de: a) Cristal. b) Cerámico. c) Metálico. d) No es un material típico de un laboratorio de Química.
Existe 1,25 g de un determinado gas en 0,52 L de aire, ¿cuál es la cantidad que hay de dicho gas en 400 cm³ de aire, expresando el resultado con 2 cifras significativas?: a) 0,96 g. b) 0,906 g. c) 0,95 g. d) 0,97 g.
La sensibilidad de un termómetro es 0,2 °C, lo que quiere decir que con el mismo no se puede registrar la temperatura de: a) 23,0 °C. b) 23,1 °C. c) 23,2 °C. d) 23,4 °C.
Un pictograma es: a) Un símbolo de un producto químico. b) Un símbolo que por medio de imágenes destaca la información que se quiere hacer llegar. c) Una etiqueta de un producto químico. d) Una ficha de datos de seguridad de un producto químico.
Un producto químico corrosivo es una sustancia: a) Que en contacto con otras sustancias origina una reacción química muy exotérmica. b) Que en contacto con los tejidos vivos ejerce una acción destructiva. c) Que en contacto con la piel provoca una reacción inflamatoria. d) Que por inhalación, ingestión o penetración cutánea produce alteraciones en el material genético de las células.

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