Laboratorio de ciencias experimentales - LabNash
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Laboratorio de ciencias experimentales Laboratorio de ciencias experimentales MSP. Luz Natalia Berrún Castañón Dr. Carlos Alberto Guerrero Salazar MTA. María Guadalupe Idolina Leal Lozano Datos de catalogación bibliográfica BERRÚN CASTAÑÓN, LUZ NATALIA; GUERRERO SALAZAR, CARLOS ALBERTO, Y LEAL LOZANO, MARÍA GUADALUPE IDOLINA PEARSON EDUCACIÓN, México, 2009 ISBN: 978-607-442-195-8 Área: Ciencias Sociales Formato: 21 × 27 cm Páginas: 104 Hugo Rivera Oliver e-mail: [email protected] Editor de desarrollo: Felipe Hernández Carrasco Supervisor de producción: José D. Hernández Garduño PRIMERA EDICIÓN, 2009 D.R. © 2009 respecto a la primera edición Universidad Autónoma de Nuevo León Biblioteca Universitaria “Raúl Rangel Frías” 4o. piso Av. Alfonso Reyes núm. 400 norte C.P. 64440 Monterrey, N.L. D.R. © 2009 por Pearson Educación de México, S.A. de C.V. Atlacomulco 500-5° Piso Industrial Atoto 53519, Naucalpan de Juárez, Estado de México PE ND IE NT E Editor: Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana. Reg. Núm. 1031 Prentice Hall es marca registrada de Pearson Educación de México, S.A. de C.V. Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de esta publicación pueden reproducirse, registrarse o transmitirse, por un sistema de recuperación de información, en ninguna forma ni por ningún medio, sea electrónico, mecánico, fotoquímico, magnético o electroóptico, por fotocopia, grabación o cualquier otro, sin permiso previo por escrito del editor. El préstamo, alquiler o cualquier otra forma de cesión de uso de este ejemplar requerirá también la autorización del editor o de sus representantes. ISBN 978-607-442-195-8 Impreso en México. Printed in Mexico. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 – 12 11 10 09 Contenido Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii Experimentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Cifras significativas e incertidumbre en las mediciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Actividades de aprendizaje 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Actividades de aprendizaje 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Actividades de aprendizaje 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Biología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Actividades de aprendizaje 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Actividades de aprendizaje 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Actividades de aprendizaje 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Contenido vi Química . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Actividades de aprendizaje 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Física . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Actividades de aprendizaje 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Introducción Para una formación científica se deben tener en cuenta diversos aspectos. En primer lugar, que el objetivo de las ciencias experimentales es tratar de explicar de manera racional la realidad natural y los retos tecnológicos que todas las sociedades modernas se plantean. En segundo lugar, que las ciencias experimentales no son exclusivamente un conjunto de conocimientos que implican conceptos, leyes y teorías (el saber es ciencia), también incluyen estrategias, técnicas y habilidades de investigación relacionadas con la resolución de problemas científico-tecnológicos (el hacer es ciencia). Si quiere formarse científicamente al alumnado es también necesario que aprenda todo este conjunto del saber hacer. La resolución de problemas supone el desarrollo de contenidos de tipo procedimental como estrategias, diseño y desarrollo experimental, al igual que la elaboración de informes científicos. Los procedimientos de investigación incluyen el análisis de problemas, la formulación de hipótesis de acuerdo con las teorías vigentes, establecimiento de las variables dependiente, independiente y de control; relaciones entre variables, diseño y desarrollo experimental (medida, clasificación, procesamiento, análisis e interpretación de datos). Las conclusiones obtenidas, por lo general en forma de leyes, se comunican e integran dentro del cuerpo del conocimiento. La investigación científica consiste en un proceso de indagación acerca de algún aspecto de la realidad. Ante su complejidad, es necesario identificar los problemas, plantearlos y analizaralos de manera adecuada para poder decidir cuáles son las variables relevantes, así como formular hipótesis que puedan ser contrastadas. Por tanto, los alumnos tienen que aprender a diseñar, planificar y realizar pequeñas actividades de investigación. Entre los elemenato que forman parte del aprendizaje científico están valuar los resultados de la experimentación y deducir de ellos las conclusiones adecuadas, modificando el camino seguido si es necesario. La realización de experiencias de laboratorio implica, entre otros aspectos, su observación, medida y clasificación. Adquirir la capacidad de observar de forma esmerada, honesta y rigurosa, es importante para reconocer semejanzas y diferencias, comprender lo que es significativo y para obtener datos experimentales confiables. Para ello es necesario el aprendizaje de técnicas y el uso del instrumental científico; todo ello bajo las normas básicas de buenas prácticas de laboratorio. viii Contenido Por otro lado, los científicos utilizan un lenguaje específico al elaborar cuadernos de trabajo, informes, artículos, comunicaciones, etcétera. Aprender a trabajar como un científico supone conocer este lenguaje, que es el vehículo de comunicación entre ellos y el resto de la sociedad, para exponer y debatir las ideas científicas y los avances técnológicos. Por tanto, el conocimiento y la comprensión de este lenguaje también forma parte de la enseñanza/aprendizaje de esta materia. Asimismo, no hay que olvidar que un aspecto esencial del trabajo científico supone el análisis de material escrito o audiovisual, el uso de diversas fuentes de información (utilizando las Tecnologías de la Información y de la Comunicación, TIC), y la elaboración de informes y proyectos. Esta materia debe constituirse con un enfoque procedimental, teniendo presente que no se puede enseñar y aprender procedimientos sin conceptos e, incluso, actitudes. En esta materia se introducirá al estudiante en la experimentación básica de un laboratorio y se reforzarán, mediante la misma, los conceptos básicos que se estudian en las distintas materias científicas. Es imprescindible atender al fundamento experimental de la Ciencia, sin confundirla con un adiestramiento elemental en el manejo de instrumentos, o por la mera aplicación de técnicas y uso de herramientas. La realización de pequeñas investigaciones de laboratorio pondrá al alumno frente al desarrollo de la metodología científica, le ayudará a enfrentarse con la problemática del quehacer científico, sirviendo de soporte para entender y analizar los retos tecnológicos, energéticos, medioambientales y de la salud de la sociedad actual. La Física y la Química, como ciencias experimentales, son un compendio de leyes basadas en la observación de la Naturaleza. Las leyes se inducen a partir de un número suficiente de mediciones realizadas sobre un experimento en el que se pone de manifiesto un determinado fenómeno. Estas leyes se expresan mediante relaciones o ecuaciones que ligan entre sí las magnitudes que intervienen en el fenómeno. Además, su validez ha de ser siempre contrastada mediante experimentos adicionales, los cuales, a su vez, implican de nuevo la medición de las magnitudes que en ellos intervienen. Así pues, todas las leyes experimentales conllevan, para su comprobación, la medida de diferentes magnitudes, es decir, cuantificar un estado concreto de una magnitud, comparándolo con otro de la misma naturaleza que se toma como unidad; en definitiva, se trata de medir. La realización de mediciones experimentales no es un proceso simple. Por el contrario, en él se utilizan gran número de instrumentos, intervienen diferentes sujetos, se realiza en múltiples circunstancias, etcétera. Estos hechos lo convierten en algo suficientemente complejo como para pensar en la necesidad de diseñarlo antes de efectuarlo. Dado que los aparatos con que realizamos las mediciones no son perfectos, nunca podremos aseverar la exactitud completa de una ley, pues el grado de aproximación quedará siempre vinculado a la mayor o menor “perfección” de los aparatos utilizados. La experiencia del investigador que realiza la medida también puede influir notablemente en el resultado, así como las condiciones de medida que impongan las circunstancias del fenómeno observado que se desea medir. Debemos, pues, tratar los datos de una medición con un criterio que nos permita decidir cuándo las inducciones obtenidas de ellos son verdaderas y cuándo falsas. Inclusive, cuando haya que tomar mediciones hay que estimar la magnitud del error que se comete, y establecer un proceso que permita minimizarlo o, al menos, adaptarlo al propósito final del experimento. Laboratorio de ciencias experimentales Laboratorio de ciencias experimentales 1 Experimentación Un enlace común entre físicos, químicos, biólogos, ingenieros e investigadores en la experimentación, pues independientemente de que el químico produzca una pintura que resista la lluvia acida, el biólogo investigue el efecto del consumo de maíz transgénico en los seres vivos, el físico explore las propiedades del quinto estado de la materia y el ingeniero diseñe una nueva máquina en la fabricación de celdas solares, todos ellos realizan experimentos a pesar de que los procedimientos, aparatos y sustancias que empleen para dar solución a los problemas que enfrentan sean diferentes en cada caso. En la ciencia, la ingeniería y la investigación, la experimentación desempeña un papel importante, pues mediante ella se pueden utilizar mecanismos que posibiliten aislar el fenómeno estudiado, reproducirlo muchas veces, en condiciones fijadas y sometidas a control y finalmente de forma planificada, buscar diferentes combinaciones con el objetivo de obtener el resultado que compruebe la teoría o que permita obtener el nuevo producto o proceso buscado. Mediante la experimentación es como se comprueba la validez de un nuevo conocimiento, independientemente de que éste se haya obtenido por medio de inferencias correctas que no se contrapongan. Por sus características, el estudio del experimento científico tiene intereses para el científico mismo, el ingeniero y el filósofo. Experimento El experimento es uno de los métodos básicos en la investigación empírica debido a la importancia que posee la demostración de las relaciones causales. En la actualidad se define como la experiencia científica en que se provoca deliberadamente un cambio y se observa e interpreta su resultado con alguna finalidad cognoscitiva. Por ejemplo, seria un experimento acerca de la obesidad infantil, el estudio de cientos de niños desde su lactancia en donde se analicen a lo largo de su crecimiento la influencia que tienen para generar este problema los aspectos biológicos, sociales, fisiológicos, ambientales, metabólicos y la falta de actividad física. La alimentación de un niño sin una intención de esta naturaleza no es un experimento. Según Sampier, el experimento científico es aquel en que se involucra la manipulación intencional de una acción para analizar sus posibles efectos, o sea, es un estudio de investigación en que se manipula deliberadamente una o más variables independientes (supuesta causa), para analizar las consecuencias de esa manipulación sobre una o más