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LA MATERIA
Observación e interacción con
materiales.
• Muchos alumnos arrastran, hasta edades avanzadas, la
tendencia a atribuir carácter material a lo que no tiene (por
ejemplo: calor, color, sabor…).
• La capacidad para reconocer propiedades de la materia en sus
diferentes estados se estudia en los niños más pequeños.
• Las primeras nociones sobre el concepto de “materia”
aparecen ligadas a la idea de “objeto”. Entre los 3-7 años, los
niños se refieren a los objetos en términos, tanto de las
propiedades atribuibles a ellos (propiedades extensivas tales
como tamaño, forma o volumen) como de las que son
características de la materia (propiedades intensivas, como
sabor, color, brillo…)
• El tipo de manipulación que utilizan los niños habitualmente son las
que requieren menos instrumentos: romper, estrujar, verter…
• Las propiedades en las que más reparan son las más perceptibles:
ligero-pesado, liso-rugoso, brillante-no brillante…
• Los criterios de clasificación más utilizados son:
– Composición
– Función
– Localización
– Apariencia
– Procesamiento
Más de la mitad de los niños comprendidos entre los 5 y 9 años utilizaron
el criterio de composición. El recurso de uso crece con la edad (más
de la mitad de los niños entre 9 y 11 años lo usan).
Las actividades dedicadas a percibir propiedades de los materiales se
aconseja, con los más pequeños, utilizar todos los sentidos en la
observación. Así, los alumnos de cursos superiores cuantificarán los
valores de muchas propiedades.
¿ Qué es la materia?
Materia es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar.
Los átomos son las unidades básicas que forman la materia.
Propiedades de la materia:
-Propiedades generales: Son las propiedades que no permiten diferenciar las
sustancias.
Por ejemplo: Masa, volumen y temperatura.
¡¡Cuidado!!
La MASA y el PESO no es lo mismo
En física todo aquello que se mide mediante kg, g… es masa. Que se define como cantidad de materia.
El peso, es la fuerza de atracción ejercida por la Tierra sobre un cuerpo.
El valor del peso es proporcional al de la masa.
P=m× g
Por ejemplo:
La masa de un niño es de 36kg . ¿Cuanto pesará en la
Tierra?
La gravedad en la Luna es 6 veces menos al de la Tierra. Por
lo tanto ¿cuanto marcaría la báscula en la Luna? Y ¿ cuanto
pesaría?
PROPIEDADES DE LA MATERIA (II):
-Propiedades específicas: Son las propiedades propias de cada
tipo de sustancia. Son la densidad, punto de fusión, punto de
ebullición, dureza, conductividad eléctrica, conductividad
térmica…
Sirven para identificar sustancias.
La densidad
• Entre los 4-7 años suele predominar la idea de que un
trozo de “goma espuma” no pesa en absoluto, igual
que un grano de arroz. A partir de 7 años comienzan a
apreciar que pesan un poquito “porque todo pesa
algo”.
• El concepto de densidad está totalmente ausente en un
principio pero para los 7 años puede aparecer una
aproximación a la densidad que es el concepto de
“pesado para su tamaño”. Muchos entre 8-9 años ya
aprecian que la densidad se conserva cuando el
material se rompe en trozos, y que es una variable
física importante que hay que distinguir del peso.
Densidad
• Densidad y flotabilidad
Fórmula para calcular la densidad= masa/ volumen
La flotabilidad es un concepto muy relacionado con la densidad.
Para que un cuerpo pueda flotar en un líquido o en un gas, deberá tener una
densidad inferior a ese líquido o gas.
Por ello, siendo 1g/cm3 la densidad del agua. Todos los cuerpos con una
densidad inferior a 1 flotarán y los de mayor densidad se hundirán.
•
Aunque los barcos están compuestos por material denso (por ejemplo aluminio o
hierro), en el interior del barco disponen de aire. Por ello al calcular la densidad, a
la masa del hierro deberemos dividirle todo el volumen del barco ( considerando
aquella parte ocupada por aire también).
La flotabilidad, es la capacidad que ostenta un cuerpo de mantenerse dentro de un fluido.
