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UNIDAD DIDÁCTICA 3. LA MATERIA. PROPIEDADES GENERALES Y ESPECÍFICAS. 8 SESIONES. 1. Propiedades generales de la materia. Masa y Volumen 2. La densidad. Cambios de unidades. 3. Otras propiedades características. 4. Identificación de sustancias puras. 5. LABORATORIO: Cálculo de la densidad de sólidos regulares e irregulares

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11. ¿Cuál es la sensibilidad de la probeta de la figura? Si la masa del sólido es de 16g, hallar su densidad en g/cm

3 y unidades del SI?

12. Una habitación mide 4m de largo, 3m de alto y otros 3m de ancho. Sabiendo que la densidad del aire es de 0,00128 kg/m

3, halla la masa de aire en gramos que cabe en ella. Pon la densidad en unidades del sistema

internacional

MIRA COMO RESUELVO EL PROBLEMA 9. FIJÁTE BIEN POR QUE PROCEDEREMOS DE LA MISMA FORMA EN EL LABORATORIO.

Con esta actividad se pretende calcular la densidad de un objeto de una forma experimental, usando datos que podríamos obtener en un laboratorio.

El alumno debe manejar el concepto de volumen desalojado, entendido como el volumen de líquido que desplaza un objeto sólido al introducirse en él. Para calcular dicho volumen debe restarse, del volumen final que marca la probeta, el volumen inicial: el volumen desalojado coincide con el volumen del objeto.

Aunque no indicamos en qué unidad debe expresarse la densidad, conviene recordar a los alumnos la importancia de utilizar el SI de unidades.

Colocando las unidades en el SI y realizando el cálculo pertinente tendremos:

m = 280 g = 0,28 kg

V = 25 cm3 - 20 cm

3 = 5 cm

3 = 5 · 10

-6 m

3

d =

=

= 56 000 kg/m3

Sería interesante pedir a los alumnos que reflexionasen sobre la validez del resultado. En efecto, la densidad obtenida es excesivamente alta: en el problema anterior se ha visto que la densidad del osmio, el metal más denso, es 22,6 g/mL, es decir, 22 600 kg/m

3, y ahora nos encontramos con un resultado más de dos veces mayor

que aquél. Podría pedírseles que indicasen en qué parte del procedimiento puede haberse cometido un error: por ejemplo, en la lectura de la masa del objeto (si el valor fuese 28 g, en lugar de 280 g, tendríamos una densidad de 5,6 g/mL, un valor próximo a la densidad del galio, por ejemplo).

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ACTIVIDADES DE CONSOLIDACIÓN DE UNIDAD

13. Se ha encontrado un objeto metálico en una excavación y se quiere saber si se trata de cobre o de

cualquier otro metal. Al medir su masa en la balanza, se obtiene un valor de 137 g y, al sumergirlo en agua,

desplaza un volumen de 15,4 cm3. Dato: densidad del cobre = 8,93 g/cm

3.

a) Averigua si se trata de cobre.

b) ¿Te podrías basar en otra propiedad para estar seguro?

Con esta actividad desarrollamos la competencia de aprender a aprender. El alumno debe poner en práctica sus

conocimientos para resolver la actividad.

a) Para poder averiguar si se trata de cobre debemos recurrir a las propiedades específicas, las cuales tienen un

valor único para cada sustancia. En este caso recurrimos a la densidad:

d =

=

= 8,90 g/cm3

Obtenemos un valor muy parecido a la densidad del cobre, por lo que podemos afirmar que dicha sustancia

se trata de cobre. Deberíamos haber obtenido un valor exacto de 8,93 g/cm3, pero esa pequeña diferencia

puede ser debida a errores experimentales de medida.

b) Podríamos basarnos, efectivamente, en otras propiedades específicas, como la temperatura de fusión o la

temperatura de ebullición. Cualquier propiedad específica nos valdría para determinar la naturaleza de la

sustancia.

14. Ordena las siguientes densidades de mayor a menor: alcohol (0,8 g/cm3), agua (1 000 kg/m

3), plata

(0,0105 kg/cm3), aceite (0,9 g/cm

3).