variables dependientes (que es el supuesto efecto) dentro de una situación de control para el investigador. El control puede ir más allá de las condiciones de producción y de mantenimiento del proceso, comprendiendo también las condiciones de observación y medición de las observaciones. La observación configura la base del conocimiento de toda ciencia y, a la vez, es el procedimiento empírico más generalizado de conocimiento. En el proceso de observación se reconocen los siguientes elementos; el objeto, el sujeto u observador, el ambiente que rodea la observación, los medios y el cuerpo de conocimientos de que forma parte la observación. La observación es una parte imprescindible del experimento, porque éste en cierto sentido no es otra cosa que una observación provocada dentro de las condiciones controladas por el investigador. Si el control que realiza el investigador no se lleva a cabo con precisión cuantitativa se tiene un experimento cualitativo, pero si el control lo realiza con mediciones se tiene un experimento cuantitativo. Por ejemplo, los experimentos realizados por Oersted acerca de que una corriente eléctrica genera a su alrededor campos magnéticos, fueron cualitativos. Sin embargo, los experimentos que realizó Ampere en cuanto a este fenómeno, fueron cuantitativos, porque pudo determinar qué corriente eléctrica se requería para producir un campo magnético con una determinada intensidad. En general, un experimento cuantitativo es más complejo que un experimento cualitativo, pero no necesariamente más importante desde el punto de vista intelectual porque el empleo de instrumentos de medición en los experimentos cuantitativos presupone que las variables que se miden están ya objetivadas y las técnicas de medición desarrolladas. Mientras que en un ex- Guía Académica 2 perimento cualitativo se está poniendo de manifiesto por primera vez la relación entre ciertas variables. Los experimentos generalmente difieren en aspecto, pero, todos están sometidos al patrón secuencial de planeación, implementación y evaluación. En los experimentos se encuentran de manera implícita conceptos, teorías e hipótesis. Es obvio que ésto se hace más evidente cuando mediante un experimento se busca la contrastación de una determinada hipótesis o de una teoría. En el trabajo experimental se emplea el método experimental para la formulación y solución de sus problemas. Las fases principales de este método son la observación cuidadosa, la reflexión acerca de la hipótesis, la predicción de sus consecuencias, la planeación del experimento para someter la hipótesis a prueba, el diseño del experimento, la ejecución, la obtención de resultados y la confrontación entre los resultados experimentales y las predicciones teóricas para la interpretación de las conclusiones. Independientemente de la variedad de experimentos que se pueden realizar y de los objetivos que persigan, todos ellos tienen mucho en común como el tratar de eliminar los efectos de ciertas variables, reducir y controlar el número de variables por investigar, realizar mediciones precisas, interpretar en forma objetiva los resultados obtenidos, etcétera. En resumen, el experimento es directriz en la búsqueda de respuestas a los problemas que se le plantean al experimentador. Planificación de experimentos Antes de planificar un experimento, el investigador deberá primeramente reflexionar sobre la necesidad de realizarlo, porque una gran cantidad de dinero, tiempo y recursos humanos se desperdician por investigadores o científicos que se precipitan en la realización de un experimento, para descubrir más tarde que éste era innecesario para sus propósitos particulares. En la planificación de un experimento, el científico o tecnólogo deberá tomar en cuenta lo siguiente; Las condiciones en que se puede provocar el surgimiento o la presencia del fenómeno o proceso de interés. • • • • • Los medios para mantener el control de esas condiciones. Los procedimientos para observar y cuantificar el fenómeno o proceso. El conocimiento teórico disponible. La clase de datos que se esperan. La precisión que se requiere. Es decir, el científico debe reflexionar y combinar las condiciones para descubrir las más apropiadas que además de ser factibles permitan alcanzar los objetivos propuestos. Tomando en cuenta todo lo anterior, el investigador o tecnólogo procede a diseñar y realizar el experimento especificando instrumentos, materiales, personal, condiciones ambientales, recursos económicos y cuidados que se deberán tener a lo largo de la investigación experimental. Durante la planificación de un experimento, el investigador o tecnólogo debe efectuar un análisis de incertidumbre de las variables que se medirán, para seleccionar las técnicas e instrumentos de medición más adecuados para su proyecto. Es obvio que la técnica y los aparatos de medición con menor incertidumbre son los que se deben seleccionar, desafortunadamente esto eleva el costo del experimento. Sin embargo, el costo no debe ser un factor determinante en cierto tipo de investigaciones, en donde sí lo es, el investigador debe seleccionar aquellas técnicas o aparatos que le permitan alcanzar los objetivos del experimento. El espíritu científico Sin la seriedad y el rigor que debe inspirar el trabajo experimental, poco se avanzaría en el conocimiento de la naturaleza y en el desarrollo de nuevos productos que beneficien a la sociedad. Laboratorio de ciencias experimentales 3 Esta atmósfera de seriedad, compromiso y honestidad que requiere el trabajo experimental, sólo aparece y trasciende en el individuo que ha hecho suyo el espíritu científico. El espíritu científico es una actitud del individuo que busca la mejor solución con el método adecuado para el problema que enfrenta; esta actitud, desde luego que no es innata de la persona: es algo que se conquista a base de esfuerzo y trabajo a lo largo de la vida. Puede ser aprendida, mas nunca es heredada. En la práctica, el espíritu científico hace que el científico o tecnólogo o cualquier otro individuo tenga una conciencia crítica que lo lleva a perfeccionar su capacidad de juicio y desenvolver el discernimiento, capacitándolo para distinguir y separar lo esencial de lo accidental y lo importante de lo superficial. El espíritu científico hace que el individuo tenga una conciencia objetiva, lo que le permite romper con posiciones subjetivas personales y mal fundamentadas del conocimiento que surge de la vida cotidiana y de la influencia del medio. Si un científico cree que cierta ley es verdadera porque así se lo hicieron saber durante su formación, pero encuentra una prueba experimental contradictoria, entonces debido a su espíritu científico, la abandona sin considerar la autoridad o reputación de quien la haya formulado. Esto mismo fue lo que hizo Galileo al comprobar experimentalmente que dos cuerpos de diferente peso llegaban al mismo tiempo y a la misma velocidad al piso cuando se dejaban caer simultáneamente de la misma altura, a pesar de que en su época se creía que los objetos caían con una velocidad proporcional al peso. Esta falsa idea formulada por Aristóteles se conservó como verdadera durante casi 200 años. Sin embargo para el espíritu científico de Galileo bastó un solo experimento con resultado diferente para rechazar dicha idea. En la ciencia tiene poco valor un argumento que apela al prestigio de una autoridad. La objetividad del espíritu científico torna el trabajo experimental en impersonal, pues no cuenta lo que le científico quisiera que sucediera y sólo cuenta lo que se observa y no lo que se desea ver. De manera que cualquier otro investigador puede repetir el mismo experimento, en cualquier otro tiempo en las mismas condiciones y el resultado será siempre el mismo, pues el resultado de un experimento científico no depende del sujeto que lo realiza. La objetividad del espíritu científico no acepta soluciones a medias ni soluciones personales. El “yo creo esto”, el “podría ser así” no satisfacen la objetividad del conocimiento, porque el espíritu científico tiene su sustento en la racionalidad. Cifras significativas e incertidumbre en las mediciones Unidades de medición Todas las mediciones constan de una unidad que nos indica lo que se midió y un número que indica cuántas unidades se midieron. Ambos elementos son necesarios. Si dices que un amigo te va a dar 10, sólo estás diciendo cuánto, y necesitas decir de qué se trata: 10 dedos, 10 centavos, 10 dólares, o 10 chistes. Si el profesor te pide que midas la longitud de un trozo de madera y le contestas 36, esa respuesta no es correcta; tu profesor necesita saber también si esa longitud está en centímetros, pies o metros. Todas las medicinas deben expresarse con un número y una unidad apropiados. Números En ciencia se usan dos c1ases de números: los que se cuentan o definen, y los que resultan de una medición. Hay una gran diferencia entre un número contado o definido, y un número medido. Se puede especificar el valor exacto de un número contado o definido, pero lo que no puede conocerse es el valor exacto de un número medido. Por ejemplo, puedes contar con absoluta certeza el número de sillas que hay en tu salón de c1ases, el número de dedos de tu mano o el número de monedas que llevas en el bolsillo. Los números contados no estan sujetos a error (¡a menos que el número contado sea tan grande que no puedas estar seguro de llevar bien la cuenta!). Guía Académica 4 Los números definidos son relaciones exactas que han sido establecidas como válidas. El número exacto de segundos en una hora y el número exacto de lados de un cuadrado son ejemplos de esto. Los números definidos tampoco están sujetos a error. Todos los números medidos, no importa con cuánto cuidado se realice la medición, implican cierto grado de incertidumbre. ¿De qué ancho es tu escritorio? ¿Es acaso de 98.5; 98.52; 98.520, o 98.5201 centímetros? No puedes expresar su medida exacta con absoluta certeza. Incertidumbre en las mediciones La incertidumbre de una medición depende de la precisión del dispositivo utilizado y de la habilidad de la persona que la realizó. Las limitaciones humanas intervienen casi siempre que se hace una medición. Además, no es posible evitar la incertidumbre ocasionada por la limitada precisión de los instrumentos de medición. La incertidumbre de una medición se puede i1ustrar con las dos reglas de 1 metro que muestra la figura A. Las mediciones corresponden a la longitud de una mesa. Suponiendo que el extremo de la regla donde está el cero se haya colocado cuidadosa y precisamente en el borde izquierdo de la mesa, ¿cuál es la longitud de ésta? Fig. A La escala de la regla que aparece en la parte superior de la figura está graduada en centímetros. Con esta escala puedes decir con certidumbre que la longitud debe estar entre 82 y 83 centímetros. Más aún, puedes añadir que se encuentra más cerca de la marca de 82 que de la de 83 centímetros, y puedes estimar que la longitud es de 82.2 centímetros. La escala de la regla inferior muestra más subdivisiones y tiene mayor precisión porque está graduada en milímetros. Con esta regla puedes decir que la longitud está definitivamente entre 82.2 y 82.3 centímetros, y puedes estimar la 1ongitud en 82.25 centímetros. Observa que ambas lecturas contienen algunos dígitos que conocemos con exactitud y un dígito más (el último) que ha sido estimado. Observa también que la incertidumbre en la lectura de la regla inferior es menor que en la de la regla superior. La regla inferior nos permite hacer lecturas hasta centésimos, pero la superior sólo hasta décimos. La regla inferior es más precisa que la superior. 