Está basado en el principio de Arquímedes que dice: ”Todo cuerpo sumergido en un fluido
experimenta un empuje vertical de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del líquido
desalojado“
Así, si el empuje es mayor al peso, el cuerpo no se introduce casi en el fluido, Si es igual, la
mitad del objeto se introducirá en el fluido y si es menor, el objeto se hundirá.
Punto de fusión y de ebullición
Los materiales según su punto de fusión y ebullición serán sólidos, líquidos o gases.
Sustancia
Punto de fusión
(ºC)
Punto de
ebullición(ºC)
Agua
0
100
Alcohol
-117
78
Hierro
1539
2750
Cobre
1083
2600
Aluminio
660
2400
Plomo
328
1750
Mercurio
-39
357
Estos valores cambian dependiendo la presión. El agua cuando está a una presión inferior a 1 atmosfera hierve
antes de llegar a 100ºC.
• Resultados de diferentes estudios muestran que el concepto de
líquido es evidente antes que el de sólido. Con 5 años identifican los
líquidos porque “ los puedes verter”. Clasificar los sólidos les resulta
más difícil ya que su idea de sólido aparece muy ligada a los
ejemplos de sólidos rígidos.
• Por ello es aconsejable empezar por el concepto líquido. Primero en
la identificación y con alumnos mayores con actividades que se
centren en las propiedades de los líquidos y en la identificación de
los de diferente apariencia.
• Es aconsejable comenzar con el estudio de los sólidos alrededor de
los 9 años, comenzando por lo sólido rígidos.
• En las actividades destinadas a clasificar materiales por su estado,
conviene dedicar tiempo a analizar los límites entre los sólidos
granulados, pulverulentos y los líquidos. (permitiendo cambiar de
recipiente, observar con lupa…).
• El aire se utiliza como ejemplo para el estudio de los gases, pero los
alumnos rara vez conciben al aire como gas.
• La idea del aire como sustancia material parece desarrollarse entre
los 7 y 10 años.
Propiedades de los estados de agregación:
Solido
Líquido
Gas
Forma
Fija
variable
Variable
Volumen
Fijo
Fijo
Ocupa todo el
espacio
¿Se
expande?
No
No
Sí
¿Se
comprime?
No
Poco
Sí
Diferencias entre evaporación y
ebullición:
-Evaporación: Cambio de estado de
líquido a gas que se da en la superficie
del líquido.
- Ebullición: Cambio de estado de líquido
a gas que se da en toda la masa del
líquido.
Teoría cinético-molecular
• Un esquema básico para comenzar a entender la naturaleza de la
ciencia consiste en establecer diferencias entre aspectos empíricos
(hechos, datos u observaciones) y aspectos interpretativos
(hipótesis, teorías o modelos).
• Multitud de propiedades de la materia y la diversidad de los
comportamientos descritos en ella constituyen hechos, y cuando
los científicos afirman que la materia está constituida por partículas
infinitamente pequeñas que tienen unos determinados
comportamientos están realizando una afirmación dentro de un
marco teórico concreto.
Los sistemas materiales se pueden observar pero las
moléculas, que son las unidades que los constituyen, no se pueden
observar. Cualquier partícula visible como un grano de arena o la
cabeza de un alfiler, contiene millones de moléculas.
• Las ideas de molécula, como constituyente de la
materia, de vacío, y de movimiento molecular son
las que se suelen introducir primero.
• La forma de presentar el concepto de molécula
tiene gran importancia en las concepciones que
puedan adquirir los alumnos. Se conciben como
“los ladrillos de construcción”.
• Aunque la ciencia escolar presente a las
moléculas como entes reales, imaginados como
bolitas esféricas, es necesario enfatizar que su
realidad es diferente a la de la materia
macroscópica.
La composición de la materia
Composición de la materia:
Los elementos básicos que constituyen la materia se recogen en la tabla periódica. En ella, se clasifican
en base a sus propiedades.
Fue Mendeleiev el primero que publicó una tabla 1870. Era muy similar a la de hoy en día.
