Material de consulta para los docentes:
Las interacciones entre los materiales
La
propuesta aborda las interacciones y cambios en los materiales al mezclarlos entre
sí y al intentarsepararlos. Esta situación nos convoca a reflexionar sobre
algunos interrogantes o inquietudes que se hacen presentes al pensar su
enseñanza: qué entendemos cuando nos referimos a las mezclas, con qué
diferentes mezclas podemos encontrarnos, que aspectos considerar en su
realización, a qué métodos de separación recurrir.
En la naturaleza rara vez encontramos sustancias
puras. Es más, en general pagamos para extraer azúcar de la caña o de la
remolacha, para extraer la sal de mesa del mar o para obtener oxígeno del aire.
La mayor parte de los materiales que nos rodean tienen una apariencia
homogénea: el jabón, el vidrio, la salmuera, el acero, el aire, la manteca o la
mayonesa parecen estar formadas por sustancias únicas. Sin embargo, la mayoría
de los materiales que componen nuestro mundo cotidiano son mezclas de dos o más
sustancias.
En
el acero, en el almíbar o en la salmuera, no distinguimos a simple vista los
diferentes componentes. En un almíbar no vemos el azúcar en el agua pero su
sabor nos confirma su presencia. Es más, no importan de dónde sacamos el
almíbar, o que tomemos una taza, una cucharada o una gota: siempre
encontraremos el mismo sabor; que será más o menos dulce según la cantidad de
azúcar y de agua que lo componen.
Sucede que cuando los materiales interactúan entre
sí, pueden hacerlo en diferentes grados, ya sea formando mezclas groseras,
dispersiones, soluciones o transformaciones químicas.
En las mezclas
groseras, los materiales que participan de la interacción (componentes de
la mezcla) tienen un bajo grado de
afinidad, y pueden distinguirse a simple vista. También pueden separarse por
medios mecánicos (filtración, imantación, tamización, flotación y decantación,
evaporación). Es importante aclarar que durante la mezcla, y luego de
separados, los componentes mantienen sus propiedades iniciales.
En las dispersiones,
hay un mayor grado de afinidad entre los componentes que interactúan. En este
grupo se incluyen las emulsiones (formadas por dos
líquidos), las suspensiones (una parte de la mezcla es sólida y otra líquida),
los coloides
(la mezcla entre un líquido y un sólido, pero el tamaño de las partículas es
inferior al de las suspensiones). Los componentes no pueden ser vistos a simple
vista pero si con potentes lupas o microscopios. Muchas suspensiones son
inestables y los componentes pueden separarse al cabo de un tiempo. Los
componentes de las emulsiones y los coloides pueden separarse utilizando ultra-filtros,
es decir filtros con poros muy pequeños que retienen las partículas de la fase
dispersa. En el caso de las suspensiones pueden separase por filtración.
La mayonesa
es una mezcla en la que no pueden identificarse los materiales que la
componen. Sin embargo si se coloca una pequeña porción de este aderezo al
microscopio es posible ver muchas gotitas o glóbulos de diferentes tamaños
que son del aceite con el que se hace la mayonesa. Estas gotas de aceite se
dispersan en otro líquido que es el agua que posee la yema del huevo, junto
con otras partículas sólidas de este ingrediente. La mayonesa pertenece a un
tipo particular de dispersiones que se llaman emulsiones. Hay muchos
alimentos que son emulsiones, por ejemplo: los helados, la manteca, la leche
y la crema.
Existen otras clases de dispersiones
en las que también se observan partes diferentes sólo cuando se las mira al
microscopio: las suspensiones. Este tipo de dispersiones se diferencia de las
emulsiones porque una de las porciones de la mezcla es sólida y la otra es
líquida. Un ejemplo es la tinta china, suspensión que se forma al mezclar
carbón molido con agua. Los antibióticos también son suspensiones que se
preparan en el momento de iniciar el tratamiento, mezclando el medicamento en
polvo con una cantidad indicada de agua, luego hay que agitar el envase antes
de tomarlo.
La arena no es soluble en agua.