5 Laboratorio de ciencias experimentales Ninguna medición es exacta. Su expresión contiene dos clases de información: (1) la magnitud de la medición y (2) la precisión de la misma. La ubicación del punto decimal y el valor del número expresan la magnitud. La precisión se indica con el número de cifras significativas. Cifras significativas En cualquier medición las cifras significativas son los dígitos que se conocen con certeza, más un dígito que es incierto. La medición de 82.2 centímetros (hecha con la regla superior de la figura A) tiene tres cifras significativas; la medición de 82.25 centímetros (hecha con la regla inferior) tiene cuatro cifras significativas. El dígito del extremo derecho siempre es un estimado. Un dígito estimado siempre se escribe sólo como parte de una medición. Sería incorrecto informar que la longitud de la mesa de la figura A, medida con la regla inferior, es de 82.253 centímetros. Este valor de cinco cifras significativas tendría dos dígitos estimados (el 5 y el 3) y sería incorrecto porque indicaría una precisión mayor de la que esa regla puede proporcionar. Se han desarrollado reglas estándar para escribir y usar las cifras significativas, tanto en las mediciones como en valores calculados a partir de ellas. Regla 1 En números que no contienen ceros, todos los dígitos son significativos. Ejemplos: 3.1428 3.14 469 cinco cifras significativas tres cifras significativas tres cifras significativas Regla 2 Todos los ceros entre dígitos significativos son significativos. Ejemplos: 7.053 7053 302 cuatro cifras significativas cuatro cifras significativas tres cifras significativas Regla 3 Los ceros a la izquierda del primer dígito que no es cero sirven solamente para fijar la posición del punto decimal y no son significativos. Ejemplos: 0.0056 0.0789 0.000001 dos cifras significativas tres cifras significativas una cifra significativa Regla 4 En un número con dígitos a la derecha del punto decimal, los ceros a la derecha del último número diferente de cero son significativos. Ejemplos: 43 43.0 43.00 0.00200 0.40050 dos cifras significativas tres cifras significativas cuatro cifras significativas tres cifras significativas cinco cifras significativas Regla 5 En un número que no tiene punto decimal y que termina con uno o más ceros (como 3600), los ceros con los cuales termina el número pueden ser o no significativos. El número es ambiguo en términos de cifras significativas. Antes de poder especificar el número de cifras significativas, se requiere información adicional acerca de cómo se obtuvo el nume- Guía Académica 6 ro. Si el número es resultado de una medición, los ceros probablemente no son significativos; sin embargo, si el número ha sido contado o definido, todos los dígitos son significativos (¡suponiendo que el recuento haya sido perfecto!). El hecho de expresar los números en notación científica evita confusiones. Cuando los números se expresan de esta forma, todos los dígitos se interpretan como significativos. Ejemplos: 3.6 105 3.60 105 3.600 105 2 105 2.0 105 2.00 105 dos cifras significativas tres cifras significativas cuatro cifras significativas una cifra significativa dos cifras significativas tres cifras significativas Redondeo Una calculadora muestra ocho o más dígitos. ¿Cómo puedes redondear ese número de cifras a, digamos, tres cifras significativas? Tres reglas sencillas rigen el proceso de eliminar los dígitos no deseados (no significativos) del resultado. Regla 1 Si el primer dígito que se va a eliminar es menor que 5, simplemente, ese dígito y todos los que le siguen se eliminan. Ejemplo: 54.234 redondeado a tres cifras significativas se convierte en 54.2. Regla 2 Si el primer dígito que se va a eliminar es mayor que 5, o si es 5 seguido de dígitos diferentes de cero, todos los dígitos siguientes se suprimen y el valor del último dígito que se conserva se aumenta en una unidad. Ejemplo: 54.36, 54.359 y 54.3598; al ser redondeados a tres cifras significativas, todos quedan como 54.4. Regla 3 Si el primer dígito que se va a eliminar es un 5 que no va seguido de ningún otro dígito, o si es un 5 seguido sólo de ceros, se aplica la regla par-impar. Es decir, si el último dígito que se va a conservar es par, su valor no cambia, y tanto el 5 como los ceros que lo siguen se suprimen. Pero si el último dígito a conservar es impar, entonces su valor se aumenta en uno. La intención de esta regla par-impar es promediar los efectos del redondeo. Ejemplos: 54.2500 con tres cifras significativas se vuelve 54.2; 54.3500 con tres cifras significativas se vuelve 54.4. 7 Laboratorio de ciencias experimentales Órdenes de magnitud Cuando resolvemos un problema y analizamos el resultado de algún cálculo es conveniente disponer de alguna estimación o criterio que nos permita comprobar la no falsedad (no necesariamente la veracidad) del mismo. Órdenes de magnitud de parámetros físico-químicos de uso frecuente Parámetro Orden de magnitud Radio del protón Masa del electrón Masa de la Tierra Radio del Sol Número de Avogadro 10-15 m 10–30 kg 1025 kg 109 m 1024 mol–1 Radio del átomo Distancia Tierra-Sol Carga del electrón Radio de la Tierra Constante de gravitación 10-10 m 1011 mm 10-19 C 107 m 10–10 N · m2 · kg–2 Un método muy empleado, ya que su aplicación es directa y muy simple, consiste en redondear el valor numérico del resultado a la potencia de 10 más próxima, es decir, obtener su orden de magnitud. Conocido este orden de magnitud, podemos ya emitir un juicio o tomar alguna determinación. En la vida cotidiana, el uso de las órdenes de magnitud es muy frecuente. Así, utilizamos órdenes de magnitud para hacer comparaciones de forma aproximada. Por ejemplo, la masa de una persona adulta es del orden de 10 veces la masa de un bebé. Elaboración de gráficas Si observas dos columnas de números que se relacionan de algún modo, tal vez no te digan mucho. En cambio, una gráfica es una forma visual de apreciar cómo se relacionan las cantidades entre sí. Puedes decir en un instante cómo se ha comportado el mercado de valores dando un vistazo a una gráfica donde el índice Dow Jones está representado como una función del tiempo. Con frecuencia recopilarás datos modificando una cantidad, llamada variable independiente, para ver cómo cambia otra cantidad, llamada variable dependiente. Para trazar una gráfica se marcan los valores de la variable independiente en el eje horizontal, o eje x, y los valores de la variable dependiente en el eje vertical, o eje y. Al trazar una gráfica siempre es importante anotar en cada uno de los ejes las cantidades en cuestión y las unidades que se emplean para expresarlas. La gráfica se completa trazando la curva que mejor se ajusta a los puntos o una recta que los une a todos. Para evitar confusiones e incrementar la eficiencia del aprendizaje; tu profesor te indicará cómo marcar los ejes y elegir la escala adecuada antes de cada experimento. Con frecuencia trabajarás en grupo y tendrás que trazar una gráfica de los datos que has recopilado mientras realizas el experimento. Esto tiene la enorme ventaja de proporcionar realimentación inmediata en cuanto se marca el punto correspondiente a un dato erróneo. Así tendrás tiempo para ajustar el aparato y hacer los arreglos necesarios, a fin de que tus datos tengan mayor significado. Todos los miembros del grupo pueden comparar fácilmente sus resultados si superponen sus gráficas en un retroproyector. ¡Este método tiene la ventaja adicional de que ya no es necesario asignar el trazado de gráficas como tarea para hacer en casa! Uso de la computadora La computadora es una potente herramienta para recolectar y analizar tus datos e inclusive presentarlos gráficamente. Programas como Lotus o Excel® (de Microsoft) te permiten captar datos con facilidad y elaborar la gráfica correspondiente en unos minutos. Con la adición de una Guía Académica 8 impresora, la gráfica puede transferirse a papel, en versión amplificada o pequeña, para anexarla al informe de laboratorio. Gracias a la capacidad de la computadora para hacer cálculos con rapidez y precisión, puedes analizar tus datos en forma eficiente y rápida. Las interrelaciones de las variables se hacen así más patentes que si trazaras a mano la gráfica de los datos. En este curso se alienta el uso de la computadora (si se cuenta con una en tu laboratorio) como instrumento de laboratorio que permite medir el tiempo y la temperatura, o detectar la luz. El puerto de juegos de una computadora personal es un medio sencillo para convertir las señales analógicas en señales digitales que la computadora puede procesar. El puerto de juegos es el conector de 16 púas en el cual se insertan las palancas de mando, sólo que, en lugar de dichas palancas, se conecta directamente al puerto de juegos una “caja de interfaz”. La caja de interfaz no contiene un circuito electrónico propio, y sólo constituye una forma segura y conveniente de acceder a cualquiera de las dos púas del puerto de juegos por medio de clavijas y conectores normales muy resistentes. Si se usa una extensión del puerto de juegos, basta sujetar el conector de la caja de interfaz a la extensión, sin necesidad de abrir la tapa de la computadora y, por lo tanto, sin riesgo de que las púas conectoras se doblen o se rompan. Así pues, puedes convertir la computadora en un cronómetro, un detector de luz y un termómetro, al conectar una o varias sondas de resistencia variable al puerto de juegos. Informes de laboratorio Tu profesor puede solicitar un informe de laboratorio. Sigue sus instrucciones específicas sobre la forma de escribirlo. La guía general para redactar un informe de laboratorio es la siguiente: ¿sería posible que cualquier estudiante de física de otra escuela, al leer tu informe entendiera lo suficiente para, a su vez, repetir tu trabajo? Guía para preparar informes de laboratorio • Número y título de la práctica de laboratorio En la esquina superior derecha de tu informe escribe tu nombre, la fecha y el grado de estudios. Debajo de lo anterior incluye los nombres de tus compañeros de equipo. • Propósito Escribe una breve descripción de lo que te propones explorar, verificar, medir, investigar, etcétera. • Método Haz un esquema de los aparatos que usaste y describe brevemente cómo planeaste realizar el trabajo en el laboratorio. • Datos Muestra un registro de tus observaciones y mediciones, e incluye todas las tablas de datos. • Análisis Muestra los cálculos realizados, cualquier gráfica solicitada, y las respuestas a las preguntas. Resume lo que hiciste en el laboratorio. La seguridad en el laboratorio En el laboratorio puedes trabajar en forma segura, junto con todos los que estén a tu a1rededor, observando la siguiente serie de normas. 