Nos encontramos con una actividad de cambio de unidades aplicada a una situación real. Debemos ordenar los

valores de la densidad de varias sustancias, algo que solo podemos efectuar si están expresados en las mismas

unidades. Vamos a convertir todos los valores al SI:

d (alcohol) =

·

·

= 800 kg/m3

d (aceite) =

·

·

= 900 kg/m3

d (plata) =

·

= 10 500 kg/m3

Por lo tanto:

d (plata) > d (agua) > d (aceite) > d (alcohol)

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MIRA A TU ALREDEDOR. PEQUEÑA LECTURA. Casualidad y ciencia. ¡Eureka!

Hierón, el rey de Siracusa en el siglo III a. C., y pariente

de Arquímedes, le planteó un día un problema a

Arquímedes. Al rey le habían fabricado una corona de oro.

No estaba muy seguro de que el artesano hubiese obrado

rectamente; podría haberse guardado parte del oro que le

habían entregado y haberlo sustituido por plata o cobre.

Así que Hierón encargó a Arquímedes averiguar si la

corona era de oro puro, sin estropearla.

Arquímedes no sabía qué hacer. El cobre y la plata son

más ligeros que el oro. Conociendo el espacio ocupado por la corona (es decir, su volumen) podría contestar a

Hierón. Lo que no sabía era cómo averiguar el volumen de la corona sin transformarla en una masa compacta.

Arquímedes siguió dando vueltas al problema en los baños públicos, suspirando probablemente con resignación,

mientras se sumergía en una tinaja llena y observaba cómo rebosaba el agua. De pronto, se puso en pie como

impulsado por un resorte: se había dado cuenta de que su cuerpo desplazaba agua fuera de la bañera. El

volumen de agua desplazado tenía que ser igual al volumen de su cuerpo. Para averiguar el volumen de cualquier

cosa bastaba con medir el volumen de agua que desplazaba. ¡En un golpe de intuición había descubierto el

principio del desplazamiento!

Arquímedes no pudo esperar: saltó de la bañera y, desnudo y empapado, salió a la calle y corrió a casa, gritando

una y otra vez: « ¡Lo encontré, lo encontré!» Solo que en griego, claro está: «¡Eureka! ¡Eureka!»

Llenó de agua un recipiente, metió la corona y midió el volumen de agua desplazada. Luego hizo lo propio con un

peso igual de oro puro; el volumen desplazado era menor. El oro de la corona había sido mezclado con un metal

más ligero. El rey ordenó ejecutar al orfebre.

Momentos estelares de la ciencia; Isaac Asimov

Cuestiones

a. Arquímedes averiguó que el orfebre estaba mintiendo. Explica cómo lo consiguió. b. Arquímedes encontró la respuesta de forma casual. ¿Crees que utilizó el método científico? c. Busca información de más descubrimientos encontrados por casualidad.

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YA PARA TERMINAR…. UNIDAD III. ALGUNAS PROPIEDADES DE LA MATERIA. 1. Un astronauta se ha traído una roca de la Luna.

a) ¿Qué propiedades comunes de esa roca permanecerán constantes al traerla a la Tierra?

b) ¿Qué propiedad común variará?

2. ¿Por qué las propiedades específicas nos sirven para distinguir unas sustancias de otras y las

propiedades comunes no?

3. Las propiedades características no dependen de la cantidad de sustancia que tomamos para

determinarlas:

a) No es cierto.

b) Es cierto.

c) Depende de cómo se realice el experimento.

d) Algunas no dependen de ello, otras sí.

4. Unidades. El kg es la unidad de masa en el S.I. pero existen otras muy utilizadas. Nómbralas y

señala la relación entre ellas.

5. a) Expresa en kg la masa de una sandía de 2400 g.

b) Expresa en g la masa de 3/4 kg de azúcar.

c) 1 g ¿cuántos mg son?

6. Los líquidos también tienen masa, ¿cómo averiguarías la masa del líquido contenido en un

frasco?

7. Práctica en casa: a una cantidad de agua le añadimos azúcar. ¿Cómo es la masa de la disolución

obtenida? Saca consecuencias de esta experiencia.

8. Unidades. Recuerda unidades de medida de capacidad y volumen. Nómbralas y señala la relación

entre ellas.

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9. a) Expresa en litros el volumen de coca-cola contenido en una lata de 33 cl.

b) El contenido de un frasco de medicina viene señalado en la etiqueta: 250 ml.

¿Con cuántos frascos tendríamos un litro?

10. ¿Qué procedimiento usaría para medir el volumen de un sólido regular, por ejemplo un cubo?

