UNO MÁS UNO... IGUAL A DOS??? Introducción La forma de afrontar un problema científico, ha ido cambiando a lo largo de la historia de la humanidad, los filósofos antiguos como Aristóteles (S IV a.c) usaban razonamientos teóricos para explicar fenómenos naturales como la caída de los cuerpos o el movimiento de los planetas. Los descubrimientos y avances científicos que se han dado a lo largo de la historia, se han producido en circunstancias muy distintas y los han realizado personajes individuales o grupos de trabajo utilizando técnicas muy diversas y dando lugar a descubrimientos de vital importancia: Isaac Newton Galileo Galilei Marie Curie En los descubrimientos científicos no es posible hablar de un método único que nos lleve a una fórmula que nos solucione el problema, ya que de ser así todo estaría descubierto. A pesar de lo dicho, es posible distinguir varias etapas básicas en el trabajo de un científico al conjunto de las cuales se denomina método científico. En esta práctica te plantearemos una mini investigación para lo cual, tendrás que tener en cuenta cuales son las etapas de este trabajo científico: 1. Observar e investigar. La observación de la naturaleza provoca curiosidad, nos hacer preguntarnos cómo ésta funciona y nos motiva a investigar. 1
2. Plantearse una pregunta o problema. En este paso, es conveniente ser muy específico, para que la investigación no sea muy complicada. 3. Establecer una posible respuesta a la pregunta. Lo que conocemos como hipótesis. Para hacer una buena hipótesis ayuda mucho investigar y leer sobre el tema que nos interesa. 4. Realizar la investigación necesaria: experimentar, recopilar datos, buscar información. Primero, se hace un plan de cómo se probará la hipótesis, qué materiales y equipos serán necesarios, qué personas asesorarán y en que lugar/tiempo se hará la investigación. Una vez esto esté claro, se procede a experimentar. 5. Llegar a una conclusión, que apoye o refute tu hipótesis. La conclusión obviamente debe ser producto de tus resultados. Si algo bueno tiene el método científico es que minimiza la influencia de lo que cree el científico en lo que ocurrirá en el experimento. Cuando se prueba una hipótesis, el científico puede tener una preferencia por algún resultado y es importante que esa preferencia no afecte los resultados o su interpretación. El error más fundamental es confundir la hipótesis con la explicación de un fenómeno sin realizar pruebas experimentales. Algunas veces el sentido común y la lógica nos hacen creer que no es necesario experimentar pero siempre hay que hacerlo antes de llegar a conclusiones. Ahora en este sencillo experimento, podrás ver que en Ciencia, la intuición muchas veces, no es la mejor consejera y no es bueno dejarse llevar por primeras impresiones o por pensamientos rápidos. Realmente....piensas que uno más uno son dos??? 2
Material necesario Varios tubos de ensayo, tubos de centrífuga, o tubos de vidrio transparentes. También pueden servirte vasos o frascos de vidrio alargados. Agua. Etanol. Rotulador de tinta indeleble para marcar el vidrio. Procedimiento Vamos a empezar nuestra pequeña investigación con unas sencillas experiencias dónde vamos a jugar con volúmenes de agua y etanol. En primer lugar vamos a trabajar con agua: 1. Llena uno de los tubos de ensayo (tubo 1) con agua hasta la mitad aproximadamente. Con el rotulador haz una marca hasta el nivel del agua. 2. Vuelca el contenido del tubo 1 en el tubo 2 y resérvalo. 3. Llena nuevamente con agua el tubo 1 hasta la marca y vuelva el contenido en el tubo 2, por tanto el tubo 2 contendrá 2 volúmenes de agua. 4. Marca el nivel del tubo 2 con el rotulador. 5. Sin borrar las marcas, repite todas las operaciones anteriores con el etanol. 3