1. Nunca trabajes en el laboratorio si no hay un profesor que esté al pendiente de lo que haces. Laboratorio de ciencias experimentales 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 9 Prepárate para tu actividad o experimento, con una lectura previa de lo que harás en el laboratorio. Haz las preguntas necesarias acerca de lo que no te resulte claro. Anota todas las precauciones que debas tomar. Usa ropa apropiada para el laboratorio. Evita ropa voluminosa o suelta, así como artículos de joyería que cuelguen. Recógete o ata tu cabello si lo usas largo, y enrolla tus mangas si son holgadas. Mantén el área de trabajo libre de libros y materiales que no sean necesarios para tu trabajo. Usa gafas de seguridad cuando trabajes con fuego, líquidos calientes, vidrio o materiales de riesgo. Nunca arrojes de manera descuidada objetos en el área de laboratorio. Usa los aparatos únicamente como se indica en el manual o según las instrucciones del profesor. Si quieres aplicar otro procedimiento, antes tendrá que aprobarlo tu profesor. Si se rompe un termómetro, informa de inmediato a tu profesor. No dejes que el mercurio ni los vidrios rotos toquen directamente tu piel. No debes forzar los tubos de vidrio ni los termómetros al introducirlos en un tapón de hule seco. Tanto el orificio cómo el vidrio tienen que lubricarse con glicerina (glicerol) o agua jabonosa, y al introducir el vidrio manéjalo envuelto en una toalla de papel para proteger tus manos. No toques ningún objeto que pueda estar caliente, como mecheros, parrillas, aros metálicos o vasos de laboratorio calientes; calefactores eléctricos de inmersión y bombillas. Si debes sostener algo caliente, usa una toalla de papel húmeda, un lienzo para manejar objetos calientes o cualquier otro protector adecuado para ese fin. Cuando trabajes con circuitos eléctricos, desconecta la corriente antes de hacer ajustes en ellos. Si estás conectando un voltímetro o amperímetro a un circuito, tu profesor deberá aprobar las conexiones antes de conectar la corriente. No conectes entre sí las terminales de una pila seca o batería con un alambre. Éste puede calentarse tanto que resulte peligroso. Informa de inmediato a tu profesor en caso de cualquier lesión, accidente o destrozo. También avisa si sospechas que algo no funciona correctamente. Trabaja en silencio para que puedas escuchar cualquier aviso sobre precauciones y seguridad. Debes conocer la ubicación de los extinguidores, las mantas contra el fuego y la salida más próxima. Cuando termines tu trabajo, revisa que las conexiones de agua y gas queden cerradas y los circuitos eléctricos desconectados. Guarda todos los materiales y aparatos en los lugares designados por el profesor. Sigue sus instrucciones para deshacerte de cualquier material de desecho. Limpia el área de trabajo. Guía Académica 10 Procedimientos en caso de emergencia Ante cualquier lesión o accidente, informa inmediatamente a tu profesor. Ubica las protecciones contra el fuego, los extinguidores, la salida más cercana, el equipo de primeros auxilios y la enfermería de la escuela. Situación Qué debe hacerse Cortadas Si el sangrado es intenso, aplica presión o una compresa directamente sobre la herida y consigue atención médica. Si la cortadura es pequeña, deja que sangre un poco y lávala con agua y jabón. Descarga eléctrica Procura que la persona respire aire fresco. Acomódala de modo que su cabeza quede más abajo que el resto del cuerpo. Si deja de respirar, dale respiración artificial. Desmayo Consulta Descarga eléctrica. Incendio Cierra todas las tomas de gas y desconecta todos los circuitos eléctricos. Usa una manta contra el fuego o un extinguidor para apagarlo. Precaución: no reduzcas el espacio de aire a una víctima. Al accionar un extinguidor, cuida que no esté apuntando hacia la cara de una persona. Lesión en los ojos Lava de inmediato el ojo con agua corriente. Extrae los lentes de contacto. No permitas que la víctima se frote el ojo. Quemaduras Lava con agua fría hasta que la sensación de ardor se calme. 11 Laboratorio de ciencias experimentales ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 1 Elaboración de hipótesis Propósito: practicar el planteamiento de hipótesis a partir de observaciones. Equipo/materiales necesarios 2 latas metálicas de aproximadamente 3.8 litros (1 galón) 2 tapones núm. 5 con dos agujeros 1 embudo de vidrio o tubo cónico tubo de vidrio manguera de caucho vaso de laboratorio de 500 ml navaja Comentario La ciencia implica hacer preguntas, buscar respuestas e inventar conjuntos sencillos de reglas para relacionar una amplia variedad de observaciones. La intuición y la inspiración intervienen también en la ciencia, pero a fin de cuentas forman parte de un proceso sistemático. La ciencia se basa en observaciones. Éstas conducen a suposiciones lógicas llamadas hipótesis. Una hipótesis permite hacer predicciones que más tarde se pueden poner a prueba. El paso final es la elaboración de una teoría que relacione entre sí las hipótesis, las predicciones y los resultados de las pruebas. Si la teoría es acertada, sugerirá nuevas preguntas. Entonces, el ciclo comienza de nuevo. A veces este proceso es breve y se logra desarrollar rápidamente una teoría que explica en forma satisfactoria los datos existentes, lo cual permite hacer predicciones útiles. Sin embargo, lo más frecuente es que el éxito sólo se alcance al cabo de meses o años. ¡Los científicos tienen que ser personas pacientes! Procedimiento Paso 1 Observa el funcionamiento del aparato misterioso (que aparece en la figura A) construido por tu profesor. Observa el aparato. 12 Propón explicaciones. Guía Académica Paso 2 Trata de explicar lo que pasa en el aparato misterioso y cómo funciona. Escribe una descripción de cómo crees que funciona. Paso 3 Informa tus hallazgos al resto del grupo. Todos los alumnos deberán llegar a un consenso acerca de cómo funciona el aparato. Anota aquí el consenso. 13 Laboratorio de ciencias experimentales ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 2 Plano como una crepa Propósito: calcular el diámetro de un perdigón. Equipo y material necesarios 10 cm3 de perdigones (caja de munición de acero de 4.5 mm). probeta graduada de 10 cm3 bandeja regla y juego de escuadras cinta masking tape popote Comentario Considera 512 cubos, todos de un centímetro por lado. Si todos los cubos estuvieran bien empacados, sin espacios entre ellos para formar un gran cubo cuyos lados fueran de 8 cubos de largo, el volumen de ese cubo grande sería (8 cm) (8 cm) (8 cm), es decir, 512 cm3. Si los cubos estuvieran acomodados en un bloque de 4 cm por 16 cm por 8 cm, el volumen sería el mismo, pero el área de su superficie sería mayor. En un bloque de 2 cm por 16 cm por 16 cm, el área de superficie es todavía más grande. Si los cubos se extendieran, de modo que el paquete tuviera solamente un cubo de altura, el área de la superficie sería más extensa. Las diferentes configuraciones tienen diferentes áreas, pero el volumen permanece constante. El volumen del batido para crepas es el mismo, ya sea que esté en la vasija o extendido sobre una superficie (excepto que en una sartén caliente el volumen aumentaría a causa de las burbujas expansivas que se forman durante la cocción). El volumen de una crepa es igual al área de la superficie de un lado plano multiplicado por su espesor. Si se conocen el volumen y el área de la superficie, el espesor puede calcularse a partir de las siguientes ecuaciones: Volumen área espesor espesor espesor área En vez de bloques cúbicos o batido para crepas, considera una caja de zapatos llena de canicas. El volumen total de las canicas es igual al volumen de la caja (longitud, por ancho, por altura). Supón que calculas el volumen y luego vacías las canicas en una bandeja grande. ¿Se te ocurre una forma de calcular el diámetro (o espesor) de una sola canica sin medir la canica en sí? ¿Funcionaría el mismo procedimiento en el caso de esferas tan pequeñas como los perdigones? Inténtalo en esta actividad y lo sabrás. A partir de ahí, sólo hay un pequeño paso para llegar a conocer el tamaño de las moléculas. Procedimiento Paso 1 Usa una probeta graduada para medir el volumen de los perdigones. (Recuerda que 1 ml = 1 cm3). volumen = _________ Paso 2 Esparce los perdigones para formar una capa compacta de un perdigón de espesor en la bandeja. Si no tienes una bandeja, prueba pegar con cinta adhesiva tres reglas en forma de U sobre tu mesa de laboratorio. Determina el área cubierta por los perdigones. Describe tu procedimiento y muestra tus cálculos. Guía Académica 14 Área = _________cm2 Paso 3 Usando el área y el volumen de los perdigones, calcula el diámetro de uno de ellos. Anota tus cálculos. Diámetro calculado = ___________ cm Paso 4 Introduce al menos 30 perdigones en el popote transparente, después, colócalos en posición horizontal, teniendo cuidado de que todos los perdigones permanezcan en contacto pero en línea recta. Enseguida, mide la longitud de la línea de perdigones y después divídela entre el número de éstos, de donde podemos obtener una buena aproximación del diámetro de un perdigón. Análisis ¿Qué supuestos hiciste para calcular el diámetro de un perdigón? 15 Laboratorio de ciencias experimentales ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 3 Extra pequeño Propósito: determinar el tamaño aproximado de una molécula de ácido oleico. Equipo/materiales necesarios 1 barra de gis solución de ácido oleico 1 bandeja 1 litro de agua 2 cuentagotas 100 ml de alcohol 4 ml de ácido oleico 1 vaso precipitado de 100 ml 1 pipeta 1 tela de asbesto 2 probetas graduadas de 10 ml bandeja de al menos 5 cm. de profundidad y 20 cm. de diámetro Introducción Los líquidos, por su constitución hecha de moléculas entre las cuales si bien existen fuerzas que las mantienen a distancias fijas entre sí, no están en posibilidad de formar estructuras rígidas, sino que modifican sus estructuras relativas al menor esfuerzo cortante aplicado: por eso es que toman la forma del recipiente que las contiene y, además, su superficie se mantiene horizontal en el reposo. Esto último explica por qué ninguna molécula puede estar sola encima de las demás, ya que por la acción de su propio peso resbala al nivel de las otras. En este experimento se dispone de tres líquidos; agua, alcohol y ácido oleico. El último es miscible en el segundo pero no en el primero; en cambio, el alcohol sí lo es en el agua. De modo que si se hace una mezcla de ácido y alcohol, al incorporarse en el agua el ácido se separa y queda sobre la superficie, mientras que el alcohol se mezcla con el agua. Si la cantidad de ácido es muy pequeña (1%) y la superficie que ofrece el agua es muy grande, se forma una gota circular de ácido que no llega a cubrir toda la superficie en cuestión. De acuerdo con lo que se dijo antes, esta capa es monomolecular y su volumen se calcula como el de un cilindro de altura igual al grosor de la molécula. Comentario Una molécula de ácido oleico no es esférica, sino alargada como una salchicha. Un extremo es atraído por el agua, pero el otro se aleja de la superficie del agua. En esta investigación, calcularás la longitud de una sola molécula de ácido oleico, para comprobar por ti mismo la pequeñez extrema de una molécula. La longitud puede calcularse dividiendo el volumen de ácido oleico usado entre el área de la monocapa -o capa de una molécula de espesor. La longitud de la molécula es la profundidad de la monocapa. Volumen = área x profundidad profundidad volumen área Guía Académica 16 Procedimiento para preparar la solución de ácido oleico y alcohol Toma una probeta de 10 cm3 y llénala hasta 9 cm3 de alcohol etílico con una pipeta graduada; agrégale 1 cm3 de ácido oleico, vacía una mezcla en un vaso de precipitado y agítala. Toma otra probeta de 10 cm3, llénala con 9 cm3 de alcohol y 1 cm3 de la mezcla anterior, y agítala vigorosamente. Llena un gotero con la mezcla final. Coloca la bandeja. Paso 1 Vierte agua en una bandeja hasta que tenga una profundidad de 1 cm. Esparce un poco de polvo de gis o de licopodio sobre la superficie del agua; no mucho, pues estorbaría al ácido oleico. Calcula el área de la película. Paso 2 Valiéndote de un cuentagotas, añade suavemente una sola gota de la solución de ácido oleico a la superficie del agua. Cuando la gota toca el agua, el alcohol de la solución se disuelve en el agua, pero el ácido oleico no. El ácido se esparce formando un círculo en el agua. Mide el diámetro del círculo de ácido oleico en tres lugares, y calcula el diámetro promedio del círculo. Calcula también el área del círculo. diámetro promedio = ______ cm área del círculo = _________ cm2 Paso 3 Toma otro gotero y la probeta de 10 cm3 ya limpia, y cuenta el número de gotas de solución necesarias para llenar 1 cm3. Repite este procedimiento tres veces y determina el número promedio de gotas en 1 cm3 de solución. número de gotas en 1 cm3 = __________ Divide 1 cm3 entre el número de gotas que hay en ese cm3 para determinar el volumen de una gota. volumen de una gota = ______________ Paso 4 El volumen de ácido oleico en la película circular es menor que el volumen de una sola gota de solución. La concentración de ácido oleico es de 1 cm3 por cada 100 cm3 de solución. Cada centímetro cúbico de la solución contiene, por tanto, sólo 1/100 cm3 de ácido oleico. La proporción de ácido oleido en la solución total es de 0.01 para cualquier volumen. Multiplica el volumen de una gota por 0.01 para hallar el volumen de ácido oleico en la gota. Este es el volumen de la capa ácido oleico en la bandeja. volumen de ácido oleico = __________________ Paso 5 Calcula la longitud de una molécula de ácido oleico dividiendo el volumen de ácido oleico entre el área del círculo. longitud de una molécula = __________________ Análisis 1. ¿Qué significa monocapa? 