Si echamos arena en un vaso, inicialmente el agua se vuelve turbia, pero si
dejamos el recipiente quieto, con el tiempo la arena decanta y encontramos un
fondo de arena con un sobrenadante, a simple vista, límpido. Pero si a ese
sobrenadante lo iluminamos vemos que hay algunos puntitos brillantes que se
mueven caóticamente, lo cual no ocurre con el agua pura ni con una sustancia
totalmente transparente al paso de la luz. Esto implica que el líquido
sobrenadante no es agua pura ¿Qué contiene entonces? La arena está formada
por partículas de diversos tamaños, desde los granos que vemos a simple vista
hasta pequeñísimas partículas que ni siquiera son perceptibles con el
microscopio. Estas partículas tan pequeñas (desde 10 a 1000 nanómetros o
millonésimas parte de un metro) permanecen en suspensión y, cuando son
iluminadas, la luz “rebota” en ellas provocando el efecto de puntos
brillantes en movimiento o Efecto Tyndall. En este caso se trata de un
coloide.
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En las soluciones
la afinidad entre los materiales es aún mayor, y el resultado de la interacción
resulta en un sistema homogéneo en el cual no pueden distinguirse los
componentes ni a simple vista ni con el microscopio. Este sistema homogéneo
posee propiedades diferentes de las que tienen los componentes por separado
(por ejemplo, el punto de ebullición de una solución de agua y sal, es
diferente del correspondiente al agua sola). Los componentes de las soluciones
pueden separarse mediante métodos de fraccionamiento como la destilación o la
cromatografía.
Las aguas
minerales sin gas, el líquido que se utiliza en las nebulizaciones o las
gotas que se utilizan para limpiar las lentes de contacto son soluciones. Hay
un modo de distinguir las soluciones de casi todas las otras mezclas: cuando
las observás a la luz, son transparentes. Por ejemplo al comparar la
transparencia de un vaso de vidrio con agua y sal disuelta con la de un vaso
con leche, acercando ambos vasos a una ventana por la que entra la luz del
día. El vaso de agua con sal disuelta es transparente y el de leche no. Esto
ocurre porque el vaso de agua con sal disuelta es una solución y, en cambio,
la leche una emulsión.
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Las transformaciones
químicas son otro tipo de interacciones en las que los componentes tienen
grados aún mayores de afinidad. En
consecuencia, al unirse, experimentan transformaciones tales que ya no pueden
reconocerse los componentes iniciales. El resultado de una transformación
química es uno o más componentes nuevos con propiedades diferentes de las
iniciales. La separación de estos componentes ya no es posible. En algunos
casos pueden recuperarse solo sometiéndolos a una nueva transformación química.
La teoría científica actual aborda los materiales
desde una naturaleza corpuscular y discontinua. Es decir la materia está
formada por corpúsculos o partículas que pueden moverse, unirse o combinarse
unas con otras, no existiendo absolutamente nada entre ellas, lo que implica la
noción de vacío. Estas ideas resultan fundamentales a la hora de describir la
estructura de la materia y en las explicaciones de las interacciones entre los
materiales.
Desde el punto de vista de la teoría corpuscular,
en los tres primeros casos que se presentaron (mezclas groseras, dispersiones y
soluciones), los materiales que participan de la interacción permanecen siempre
formados por el mismo tipo de partículas que los conforman originalmente. En
cambio durante la transformación química, la interacción entre las partículas
es tan intensa que se produce un reordenamiento de las mismas. Desde este punto
de vista, un aumento en la energía de dichas partículas (por calentado o
agitación) puede acelerar los procesos de disolución, o puede provocar cambios
químicos.
El
desarrollo de algunas experiencias
En los diferentes fenómenos naturales que se
estudian suelen intervenir numerosas variables. Pensar en el estudio de las mezclas
y sus posibles separaciones en los diferentes grados, invita a pensar acerca de
cómo llevar adelante estas situaciones acompañando a las niñas y niños de
Primer ciclo.