6. Si has hecho todo bien, el nivel de alcohol en el tubo 2 debería coincidir con la marca del rotulador. NOTA: Cuando manipules el etanol, pide a tu profesor unos guantes CON AGUA CON ETANOL Hasta aquí, la intuición nos ha funcionado bien, dado que, tal y cómo esperábamos, la adición de dos volúmenes de agua da el mismo resultado que la adición de dos volúmenes de alcohol, es decir, se obtienen dos volúmenes suma de los dos volúmenes iniciales de los que partíamos, pero...vayamos un poco más, veamos que pasa en el siguiente caso, vamos a mezclar volúmenes de agua y etanol: 1. Llena el tubo 1 con agua hasta la marca y vuelca el contenido en el tubo 2. 4
2. Llena el tubo 1 con etanol hasta la marca y vuelca el contenido en el tubo 2. Agita el contenido del tubo 2 un poco para mezclar y homogenizar su contenido tratando de no derramar nada. 3. Verifica si el nivel resultante en el tubo 2 coincide con la marca del rotulador que previamente habíamos hecho. CON AGUA Y ETANOL Qué ha pasado??????? El resultado es algo desconcertante verdad?, si se mezcla un volumen de agua y un volumen igual de etanol, el volumen resultante es menor que el obtenido cuando se mezclaron volúmenes iguales de agua o volúmenes iguales de etanol. El científico entonces se dejaría llevar por su intuición? O buscaría alguna explicación a lo que ha observado? Pues...es hora de ponerse a pensar y a elaborar teorías...busquemos un por qué!!!! Explicación En este caso la intuición nos ha fallado por una sencilla razón, que en principio no se tiene en cuenta. Al mezclar dos líquidos, las masas son aditivas, pero los volúmenes no lo son y por tanto el volumen final puede ser mayor o menor que la suma de los volúmenes iniciales. El agua y el etanol tienen una propiedad llamada volumen molar (es el volumen que ocupa un mol) que en caso del agua es de 0.018 L.Al 5
adicionar el volumen de etanol al agua, el grupo -OH del alcohol interacciona fuertemente con el H + de las moléculas del agua mediante una unión fuerte denominada puentes de hidrógeno. Las moléculas del alcohol y el agua interaccionan (imagínate las moléculas unidas con mucha afinidad con uniones muy estrechas ), de tal modo que este volumen molar del agua se reducirá a 0.014 L, es decir un mol de agua ocupará menos volumen, y como cada mol ocupa un menor volumen, el volumen total de nuestra disolución se reducirá, y es por eso que hemos observado una reducción de volumen. Nota El experimento se puede realizar utilizando cuatro tubos de ensayo y, aparte de agua y etanol, azul de metileno al 0.2 %: 1. Llena uno de los tubos de ensayo (tubo 1) con agua hasta la mitad aproximadamente. Con el rotulador haz una marca hasta el nivel del agua. En vez de un tubo de ensayo, se puede usar una probeta de 10 ml y llenarla hasta 5 ml. 2. Vuelca el contenido del tubo 1 en el tubo 2 y resérvalo. 3. Llena nuevamente con agua el tubo 1 hasta la marca y vuelva el contenido en el tubo 2. El tubo 2 contendrá 2 volúmenes de agua. 4. En un vaso de precipitados de 50 ml vierte unos 25 ml de etanol y añade 3 gotas de azul de metileno al 0.2 % para poder distinguirlo del agua (el azul de metileno es un colorante que se prepara en etanol). 6
5. Repite los pasos 1 a 3 con el etanol vertiéndolo en el tubo 3. Cuando termines, este tubo contendrá 2 volúmenes de etanol. 6. Compara la altura del líquido alcanzada en los tubos 2 y 3. Debe ser la misma. 7. Llena el tubo 1 con agua hasta la marca y vuelca el contenido en el tubo 4. 8. Llena el tubo 1 con etanol hasta la marca y vuelca el contenido en el tubo 4. Agita el contenido del tubo 4 un poco para mezclar y homogenizar su contenido tratando de no derramar nada. 9. Verifica si el nivel resultante en el tubo 4 coincide con los niveles de los tubos 2 y 3.. 7