2. ¿Por qué es necesario diluir el ácido oleico? Laboratorio de ciencias experimentales 3. 17 ¿Qué sustancia forma la película de monocapa: el ácido oleico o el alcohol? 4. La forma de las moléculas del ácido oleico se parece más a una salchicha rectangular que a un cubo o una canica. Más aún, un extremo es atraído hacia el agua, de modo que la molécula en realidad “flota” verticalmente, como un leño que tuviera un pesado lastre en uno de sus extremos. Si cada una de esas moléculas rectangulares es 10 veces más larga que ancha, ¿cómo podrías calcular el volumen de una sola molécula de ácido oleico? BIOLOGÍA Comité técnico de Biología: Biól. Pura Concepción Galván Villanueva M.E.C. Martha Elva Siller García M.C.E. Yolanda Zambrano Chávez M.C.E. Carlos Lory Mendoza Guía Académica 20 Unidad de aprendizaje: Frecuencia Semanal: Semestre: Créditos: Laboratorio de Ciencias Experimentales 1ª sección: Enfoque en Biología. 2 Segundo 2 Fundamentación: Las prácticas de laboratorio de Ciencias Experimentales constituyen una herramienta indispensable para el logro de las competencias interdisciplinarias entre Biología, Física y Química propuestas en el bachillerato, por lo que esta unidad de aprendizaje no complementa los laboratorios de Biología, Física y Química, sino que es independiente de ellos; mediante éstas, los estudiantes acceden a la parte experimental de estas ciencias, consolidando y relacionando conceptos con aspectos de la vida cotidiana, al mismo tiempo que se fomenta en ellos una actitud científica. La evolución de modelos interpretativos en la actividad científica se produce mediante una diversidad de prácticas que requieren distintas acciones que no necesariamente se llevan a cabo en el laboratorio, pero que finalmente estas acciones humanas conducen a la creación del conocimiento científico. Las competencias a desarrollar en el bachiller durante la realización de las prácticas, han de ser diversificadas y estarán en función del diseño de las mismas, dando lugar a actividades que por lo general son útiles para el aprendizaje de procesos científicos, de tal manera que las prácticas promuevan en el estudiante la investigación con un determinado nivel de complejidad. Las prácticas de laboratorio son imprescindibles para aprender ciencias y requieren también que el estudiante esté consciente de lo que hace; esto no es fácil, puesto que se le presentan fenómenos que no ha seleccionado; una manera de ayudarlo es plantearle preguntas como¿qué tengo ahí?, ¿qué hago?, ¿qué está pasando?, ¿cómo está pasando? Cuando se vincula la teoría con la práctica se potencia la adquisición del conocimiento y el desarrollo de habilidades propias de cada disciplina, contribuyendo así a la formación integral de nuestros estudiantes. Si tomamos en cuenta que el proceso educativo tiene un componente fundamental que es el desarrollo de competencias en los estudiantes, se trabajará en este curso con prácticas de laboratorio presenciales, otras con laboratorios simulados o virtuales; o bien, realizando proyectos para entregar al final del semestre, en las cuales se utilicen varias metodologías y técnicas educativas tales como: Aprendizaje basado en problemas (ABP); aprendizaje por descubrimiento o aprendizaje colaborativo de un grupo de estudiantes. La realización de las prácticas de laboratorio incluidas en este curso pretende que nuestros estudiantes tengan una participación activa en la realización de experimentos científicos, que apliquen el método experimental, observen y prueben hipótesis (tanto las propias como las que han planteado diversos científicos), que aprendan ciencias, y aprendan a hacer ciencia, todo lo cual requiere estrategias específicas, y que,finalmente, aprendan a interpretar las evidencias que dan soporte a los conceptos interdisciplinarios. Las prácticas que se proponen tienen un grado de sencillez tal que permiten al estudiante: • aplicar el método científico, relacionar y articular algunos de los conceptos teóricos y prácticos de las asignaturas de biología, física y química, con su entorno, • despertar en los estudiantes el interés por la investigación, adquirir habilidades y destrezas, y • realizar experimentos en el laboratorio, prácticas virtuales y/o simuladas, además de realizar proyectos de investigación que les permitan afianzar el aprendizaje autónomo o colaborativo. Laboratorio de ciencias experimentales 21 Propósito general Desarrolla prácticas interdisciplinarias en el laboratorio que complementan el conocimiento teórico, resolviendo problemas científicos relacionados con la vida cotidiana y el entorno asumiendo acciones responsables hacia el ambiente y hacia si mismos Competencias genéricas 1. Se conoce y se valora a sí mismo y aborda problemas y retos, teniendo en cuenta los objetivos que persigue. 2. Es sensible al arte y participa en la apreciación e interpretación de sus expresiones en distintos géneros. 3. Elige y practica estilos de vida saludable. 4. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos utilizando medios, códigos y herramientas apropiados. 5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos. 6. Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general, considerando otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva. 7. Aprende por iniciativa e interés propio a lo largo de la vida. 8. Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos. 9. Participa con una conciencia cívica y ética en la vida de su comunidad, región, México y el mundo. 10. Mantiene una actitud respetuosa hacia la interculturalidad y la diversidad de creencias, valores, ideas y prácticas sociales. 11. Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables. Competencias disciplinares 1. Establece la relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos. 2. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas. 3. Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas. 4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico. 5. Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones. 6. Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas. 7. Explicita las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos. 8. Explica el funcionamiento de máquinas de uso común a partir de nociones científicas. 9. Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos. 10. Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o modelos científicos. 11. Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental. 12. Decide sobre el cuidado de su salud a partir del conocimiento de su cuerpo, sus procesos vitales y el entorno al que pertenece. 13. Relaciona los niveles de organización química, biológica, física y ecológica de los sistemas vivos. 14. Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana. Guía Académica 22 Estrategias de estudio generales Aprendizaje “in situ”. Estudio o análisis de casos. Proyecto de investigación. Elaboración y utilización de software educativo, elaboración de un guión, elaboración de un video. Laboratorio simulado y prácticas virtuales. Durante el desarrollo del laboratorio de Ciencias Experimentales, el maestro podrá valorar el nivel de competencia alcanzado por los estudiantes, auxiliándose con los siguientes criterios: • • • • • • Conocimiento de las técnicas básicas de laboratorio y de campo. Investigación y análisis del diseño de experimentos históricos relevantes. Resolución de las actividades de aprendizaje de las ciencias mediante trabajos prácticos. Diseño de experiencias y pequeñas investigaciones adecuadas para Educación media superior. Asistencia al curso de 100%. Puntualidad en la entrega de reportes con el formato de evaluación sugerida. ACTIVIDADES DE CONTENIDO CON ENFOQUE EN BIOLOGÍA Actividad Nº 1 Utilizando los grupos sanguíneos para resolver un crimen. Actividad Nº 2 ¿Cuándo murió ella? Actividad Nº 3 Manejo de pesticidas orgánicos. Referencias bibliográficas Texto Manual de Laboratorio de Ciencias Experimentales 23 Laboratorio de ciencias experimentales ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 1 Uso de los grupos sanguíneos para ayudar a resolver un crimen ANTECEDENTES Uso de los grupos sanguíneos en medicina forense En investigaciones forenses se utilizan los grupos sanguíneos . Una cantidad muy pequeña de sangre puede ser utilizada para probar fácilmente docenas de características controladas genéticamente que tienen poca o ninguna influencia ambiental sobre su expresión; esto significa que si conoces el fenotipo de una persona para estas características, conoces también su genotipo o su identidad genética. Hay cientos de grupos sanguíneos conocidos, además de los más comunes que son ABO y Rh (Rhesus); cada sistema está basado sobre clases de moléculas antigénicas sobre la superficie de los glóbulos rojos. Una molécula de antígeno (molécula antigénica) es reconocida por el sistema inmunológico del cuerpo como una sustancia extraña, con la cual reacciona produciendo un anticuerpo. La clasificación o tipificación de la sangre de una persona para determinar cuáles formas moleculares están presentes sobre los glóbulos rojos, dependen de reacciones antígeno – anticuerpo. Reacción de aglutinación Si tomas el suero de una persona de un tipo sanguíneo conocido y le agregas una gota de sangre para ser tipificada, ocurrirá una de dos cosas: a) El suero puede mezclarse libremente con los glóbulos rojos sin un cambio notable, o b) La mezcla puede aglutinar; esto quiere decir que los glóbulos rojos se agrupan o unen produciendo un cambio fácilmente observable, como se muestra en la figura 1. PORTAOBJETOS CON MUESTRAS Grupos sanguíneos ABO. Hay dos sustancias antigénicas comunes en el grupo sanguíneo ABO, el A y el B; el tipo O no está asociado con un antígeno, lo cual significa que éste no es reconocido como una sustancia extraña por el sistema inmunológico de alguien, aún si la persona no tiene el tipo sanguíneo O. Los anticuerpos para tipificar el antígeno A normalmente se encuentran en el suero de personas sin el antígeno A (esto es, en personas con sangre tipo B o tipo O), éstos cuerpos anti-A causan que las células tipo A se aglutinen si se mezclan o se ponen juntas. Si una muestra sanguínea es aglutinada solamente por los anticuerpos anti-A y no por los anticuerpos anti-B, entonces la mezcla es del tipo A, como se muestra en la Tabla 1. Las reacciones de aglutinación que identifican los tipos sanguíneos B, AB y O, también se muestran en la Tabla 1. Tabla 1 Grupo sanguíneo ABO Reacción Anti-A (+/–) Reacción Anti-B (+/–) A + – B – + AB + + O – – Guía Académica 24 Grupo sanguíneo Rhesus. Los tipos sanguíneos Rh (Rhesus) tienen solamente un antígeno común asociado con ellos, a menudo se le llama antígeno D. La sangre de personas con el antígeno