En este caso la propuesta incluye la realización de
experiencias en compañía del docente. Un experimento consiste en modificar las
variables que intervienen en el fenómeno que se estudia y analizar los cambios
que resultan de dichas modificaciones. Las variables son aquellos factores que,
si se modifican, pueden alterar el resultado de una experiencia. En una receta
para realizar una torta las variables que intervienen podrían ser: la calidad
de los ingredientes, la manera en que mezclamos, el tiempo de cocción y la
temperatura del horno. Podríamos, en algún caso, estar interesados en analizar
qué ocurrirá al modificar una variable. Por ejemplo reemplazar la manteca por
el aceite. Pero, para sacar conclusiones acerca de cómo incide una variable,
debemos fijar las demás, ya que, si al mismo tiempo que reemplazamos la manteca
por el aceite cambiamos la temperatura del horno, nunca sabremos a qué se debió
el resultado obtenido. Es decir, si se modifican todas las variables juntas no
es posible saber a cuál o cuáles de ellas atribuir los resultados. Por esta
razón, es importante modificar una variable por vez, aquella que se quiere
estudiar y dejar constantes a todas las demás. Este procedimiento de mantener
constantes las variables intervinientes, para poder analizar el efecto que
produce la que nos interesa analizar, se denomina control de variables, y es
uno de los procedimientos centrales de la actividad experimental. Sin un
cuidadoso control de variables se anula la posibilidad de interpretar los datos
de una experiencia, ya que los efectos observados podrían deberse a más de una
combinación de factores.
La determinación de las variables que intervienen
en la ocurrencia de un fenómeno no es una tarea sencilla. En la actividad
escolar, aunque las experiencias son más acotadas y accesibles, no siempre es esperable que los alumnos puedan
definir, por sí mismos, todos los factores que pueden tener alguna influencia
en los resultados. La participación del docente es de suma importancia porque
debe poner sobre relieve la existencia de estos diferentes factores (señalar
cuáles son) y orientar el análisis para que reconozcan la importancia de seguir
el instructivo de la experiencia tal como está planteado, reconociendo que una
alteración en alguna de las variables podría incidir en el resultado de la
experiencia, arribando a conclusiones erróneas. Por ello, los alumnos deberán
tener múltiples oportunidades para reflexionar en torno a los diferentes
controles que se realizan en las experiencias, tanto en los momentos de
preparación como de discusión de conclusiones. En la medida en que se entienden
las razones que justifican el diseño de la experiencia y los efectos
producidos, se puede comprender mejor el problema sobre el que se está
trabajando.
Fuentes
El presente Anexo es una recopilación y adecuación de los siguientes textos:
-Matemática-C. Naturales 4. Capítulo: Los materiales y sus mezclas. Ed. Kapeluz. CABA (2000)-Química 1. Química en acción. Aldabe, Sara; Aramendia, Pedro; Bonazzola, Cecilia; Lacreu, Laura. Capítulo:
Mezclas y soluciones. Ed. Colihue. Bs. As. (2004)
-¿Eso es química? Martí Franques Grup. Ed. Addison Wesley Longman. México (2000)
-Procesos cognitivos en la comprensión de la ciencia. Pozo, Juan Ignacio; Gómez Crespo, María Aurora; Limón
Luque, Margarita; Sanz Serrano, Alberto. Capítulo 1: Sistemas materiales. Ed. Ministerio de Ed. Cultura y Deporte.
España (1991).
-Algunas orientaciones para la enseñanza escolar de las ciencias naturales. Documento de trabajo Nº7”. Dirección
de Curricula CABA. (1999)
El presente Anexo es una recopilación y adecuación de los siguientes textos:
-Matemática-C. Naturales 4. Capítulo: Los materiales y sus mezclas. Ed. Kapeluz. CABA (2000)-Química 1. Química en acción. Aldabe, Sara; Aramendia, Pedro; Bonazzola, Cecilia; Lacreu, Laura. Capítulo:
Mezclas y soluciones. Ed. Colihue. Bs. As. (2004)
-¿Eso es química? Martí Franques Grup. Ed. Addison Wesley Longman. México (2000)
-Procesos cognitivos en la comprensión de la ciencia. Pozo, Juan Ignacio; Gómez Crespo, María Aurora; Limón
Luque, Margarita; Sanz Serrano, Alberto. Capítulo 1: Sistemas materiales. Ed. Ministerio de Ed. Cultura y Deporte.
España (1991).
-Algunas orientaciones para la enseñanza escolar de las ciencias naturales. Documento de trabajo Nº7”. Dirección
de Curricula CABA. (1999)