¿En qué unidades los expresarías?

11. Para casa: dibuja el desarrollo de un decímetro cúbico en cartulina y otro de un centímetro

cúbico. Recorta los desarrollos, construye los cubos y compara sus dimensiones.

12. a) Los tetra-brik que sirven para envasar leche y zumos, tienen por dimensiones 166 mm, 95 mm y 65

mm.

¿Qué volumen corresponde a esas dimensiones?

b) En el envase del ejercicio anterior, ¿cabría un litro de cualquier sustancia? ¿Cuál es el

volumen máximo, en litros y en m3, de ese envase?

13. Práctica de laboratorio: ¿Qué procedimiento usarías para medir el volumen de un fragmento

irregular de mármol? ¿Y si el fragmento es de sal común?

14. Los gases ocupan volumen. Señala alguna experiencia que lo justifique.

15. De los cubos (aluminio, hierro, madera, corcho) que te enseña el profesor, unos tienen iguales y

otros diferentes dimensiones. El hierro se dice que es más denso que el corcho, ¿qué significa esto?

Estas dos sustancias son ¿más o menos densas que el agua? Razona.

16. Práctica de laboratorio. Medida de densidades de sólidos y líquidos proporcionados por el

profesor.

17. Para casa: haz una estimación de la densidad de tu cuerpo

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VAMOS AL LABORATORIO 3. CÁLCULO DE MASAS Y DENSIDADES.

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PRÁCTICA Nº 3.1: “Determinación de la densidad de líquidos”

1.- OBJETIVOS: Comprobar que los líquidos con diferentes densidades flotan uno encima del otro en diferentes capas. 2.- MATERIALES:

1º. Probeta de 100 ml. 2º. Una cuchara 3º. Miel 4º. Agua 5º. Vaselina líquida 6º. Aceite de oliva 7º. Alcohol 8º. Colorantes (rojo y azul) 9º. Vaso de precipitados de 100 ml

3.- REALIZACIÓN:

1º. Se pesan en un vaso de precipitados 50 ml de cada una de las sustancias. (Se recogen los datos en la tabla del apartado de actividades)

2º. Se añade una pequeña cantidad de colorante azul al vaso del agua y anaranjado de metilo al alcohol. 3º. Se vierten los líquidos en la probeta empezando por el más denso. Cada capa puede tener 2 ó 3 cm de

altura: I. La MIEL se vierte con cuidado en el fondo de la probeta (procurando que no resbale por las

paredes). II. Después el AGUA coloreada de azul.

III. Cuando esta capa se haya estabilizado, se añade con cuidado el ACEITE. IV. A continuación se añade despacio para que no se mezcle la VASELINA LÍQUIDA V. Por último, vertemos el líquido más “ligero”, el ALCOHOL de farmacia previamente teñido de rojo.

4.- ANÁLISIS DE RESULTADOS y CUESTIONES:

a) Calcula la densidad de todos los líquidos:

Sustancia *Masa vaso

vacío (g)

*Masa vaso lleno

(g)

Masa sustancia

(g)

* Volumen

(cm3)

Densidad calculada (g/cm

3)

Densidad internet (g/cm

3)

¿Se parecen?

Miel 47,5 118,84 50

Agua 47,5 96,35 50

Aceite 47,5 91,84 50

Vaselina líquida

47,5 81,85 50

Alcohol 47,5 86,77 50

* Usa los datos de tu grupo de prácticas (si no los tienes usa los de la tabla)

b) Busca información en internet o en una enciclopedia de los datos de densidades de estos líquidos. Compáralos con tus resultados de laboratorio.

c) ¿Por qué piensas que hemos colocado los líquidos en la probeta en el orden indicado en la práctica y no en cualquier otro?

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5.- EXPLICACIÓN: Nuestra “columna de densidades” está formada por cinco capas de líquidos que se mantienen separados por su distinta densidad. El líquido de mayor densidad se coloca en el fondo del recipiente y se van ordenando por orden decreciente de densidad. Cada líquido flota sobre otro líquido de mayor densidad. Para realizar el experimento se utilizan líquidos no miscibles (no se mezclan, como el agua y el aceite) y líquidos miscibles (se mezclan fácilmente como el agua y el alcohol). En casa podéis encontrar otros líquidos con los que construir una columna de densidades: agua con sal, vinagre, jabón líquido, kétchup y sirope.