D (Rh+) es aglutinada por los anticuerpos anti-D, los cuales pueden encontrarse en la sangre de personas sin el antígeno (Rh-). Las reacciones de aglutinación que identifican a los grupos sanguíneos Rhesus se muestran en la Tabla 2. Tabla 2 Grupo sanguíneo Rhesus Reacción Anti-D (+/–) Rh+ + Rh– – PROBLEMA La propiedad de una escuela fue atacada por vándalos y se encontraron unas gotas de sangre en la escena del crimen. Los detectives que investigaron el incidente piensan que la sangre proviene del causante del crimen, que al parecer se hirió ligeramente durante el vandalismo. Los detectives han reunido un grupo de sospechosos que estuvieron en la escuela cuando se cometió el crimen, sin embargo, la única evidencia sólida es la sangre encontrada en la escena del crimen. Los detectives quieren descartar tantos sospechosos como sea posible sobre la base de la evidencia sanguínea. En esta actividad actuarás como técnico de laboratorio, analizando las muestras de sangre de los sospechosos para determinar los grupos sanguíneos. Cada uno de tus compañeros de clase analizará una muestra de un diferente sospechoso; posteriormente, tus compañeros de clase y tú compararán los tipos sanguíneos de sus muestras con el tipo de sangre encontrada en la escena del crimen, para disminuir el número de sospechosos. MATERIALES • • • • • • • • Equipo para identificar o tipificar sangre ABO/Rh. Guantes protectores. Torundas de algodón en alcohol. Lancetas. Portaobjetos. Lupa. Toallas de papel. Solución blanqueadora al 10% (cloralex, hipoclorito de sodio). SÍMBOLOS DE SEGURIDAD • En esta práctica trabajarás con muestras sanguíneas. • Realiza el manejo o desecho de las muestras como lo sugiere tu profesor o el equipo de pruebas para tipificar grupos sanguíneos. • En el laboratorio, asegúrate de mantener alejadas las manos de tus ojos o cara. 25 Laboratorio de ciencias experimentales • Recuerda lavar muy bien tus manos antes y después de completar los procedimientos de laboratorio. • Desecha cualquier cosa con sangre inmediatamente después de usarlo, de acuerdo con las instrucciones de tu profesor. • Limpia tu área de trabajo con solución blanqueadora y toallas de papel. PROCEDIMIENTO 1. Pide a tu profesor un equipo para tipificar sangre ABO/Rh. 2. Presta atención a las indicaciones de tu profesor. 3. Toma la muestra de sangre y realiza la prueba ABO/Rh de acuerdo con las indicaciones proporcionadas. 4. Observa las muestras y compáralas con la Figura 1. Registra los resultados, positivo o negativo, para cada reacción; anota estos datos en las columnas 1 a 3, de la tabla 3, bajo el título Observaciones, en la sección Datos personales. 5. Registra los datos de tus compañeros de equipo en la tabla 3, pero en la sección Datos de equipo. Registra los datos igual como lo hiciste para tus muestras personales. 6. Recurre a las tablas 1 y 2 para determinar los tipos sanguíneos ABO y Rh basados en las reacciones de aglutinación. 7. Registra los tipos sanguíneos ABO y Rh en la columna 4 de la tabla 3. 8. Reporta tus resultados al profesor. OBSERVACIONES Tabla 3 Datos personales 1 Reacción Anti A (+/–) 2 Reacción Anti B 3 Reacción Anti D 4 ABO/Rh (+/–) (+/–) Grupo sanguíneo 2 Reacción Anti B 3 Reacción Anti D 4 ABO/Rh (+/–) (+/–) Grupo sanguíneo Tabla 3 Datos de equipo Nombre de tus compañeros de equipo 1 Reacción Anti A (+/–) Guía Académica 26 CONCLUSIONES 1. Tu profesor te dirá el número de sospechosos de cada tipo sanguíneo. El tipo de sangre encontrado en la escena del crimen es A+. Basado en esta información, ¿cuántos sospechosos pueden descartarse como posibles perpetradores del crimen? 2. Explica por qué los grupos sanguíneos pueden ser utilizados solamente para descartar potenciales sospechosos y no para probar en forma concluyente quién cometió el crimen. 3. Si pudieras probar otros grupos sanguíneos además de ABO y Rh, ¿cómo se podría afectar la investigación? 4. Todos los tipos sanguíneos ABO/Rh son relativamente comunes en Monterrey, Nuevo León; el tipo más común, O+, se presenta en el 63.1% de la población. A éste le siguen AB+ con el 1.4%, A+ (que se encontró en la escena del crimen) con 26.5% y B+ en el 9.0% de la población. Algunos sistemas de grupos sanguíneos no muestran tanta variación y solamente un pequeño porcentaje de gente no tiene el mismo grupo sanguíneo (Datos estadísticos de Salud Pública de México, Volumen 4, núm. 5, sep/oct de 2002). ¿Qué tan útil podría ser un sistema de grupo sanguíneo menos variable para el análisis forense? Laboratorio de ciencias experimentales 27 ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 2 ¿Cuándo murió ella? ANTECEDENTES Cuando se descubre un cuerpo, una de las primeras cosas que debe hacer un investigador médico (forense), es determinar la hora de muerte utilizando diversos indicadores como la temperatura corporal, el rigor mortis, la decoloración de la piel (livor mortis o lividez), el aspecto de los ojos y el contenido estomacal; estos factores ayudan a establecer la hora aproximada de la muerte. En breve describiremos cada uno de estos factores o indicadores. Temperatura corporal Al morir una persona, el cuerpo comienza a enfriarse inmediatamente. En promedio, la temperatura corporal baja a razón de 0.75_C por hora, durante las primeras 12 horas tras el fallecimiento. Pasadas 12 horas, la velocidad de enfriamiento se reduce casi a la mitad y es de unos 0.4_C por hora, hasta que el cuerpo alcanza la temperatura ambiente del lugar en que se encuentra. La velocidad de enfriamiento se puede ver afectada por los siguientes factores: • Temperatura del aire. Un cuerpo se enfriará más rápido en una noche fría de invierno, que en una calurosa noche de verano. • Grasa corporal. La grasa tiende a aislar el cuerpo de factores climatológicos externos, de tal forma que cuanto más obesa esté una persona, más lento será el enfriamiento tras la muerte. • Vestimentas. La ropa también aísla el cuerpo, de tal forma que utilizar ropas abrigadoras hará más lento el proceso de enfriamiento. • Agua. Un cuerpo sumergido en agua se enfría mucho más rápido que uno expuesto al aire, de tal forma que es difícil precisar la hora de la muerte para un cadáver descubierto en el agua. Rigor mortis Al momento de la muerte los músculos del cuerpo se relajan; sin embargo, dentro de un plazo de 1 a 2 horas tras la muerte, éstos empiezan a ponerse rígidos mientras sus reservas de trifosfato de adenosina (ATP) se van agotando. Esta rigidez es conocida como rigor mortis y empieza en los músculos de la cara, mandíbula y cuello, y va bajando por el cuerpo hacia los brazos y el torso, terminando en las piernas; este proceso se completa entre 8 y 12 horas tras la muerte. Mientras los músculos empiezan a colapsar, también se relajan en el mismo orden en el cual se endurecieron. Entre 24 y 28 horas después, el cuerpo se distiende otra vez. Livor mortis (lividez) Dentro de las primeras 1 o 2 horas tras la muerte, la sangre se asienta en las partes más bajas del cuerpo, partes que están cerca del suelo o que yacen en él, todo esto debido a la gravedad. Las células rojas de la sangre (glóbulos rojos) se asientan y revientan dentro de los tejidos dejando marcas púrpuras que después se tornan amarillas debido a la descomposición de la hemoglobina. La lividez se fija definitivamente en el tejido, entre 6 y 8 horas tras la muerte. Si un cuerpo es movido después de ese tiempo, la posición de las marcas púrpura podría no coincidir con la posición en la cual el cuerpo fue encontrado. Finalmente, si la piel parece descolorida pero se torna blanca al momento de tocarla, esto significa que la lividez no se ha fijado definitivamente, lo cual nos lleva a que la muerte sucedió en un rango no menor a 2 horas y no mayor de 10. Aspecto de los ojos Si los ojos permanecen abiertos al momento de la muerte, aparecerá una capa delgada de tejido en ellos debido a que se están secando. Cuando los glóbulos rojos en el cuerpo se colapsan libe- Guía Académica 28 ran potasio, mismo que entra en los ojos y provoca una apariencia de nubosidad en ellos. Este proceso se presenta en un lapso aproximado de 2 a 3 horas después del fallecimiento; sin embargo, si los ojos permanecen cerrados tras la muerte, el proceso tomará mucho más tiempo (24 horas aproximadamente). Contenido estomacal Después de comer, el proceso de digestión comienza en el estómago y le toma a éste de 4 a 6 horas vaciar su contenido en el intestino delgado. Tras esto, se necesitan 12 horas aproximadamente para que la comida deje el intestino delgado. Como regla general, si encontramos: • Comida sin digerir en el estómago. La muerte ocurrió en un lapso menor a 2 horas después de la comida. • Estómago vacío. La muerte ocurrió entre 4 y 6 horas después de comer. • Intestino delgado vacío. La muerte ocurrió 12 horas después de comer. PROBLEMA A tu equipo de investigadores médicos le han asignado el siguiente caso a revisión y es tu trabajo el determinar si la víctima murió accidentalmente o no, así como la hora de muerte. Analiza los detalles y completa el siguiente reporte de examen médico. La víctima de sexo femenino fue encontrada en su hogar a la 10:00 de la mañana del sábado, por su hermana, con la cual se supondría que saldría a correr. La hermana llamó rápidamente a la policía para notificar el hecho y ellos (la policía) te llamaron a ti ya que eres el investigador médico. Al llegar notaste lo siguiente: • La víctima yacía boca abajo al pie de las escaleras, con la cabeza en el extremo opuesto a las escaleras. La hermana de la víctima indicó que ésta se encontraba usando aún la ropa que llevaba puesta la noche anterior durante la cena. • La víctima no presenta pulso. • El cuerpo estaba frío al tacto, sin embargo la temperatura interna, que fue tomada a las 10:30 de la mañana, era de 27C, mientras que la temperatura de la habitación era de 20C. • Su cuello estaba aparentemente fracturado y parecía haber sufrido heridas en la cabeza. • Presentaba moretones en la parte frontal de sus hombros y cuello, mismas que no cambiaron de color al momento de tocarlas. • Su cuerpo estaba rígido. • Los ojos de la víctima estaban abiertos y cubiertos con una capa o membrana delgada. Notas adicionales de la policía: la víctima había cenado con su hermana a las 7:00 p.m. la noche anterior (viernes por la noche). Durante la cena habían acordado encontrarse en la casa de la víctima el sábado por la mañana (a las 10:00 a.m.) para salir a trotar. La hermana regresó a su domicilio a las 11:00 p.m. pero no sabía con certeza la hora a que la víctima había regresado a su casa. Los vecinos no mencionaron haber visto a la víctima regresar a casa. Al momento de realizar una autopsia a la víctima un día después, observas que ésta murió debido a una fractura de cuello con la subsecuente asfixia posterior a la fractura. La víctima medía 5 pies 8 pulgadas y pesaba 130 libras, su estómago estaba vacío y su intestino delgado estaba lleno. Tu trabajo es descubrir y proporcionar a la policía la hora de la muerte. MATERIALES • • • • regla calculadora papel cuadriculado o papel para graficar Tabla de conversiones de pesos y medidas 29 Laboratorio de ciencias experimentales OBSERVACIONES Reporte de Investigador Médico. 1. Basado en la información anterior acerca de la disminución promedio de la temperatura después de la muerte, calcula la temperatura corporal para cada hora a partir de la muerte y hasta 24 horas después. Hora Temp. Corporal (°C) Hora Temp. Corporal (°C) Hora Temp. Corporal (°C) 1 9 17 2 10 18 3 11 19 4 12 20 5 13 21 6 14 22 7 15 23 8 16 24 2. En la hoja cuadriculada, grafica los datos de temperatura y tiempo tras la muerte. ANÁLISIS Y CONCLUSIONES 3. Basándote en la temperatura corporal de la víctima, ¿cuánto tiempo ha pasado desde el fallecimiento? 