Seres vivos
(%)
Corteza
(%)
Universo
(%)
O 65 %
O 49,5%
H 73,9%
C 18,5 %
Si 25,7%
He 23,9%
H 9,5%
Al 7,5%
O 1,07 %
N 3,3 %
Fe 4,7%
C 0.46%
Ca 1,5%
Ca 3,4%
Fe 0,19%
P 1%
Na 2,6%
Ne 0,18%
S 0,3%
K 2,4%
N 0,11%
K 0,2%
Mg 1,9%
Mg 0.06%
Todas las sustancias de la naturaleza están compuestas por esos
elemento químicos. Podemos clasificarlas en tres grupos:
-Átomos aislados: Los elementos del grupo 18 de la tabla periódica (gases
nobles) son gases a temperatura ambiente, y los átomo están aislados.
-Moléculas: Son grupos de átomos. Esos átomos pueden ser de un solo tipo de
elemento o de diferentes tipos de elementos.
Las substancias moleculares, están compuestas por moléculas. Dependiendo
de la fuerza existente entre las moléculas, la sustancia será sólida, líquida o
gaseosa.
El agua y el oxígeno que respiramos son sustancias moleculares.
- Cristales: Las partículas están ordenadas en el espacio. Por ejemplo: la sal.
Partículas que forman el átomo:
Estructura del átomo:
-Núcleo: Compuesto por protones (cargados
positivamente) y neutrones (no están cargados) .
-Corteza : Compuesto por electrones que giran alrededor
del núcleo.
Sustancias puras y mezclas
En la naturaleza, la mayoría de las sustancias se encuentran mezcladas o combinadas
con otras. Por ejemplo la coca-cola (cola, cafeína y carbono dióxido), agua marina (
agua y sal) , vino (alcohol, agua, conservantes y colorantes) …
En cambio, existen algunas sustancias que son puras. Por ejemplo, el
oxígeno ( se utiliza en los hospitales para la respiración), azúcar u oro.
¿Qué son las sustancias puras?
Son aquellas que están formadas por partículas iguales. Tienen propiedades
especificas bien definidas.
Hay dos tipos de sustancias puras:
-Elementos: No se pueden descomponer en otras más simples. Son las que están
recogidas en la tabla periódica.
-Compuestos: Puede descomponerse en sustáncias más simples (mediante
procedimientos químicos).
¿Qué es una mezcla?
Es la materia que se forma al combinar diferentes sustancias puras. Esas sustancias puras
se pueden separar mediante procedimientos físicos.
Hay dos tipos:
-Mezclas homogéneas o disoluciones: No se observan los componentes (sus componentes
están mezclados a nivel moléculas). Por ejemplo: sal diluida en agua .
A las mezclas homogéneas entre metales se llaman aleaciones y tienen una gran
importancia industrial y económica.
Aleaciones Componentes
Acero
Bronce
Latón
Fe + C
Cu + Sn
Cu + Zn
-Mezclas heterogéneas: Se observan los componentes. Por ejemplo: agua y aceite.
• Los alumnos manifiestan ideas propias sobre el
proceso de disolución antes de estudiarlo en la escuela
y, por tanto, el aprendizaje parte de un importante
apoyo empírico basado en experiencias cotidianas.
• Dificultades:
– Para algunos alumnos los términos “disolver” y “mezclar”
son sinónimos. Aunque esta concepción evoluciona y
mejora con la edad.
– Diferenciar las disoluciones de las reacciones químicas
resulta complicado.
– La extensión del concepto de disolución a otros estados de
la materia no se alcanza fácilmente.
En la naturaleza muchas sustancias son disoluciones.
-
Es una mezcla compuesta por dos o más componentes.
El componente que en mayor proporción está es el disolvente.
En de menor proporción es el soluto.
Dependiendo de la cantidad de soluto respecto al disolvente podemos clasificar
las disoluciones como:
Diluida: Cuando hay poco soluto.
Concentrada: Cuando tiene mucho soluto.
Saturada: Cuando la disolución no acepta más soluto.
Características de las disoluciones:
La solubilidad de los sólidos es mayor cuando aumentamos la temperatura. Los
gases en cambio, pierde su capacidad de disolverse.
Si se agita una mezcla, se disuelve más rápido.
La superficie del solido puede hacer cambiar la velocidad de disolución.