4. Estima la hora de muerte usando la temperatura corporal. 5. Basándote en las observaciones de rigor mortis, ¿cuánto tiempo ha estado muerta? 6. ¿En dónde se observaba la lividez en el cuerpo? ¿Ya se había fijado? ¿Cuánto tiempo atrás había muerto? ¿La víctima fue encontrada en la posición en la que murió, o su cuerpo fue movido? Justifica tu respuesta. 7. Basándote en el aspecto de los ojos, ¿hace cuánto tiempo murió? Justifica tu respuesta. Guía Académica 30 8. Basándote en el examen de su sistema digestivo, ¿Cuánto tiempo había pasado desde su última ingesta hasta el momento de su muerte? 9. Basándote en la evidencia disponible, estima la hora de la muerte de la víctima. Justifica tu respuesta. 10. ¿La víctima murió por accidente? Justifica tu respuesta. REPORTE DE INVESTIGACIÓN BIBILOGRÁFICA 1. ¿Cuál es la temperatura corporal normal en grados Celsius? 2. ¿Qué proceso biológico permite a los humanos, mamíferos y aves mantener una temperatura corporal alta? 3. Investiga y explica brevemente el papel del ATP en la contracción muscular. 4. Explica la ruta que sigue el alimento a través del sistema digestivo de tu cuerpo. 5. ¿A cuántos _F equivalen 37_C ? 31 Laboratorio de ciencias experimentales 6. Según el sistema métrico decimal, ¿a qué equivalen 5 pies 8 pulgadas? 7. ¿A cuántos kilos equivalen 130 libras? Conversiones del sistema inglés al sistema métrico (SI) Cuando tienes: Multiplicas por: Para encontrar: Pulgadas Centímetros Pies Metros Yardas Metros Millas Kilómetros 2.54 0.39 0.30 3.28 0.91 1.09 1.61 0.62 Centímetros Pulgadas Metros Pies Metros Yardas Kilómetros Millas Masa y Peso Onzas Gramos Libras Kilogramos Toneladas Toneladas métricas Libras Newtons 28.35 0.04 0.45 2.20 0.91 1.10 4.45 0.23 Gramos Onzas Kilogramos Libras Toneladas métricas Toneladas Newtons Libras Volumen Pulgadas cúbicas Mililitros Pies cúbicos Metros cúbicos Litros Litros Galones 16.39 0.06 0.03 35.31 1.06 0.26 3.78 Centímetros cúbicos Pulgadas cúbicas Metros cúbicos Pies cúbicos “quarts” Galones Litros Pulgadas cuadradas Centímetros cuadrados Pies cuadrados Metros cuadrados Millas cuadradas Kilómetros cuadrados Hectáreas Acres 6.45 0.16 0.09 10.76 2.59 0.39 2.47 0.40 Centímetros cuadrados Pulgadas cuadradas Metros cuadrados Pies cuadrados Kilómetros cuadrados Millas cuadradas Acres Hectáreas Longitud Área Fahrenheit 5 (°F – 32) 9 Celsius Celsius 9 (°C + 32) 5 Fahrenheit Temperatura Guía Académica 32 ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 3 Manejo de pesticidas orgánicos ANTECEDENTES Ocasionalmente, en nuestros hogares y jardines, sótanos y alacenas, e inclusive en las mascotas, los humanos luchamos para combatir a los insectos. Por lo general, para combatir a las plagas se utilizan sustancias químicas, aunque en realidad se habla de tres generaciones de pesticidas (Carroll Williams, 1967) que son: a) Sales botánicas e inorgánicas. Era muy apropiada para las granjas pequeñas de nuestros abuelos, además de que tenían prácticas de cultivo favorables para bloquear formaciones masivas de plagas. b) La generación del DDT. Se degrada muy lentamente, formulada en la década de1950 y causa el envenenamiento de cadenas enteras de alimentos, además de afectar el metabolismo del sistema nervioso y las hormonas sexuales de los vertebrados (incluido el hombre). c) Las hormonas y los controles biológicos. Se considera que éstos son los más exitosos desde el punto de vista de protección y cuidado del ambiente ya que apuntan a señalar el control con precisión sin envenenar el ecosistema entero. Por ejemplo: rotación y diversificación de cultivos, parásitos que controlan cierto número de plagas, etcétera. Según algunas estadísticas, los norteamericanos usan cerca de 200 millones de toneladas de insecticidas para eliminar hormigas, cucarachas, arañas y otros insectos rastreros. Tales químicos pueden ser efectivos, pero ¿podemos estar seguros de que los insecticidas no están haciendo más daño que bien al medio ambiente? Una alternativa a los pesticidas tóxicos son los químicos naturales generados por algunas plantas. Por ejemplo, extractos de plantas como el ajo, las cebollas, los pimientos picantes (chile), y los tomates, han probado ser fáciles de usar y efectivos como repelentes contra algunos insectos de interior y de jardín. PROBLEMA Probablemente, el insecto más común en interiores y exteriores es el áfido. De cuerpo pequeño y suave, los áfidos tienen una variedad de colores en su especie, que van desde el verde pálido hasta el gris o blanco, y se encuentran normalmente en la parte inferior de las hojas. Los áfidos destruyen las plantas debido a que succionan los jugos de las mismas. En esta actividad, aprenderás como preparar repelente de insectos orgánico con ingredientes comunes en cualquier hogar y a investigar su efectividad contra los áfidos, una plaga común en los jardines. En la parte B de esta actividad pondrás a prueba la efectividad de los repelentes orgánicos en un grupo de plantas infestadas con áfidos por un periodo de una semana. MATERIALES Spray de Ajo • 3 cabezas de ajo Laboratorio de ciencias experimentales 33 • 3 cucharadas de aceite de oliva • 3 tazas de agua tibia • 1 cucharada de jabón líquido • 1 frasco o tarro con tapa • 1 botella con aspersor Spray de chile (Pimientos picantes) • taza de chiles • 2 litros de agua • 1 cucharada de jabón líquido • 1 frasco o tarro con tapa • 1 botella con aspersor Spray de jugo de cebolla • 3 cebollas grandes • 4 tazas de agua • 1 frasco o tarro con tapa • 1 botella con aspersor PROCEDIMIENTO Parte A Preparado del repelente 1. Spray de Ajo Separa los dientes de ajo y pícalos en una licuadora o procesador de alimentos. Coloca el ajo picado en un tarro, agrega el aceite y ciérralo. Déjalo reposar por 24 horas. Agrega el agua y el jabón líquido y almacénalo en el refrigerador. Cuando lo vayas a usar, cuela el líquido y diluye en agua en la siguiente proporción: _ taza de concentrado por una taza de agua. 2. Spray de chile Mezcla los chiles con dos tazas de agua en una licuadora o procesador de alimentos. Vacía en un frasco y ciérralo, deja reposar la mezcla por una noche. Cuando lo vayas a usar, cuela el líquido y agrega el resto del agua y el jabón líquido. 3. Spray de cebolla Mezcla las cebollas y el agua en una licuadora o procesador de alimentos. Vacía la mezcla en un frasco o recipiente con tapa y deja reposar la mezcla una noche. Cuélalo antes de usarlo. Parte B Probando el repelente orgánico 1. Etiqueta las plantas como se muestra en la figura 2; examina cuidadosamente las hojas y tallos de tus plantas. Registra tus observaciones. 2. Comienza el tratamiento de las plantas rociando ligeramente cada uno de los tallos con la solución repelente. Ten cuidado de no rociar o transferir insecticidas equivocados a la planta. Rocía tu planta de control con agua limpia. Guía Académica 34 3. Repite los tratamientos cada día de la semana. Registra diariamente tus observaciones en tu bitácora. OBSERVACIONES Día de la semana 1 Spray de agua 2 3 4 Spray de ajo Spray de chile Spray de cebolla ANÁLISIS Y CONCLUSIONES 1. Compara las plantas tratadas con la planta no tratada. ¿Cuál de los repelentes orgánicos fue el más efectivo contra los áfidos? ¿Cuál fue el menos efectivo? 2. ¿Crees que el uso abierto de repelentes orgánicos en la industria de la agricultura podría ser una alternativa práctica para evitar el uso de insecticidas sintéticos o industriales? Explica tu respuesta. 3. Menciona por qué se considera al DDT como un insecticida peligroso. ¿Qué efectos tiene en el humano? ¿Cómo afecta a otros animales? ¿Cómo afecta al ambiente? QUÍMICA Comité técnico de Química: M.C. María Guadalupe Morales Pinal M.C. Juana María Rodríguez Salas M.C. Minerva Martínez Saldaña M.C. Jesús Tijerina Salinas M.C. Felipe H. Tehuitzitl Hernández M.C. Javier Martínez Loza Guía Académica 36 ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 4 Elaboración de jabón y medición de sus propiedades Diagrama de flujo Problema ¿Cómo se puede determinar si la calidad de un jabón elaborado en el laboratorio, varia de acuerdo con la materia prima utilizada? Tareas de Hipótesis Definición de Diseño Análisis de resultados Conclusiones Propósito Elaborar jabones y distinguir algunas de sus propiedades de acuerdo con los diferentes tipos de materia prima utilizada. Introducción En nuestra civilización, además de una exigencia higiénica, la limpieza es una necesidad social. Las personas debemos presentarnos pulcras y aseadas, y lo mismo corresponde a nuestras casas y enseres, y para conseguirlo empleamos buena parte de nuestro tiempo y de nuestro dinero. Es cierto que continuamente aparecen en el mercado más y más productos que facilitan o pretenden facilitar nuestra tarea: jabones de belleza, detergentes, cremas que cuidan los muebles, lavavajillas, etcétera. Pero, ¿qué sabemos de estos artículos, además de su nombre y del uso a que se destinan? La elaboración del jabón es una actividad conocida de forma empírica desde las antiguas civilizaciones, y su producción actual no difiere en mucho con ella. El propósito de esta actividad es conocer y experimentar respecto de la elaboración de jabones, distinguiendo algunas de sus propiedades físicas de acuerdo con el tipo de materia prima que se utiliza. Se utilizarán seis diferentes tipos de materia prima, tres de origen animal y tres de origen vegetal: • Sebo de res • Grasa de pollo Laboratorio de ciencias experimentales • • • • 37 Manteca de cerdo Manteca vegetal Aceite vegetal puro Aceite vegetal reciclado Planteamiento del problema ¿Cómo se puede determinar si la calidad de un jabón elaborado en el laboratorio, varía de acuerdo con la materia prima utilizada? Tareas de investigación 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. ¿Qué es un jabón? ¿Qué es la saponificación? Escribe la reacción química general que representa la saponificación. ¿Qué son los ácidos grasos? ¿Qué son los álcalis? ¿A qué se refiere el índice de saponificación? ¿Cuál es la diferencia entre grasas de origen animal y aceites de origen vegetal? ¿Cuál es la diferencia entre la grasa de cerdo, la de res y la de pollo? Investiga los siguientes términos: a) Hipótesis d) Densidad b) Variable dependiente e) Solubilidad c) Variable independiente f) pH 10. Describe la acción limpiadora del jabón Planteamiento de la hipótesis Procedimiento experimental 1. Investiga y reporta un procedimiento general para la elaboración de un jabón. Debe incluir: a) Materia prima b) Materiales y equipo c) Medidas de seguridad 2. En sesión grupal se establecerá un procedimiento para la elaboración de cuatro distintos tipos de jabones y la medición de algunas de sus propiedades físicas. Reporte de resultados 1. 2. Cantidad de producto obtenido en cada tipo de jabón. Elaborar una tabla donde se reporten los resultados obtenidos de la medición de las propiedades de los jabones elaborados: a) Dureza (al tacto) b) Solubilidad c) pH Guía Académica 38 3. En este problema, ¿cuál fue la variable dependiente y cuál la independiente? 4. ¿Cuál es el producto secundario de la reacción de saponificación y cuál es su importancia en cuanto a su aplicación? 5. Observaciones Conclusiones 1. Por equipo: ¿se comprobó la hipótesis planteada? 2. Individual: ¿qué experiencia se obtuvo de esta actividad? Tareas complementarias 1. ¿Qué factor influye en el grado de dureza de los jabones? 2. ¿Qué otros agentes o sustancias se utilizan al elaborar los jabones a nivel industrial para su comercialización? 3. ¿Qué diferencia hay entre un jabón y un detergente desde el punto de vista químico? 4. Dentro del procedimiento de elaboración de jabones ¿qué variable se modifica para elaborar un jabón líquido? 5. Menciona cinco tipos de jabones que se utilizan en el área de cosméticos y/o medicinales. DOSIFICACIÓN Sesiones de dos horas c/u Primera sesión Encuadre • • • • • • • • • • • Ubicación de la actividad en el contexto de la asignatura de LCE. Formar equipos de trabajo. Introducción del tema de jabones. Propósito de la actividad. Planteamiento del problema. Planteamiento de la hipótesis (tarea para la siguiente sesión). Tareas de investigación (tarea para la siguiente sesión). Propuesta del procedimiento experimental (tarea para la siguiente sesión). Productos esperados de esta actividad (Anexo I). Criterios para elaborar el reporte (Anexo II). Criterios de evaluación de la actividad (Anexo III). Segunda sesión • • • • Revisión grupal de las tareas de investigación. Cada equipo presenta su propuesta de hipótesis y de procedimiento experimental. En plenaria se analizan las propuestas y se concluye una hipótesis y un procedimiento. Distribución del trabajo experimental (Anexo IV). Tercera sesión Procedimiento experimental en el laboratorio y recolección de datos. Cuarta sesión 1. Observación y medición de propiedades. • Peso del producto. • Dureza (al tacto). • Solubilidad. • pH 2. Comparación entre los productos esperados. Laboratorio de ciencias experimentales 39 ANEXO I Productos esperados de esta actividad II. Actividad teórica 1. Tareas de investigación 2. Hipótesis propuesta 3. Propuesta de procedimiento experimental III. Trabajo experimental 1. Cumplimiento 2. Responsabilidad 3. Trabajo colaborativo III. Reporte de resultados IV. Tareas Complementarias ANEXO II Criterios para la elaboración del reporte Se reportará por equipo un Informe final siguiendo el orden que se describe a continuación: 1. Portada que incluya: • Número y nombre de la práctica. • Nombre de los integrantes del equipo. • Grupo. 2. Especificar a manera de Introducción a) Relevancia del tema central de la práctica. b) La aplicación en la vida cotidiana. 3. Escribir el problema planteado y la hipótesis. 4. Reportar los resultados obtenidos. 5. Detallar conclusions: a) Del equipo. b) Individuales. ANEXO III Criterios para la evaluación de esta actividad Se evaluarán los siguientes productos: I. Actividad teórica 4. Tareas de investigación. 5. Hipótesis propuesta. 6. Propuesta de procedimiento experimental. II. Trabajo experimental 7. Cumplimiento. 8. Responsabilidad. 9. Trabajo colaborativo. III. Reporte de resultados Para estos productos, se sugiere el método de evaluación por Rúbrica. Se recomienda al docente que haga saber al alumno que debe organizar su Portafolio personal. Guía Académica 40 ANEXO IV Distribución del trabajo experimental Se recomienda encargar a cada equipo un tipo diferente de materia prima de las descritas en el procedimiento experimental: • Sebo de res. • Grasa de pollo. • Manteca de cerdo. • Manteca vegetal. • Aceite vegetal puro. • Aceite vegetal reciclado. Procedimiento experimental (Tercera sesión) 1. Materiales y reactivos 1. Grasa de origen animal: a) Sebo de res b) Grasa de pollo c) Manteca de cerdo 2. Grasa de origen vegetal: a) Manteca vegetal b) Aceite comestible puro c) Aceite comestible reciclado d) Aceite de coco 3. Solución de NaOH al 50% en masa 4. Solución saturada de NaCl 5. Agua destilada 6. Vasos de precipitado de 400mL 7. Vasos de precipitado de 1000 mL * 8. Agitadores 9. Espátula plana 10. Balanza 11. Mechero 12. Papel hidronios 13. Toallas de papel secante 14. Moldes galleteros de plástico ** * Se pueden sustituir por vasijas de peltre o de aluminio para calentar a baño maría ** Se pueden utilizar envases de tetrapak de jugos (chicos) para moldear la pasta jabonosa. Desarrollo experimental 1. Pesar en un vaso de 400 ml (previamente tarado) 48 g de muestra (grasa o aceite) y 12 g de aceite de coco. 2. Calentar en baño maría controlando la temperatura a 70°C. 3. Agregar 25 mL de solución caliente de NaOH al 50% en masa, agitando continuamente hasta un punto “cremoso”. (Si se llegara a formar espuma, agregar la solución saturada de NaCl y retirar del calor). 4. En el punto “cremoso” se retira del calor y se agrega solución saturada de NaCl hasta cubrir el sistema. 5. Se deja enfriar para que se separen las dos fases. 41 Laboratorio de ciencias experimentales 6. Se decanta cuidadosamente y se separa la pasta jabonosa colocándola en el molde seleccionado, comprimiéndola lo más posible. (NOTA: el decantado se puede verter al drenaje). 7. Etiquetar y guardar el jabón para la siguiente sesión. Determinación de algunas propiedades de los jabones obtenidos (Cuarta sesión) I. Materiales y reactivos 1. Jabones obtenidos en el proceso experimental (tercera sesión). 2. Papel hidronio. 3. Balanza. 4. Vasos de precipitado de 250 ml.. 5. Probeta de 25 ml. II. Procedimiento 1. Dureza al tacto. Sacar los jabones de su molde y detectar su dureza oprimiendo con el dedo pulgar (medición apreciativa: muy duro, duro, suave o muy suave). Registrar en la libreta. 2. Cálculo de la densidad. Pesar una muestra de aproximadamente 2 g del jabón. Medir en la probeta 10 ml de agua. Introducir en la probeta la muestra de jabón y medir el volumen desplazado. Con estos datos, calcular la densidad. 3. Cálculo de la solubilidad. Pesar 20 ml de agua (20 g) en un vaso de precipitado previamente tarado. Agregar una muestra de aproximadamente 10 g del jabón. Agitar la muestra durante cinco minutos. Retirar el jabón y pesar el vaso con la solución jabonosa restante. Calcula la solubilidad en g de jabón /100 ml de agua. 4. Medición del pH del jabón. En la solución jabonosa resultante del paso anterior, medir el pH por comparación con papel hidronio. Reporte de resultados I Recopilar los resultados obtenidos por cada equipo y reportarlos en la siguiente tabla. Marca o señala el que corresponde a tu equipo. Tipo de grasa o aceite Cantidad de producto Color Dureza Densidad (g/mL) Solubilidad (g/100mL) pH Sebo de res Grasa de pollo Manteca de cerdo Manteca vegetal Aceite vegetal puro Aceite vegetal usado II. Contesta lo siguiente. 6. En este problema, ¿cuál fue la variable dependiente y cuál la independiente? 7. ¿Cuál es el producto secundario de la reacción de saponificación y cuál es su importancia en cuanto a su aplicación? 8. Observaciones. 42 Guía Académica III. Conclusiones. 1. ¿Se comprobó la hipótesis planteada? Fundamentar la respuesta. 2. Comentar entre los integrantes del equipo el sentir al realizar esta actividad y expresarlo brevemente. 3. Cada integrante del equipo responderá individualmente lo siguiente: • Comenta tu experiencia del trabajo en equipo en esta actividad. • ¿Recomendarías seguir trabajando colaborativamente? • Al finalizar esta actividad reflexiona personalmente: ¿qué traje y que me llevo? IV. Tareas complementarias 6. ¿Qué factor influye en el grado de dureza de los jabones? 7. ¿Qué otros agentes o sustancias se utilizan al elaborar los jabones a nivel industrial para su comercialización? 8. ¿Qué diferencia hay entre un jabón y un detergente desde el punto de vista químico? 9. Dentro del procedimiento de elaboración de jabones ¿qué variable se modifica para elaborar un jabón líquido? 10. Menciona cinco tipos de jabones que se utilizan en el área de cosméticos y/o medicinales. 11. ¿Se podrá reproducir este experimento en el hogar? FÍSICA Comité técnico de Física: M.C. Oscar Cruz Elizondo M.C. César González Simián M.C. Carlos Mata Martínez M.C. Moisés Navarro Guzmán Guía Académica 44 ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 5 Conductividad eléctrica de las soluciones y su importancia en los seres vivos Propósito Verificar que la concentración de sal en el agua influye en la intensidad de la corriente eléctrica que fluye a través de ésta. Determinar la importancia de los electrolitos en los seres vivos. A) EL PASO DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA POR UNA SOLUCIÓN SALINA Introducción Para llevar a cabo esta actividad iniciaremos con un ejemplo del manejo de una solución salina y el diseño de un circuito eléctrico. Una persona armó un circuito como se muestra en la fig. 1 y utilizó agua purificada (embotellada) como conductor de electricidad para encender un foco pero se topó con un problema. Entonces pensó en agregarle al agua alguna sustancia que fuera soluble y fácil de conseguir, eligiendo la sal de mesa. Para enfatizar en el aprendizaje de esta actividad, propón respuestas (hipótesis) para las siguientes preguntas: • • • • ¿Cuál crees que fue el problema que se le presentó a la persona? ¿Qué crees que pasó al agregar la sal al agua? ¿Qué pasa con la intensidad de la luz del foco al agregarle cada vez más sal al agua? ¿Cómo cambia la intensidad de la corriente eléctrica con el cambio de cantidad de sal en el agua? • Observa si hay cambios visibles en la superficie de los clavos; si los hay, explica a qué se debe. Para comprobar o desechar cada una de las hipótesis propuestas, se recomienda primeramente que escribas tus repuestas y enseguida repases los conceptos afines a esta actividad. Repaso de conceptos Investiga los siguientes conceptos: electrólisis, electrolito, cátodo, ánodo, corriente eléctrica, voltaje, batería eléctrica, voltímetro, amperímetro, multímetro. Para diseñar y realizar experimentos con los cuales puedas observar y/o medir las cantidades físicas involucradas (cantidad de sal, intensidad de la luz e intensidad de corriente eléctrica) te proponemos lo siguiente: Sugerencias 1. Para armar el circuito puedes apoyarte en la figura 1 y posteriormente efectuar las medidas necesarias como la cantidad de sal y la intensidad de la corriente eléctrica. 2. Diseña una tabla en la cual puedas anotar las variables y los valores obtenidos en las mediciones, lo que te servirá en el desarrollo de los siguientes pasos. Después de que armes el circuito como se muestra en la figura, deposita en el vaso 250 cm3 (_ de litro ) de agua, cierra el circuito y mide con el multímetro la corriente que circula por él; anota los datos obtenidos en la tabla elaborada anteriormente, y observa si el foco enciende y anótalo. Posteriormente, añade 10 gramos de sal al vaso con agua y disuélvela bien; enseguida mide la corriente que circula por el circuito y anótalo en la tabla; observa si el foco enciende y anótalo en la tabla. Repite este procedimiento añadiendo 10 gramos cada vez, hasta que observes que el valor de la corriente medida por el multímetro no cambia. 45 Laboratorio de ciencias experimentales 3. Con los resultados obtenidos que anotaste en la tabla y los conceptos que investigaste, puedes comprobar las hipótesis propuestas. 4. Escribe las conclusiones con las cuales expliques acerca de las características eléctricas de la sal cuando se disuelve en el agua; para lo cual te puedes apoyar en el texto Fundamentos de Química, capítulo 14, que trata sobre el grado de ionización de la solución salina, causante de que ésta conduzca la corriente eléctrica en dicha solución. 5. Entrega por escrito las conclusiones y el reporte del experimento, e incluye tus hallazgos. Foco Miliamperímetro Madera 6v Batería o fuente de poder Electrodos (clavos) ción Solu FIGURA 1 B) INVESTIGACIÓN SOBRE OTRAS SOLUCIONES ELECTROLÍTICAS Soluciones propuestas • • • • • • • • Gatorade. Suero oral (vida). Suero oral de sabores (pedialite). Seven Up (o sprite) mas refresco de manzana (partes iguales). Limonada. Refrescos de cola. Suero fisiológico. Suero glucosado. Tareas de Investigación • ¿Cuáles de las sustancias electrolíticas propuestas es mejor conductora? • Investiga la importancia fisiológica que tienen los electrolitos en los seres vivos. • ¿En qué situación se aplica a una persona un suero salino y cuándo un suero glucosado? Entrega por escrito las conclusiones y el reporte del experimento. No olvides incluir tus hallazgos.
