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QUÍMICA
EL LENGUAJE DE LA CIENCIA
Las Ciencias Naturales y el conocimiento científico
Para construir el conocimiento científico, hacen falta muchas cosas: las nociones e
investigaciones previas, los materiales y equipos, la vinculación con otros científico, la
interacción con hechos y fenómenos, etc.
Pero, encima de todos esos requisitos, lo más importante es el hombre interesado por el mundo
natural. Sin sus ojos, sus manos, sus oídos, su cerebro, sin su insaciable curiosidad e interés
constante, el avance del saber científico resultaría imposible.
El avance en el conocimiento del mundo que nos rodea y del propio ser humano se logra
gracias a la labor de la investigación científica. Con ella se buscan respuestas a determinados
problemas y, cuando se trata de una buena investigación, se dejan abiertos nuevos problemas
que dan comienzo a otra investigación. Ya Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716), filósofo y
matemática alemán, afirmó, con referencia a los avances científicos “Cada nuevo contacto con
lo desconocido despliega una insospechada gama de posibilidades”.
En este sentido, la Ciencia se convierte en una continua evolución del conocimiento de todo
aquello que despierta el interés y la curiosidad del ser humano. La Ciencia existe porque el
hombre se pregunta el cómo y el porqué de todas las cosas.
Pero para formar parte del conocimiento científico, las conclusiones a las que se llega en
una investigación no pueden ser interpretadas como verdades absolutas, sino que siempre han
de ser susceptibles de revisión.
Las Ciencias naturales, que se incluyen dentro de las Ciencias fácticas, intentan conocer
con la mayor certeza posible la realidad del mundo físico, químico y biológico a través de la
investigación científica de los fenómenos naturales. Pero la característica más importante de
las Ciencias naturales es la
experimentación, base del método
científico. Por esta razón, se las
denomina también Ciencias
experimentales. Si bien el método
experimental se atribuye a Galileo,
fue en realidad Arquímedes, natural
de Siracusa (287-212 a.C.) quién
recurrió a él para realizar sus
investigaciones sobre hidrostática.
La Física, la Química, la
Astronomía, la Biología, la Geología, la Meteorología, la Climatología y la Edafología son,
entonces, ciencias naturales, porque sus conocimientos se basan en fenómenos naturales
observables, y ciencias experimentales, porque sus hipótesis pueden someterse a
experimentación.
QUÍMICA
¿Qué estudia la Química?
Irremediablemente, cuando en el cine o en la televisión se cuenta una historia de científicos,
éstos son pelilargos, con anteojos, y habitan en un laboratorio desordenado, lleno de
recipientes burbujeantes.
Interminables fórmulas químicas, matraces con reactivos
burbujeantes, científicos con gruesos anteojos que pasan horas en su
laboratorio… Seguramente, cuando ustedes escuchan la palabra
“química” se imaginan algunas de estas cosas. Sin embargo, más allá
de lo que pueda haber de cierto en estas caracterizaciones, la
Química es mucho más que esto. Aunque resulte difícil definirla de
manera exacta, pues como todas las ciencias está en permanente
evolución, podemos decir que:
La Química es una ciencia que estudia la materia, sus propiedades, su constitución cualitativa y
cuantitativa, los cambios que experimenta, así como las variaciones energéticas que
acompañan las transformaciones en las que interviene.
El estudio de la química persigue dos fines: por un lado, explicar los fenómenos
naturales, encontrando sus principios y sus causas. En este sentido puede decirse que es una
ciencia fenomenológica. Por otro lado, la explicación precisa de estos fenómenos permite al
hombre aplicar sus conocimientos para gobernarlos de manera inteligente.
Comprueben que ocurrió a través del tiempo con un proceso como la fermentación:
En el año 1800 a.C., se observó que al dejar reposar un tiempo jugos de frutas o cereales
mojados, éstos cambiaban su sabor y producían efectos “especiales” en el comportamiento
de quien los consumía. En la Edad Media era común usar alambiques para destilar el
producto de estos procesos de fermentación.
En 1878, el alemán Wilhelm Friedich Kuhne dedujo que
los fermentos se producían por acción de las enzimas o
catalizadores biológicos. A partir de allí, estas reacciones
pudieron ser estudiadas y aplicadas a procesos
industriales. Actualmente, la fermentación se utiliza no
sólo en la industria de alimentos (para fabricar bebidas y
alimentos), sino también en la industria química para
producir glicerina, propanona, etanol, etc., a gran escala.
Es interesante observar como un descubrimiento sucede a otro, y como el último resulta
del conocimiento acumulado de los anteriores. En otras palabras, el mérito de un
descubrimiento no es solo del último investigador de la cadena, sino de todos sus antecesores.
En la actualidad son tan numerosos los grupos de investigación, que se hace necesaria la
existencia de publicaciones o medios informáticos para divulgar los descubrimientos y las
líneas de trabajo, de manera que se complementen y no se superpongan. Además, los
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químicos no trabajan solos, sino que se integran en equipos multidisciplinarios, es decir, a
aquellos que cuentan en sus filas a profesionales de otras áreas: físicos, biólogos, matemáticos,
astrónomos, médicos, tecnólogos, ingenieros, etc.
El trabajo científico
El método científico puede ser considerado como el proceso que sigue el investigador para
llegar al conocimiento. Se trata de una secuencia lógica de pasos que se siguen para que el
trabajo del químico (o de cualquier otro científico) tenga validez.
¿Pero esto siempre fue así?
Uno de los fenómenos que inquietó a los científicos desde la Antigüedad fue el origen
del fuego y el fenómeno de la combustión. Al comparar con la formación de herrumbre, la
pregunta que surgía era: ¿cuándo una sustancia se quema, pierde peso, y cuando se oxida, lo
gana?
El alemán George Ernst Stahl (1660-1734) postuló, en 1700,
que los objetos combustibles eran ricos en flogisto (del griego
phlogiston: prender fuego). Según él, al arder, las sustancias perdían
flogisto: comparó la herrumbre con la combustión y sostuvo que, a
medida que un metal se oxidaba, iba perdiendo flogisto. Stahl no
consideraba importante realizar mediciones cuantitativas para
verificar su postulado.
En 1772, Antoine-Laurent Lavoisier consideró que era importante cuantificar los
resultados de las experiencias. De acuerdo con esto, repitió las experiencias de combustión en
recipientes cerrados y, con asombro, descubrió que la materia resultante era más pesada que
los elementos que quemó, a pesar de que el peso total del recipiente no había cambiado. Si los
elementos ganaban peso con la combustión, “alguien” tenía que haberlo perdido. La única
posibilidad era el aire encerrado, de manera que en el recipiente se debería producir un vacío
parcial. Esta teoría se comprobó al abrir el sistema, ya que entró tanto aire como peso habían
ganado los elementos al combustionar: Lavoisier concluyó que la combustión no se producía
por pérdida del flogisto, sino por combinación de una sustancia presente en el aire que llamó
“oxígeno”.
En el primer caso, la falta de mediciones y rigor
científico en la experimentación llevó a Stahl a una
conclusión equivocada, mientras que en segundo caso
se llegó a la explicación correcta. Precisamente los
postulados de la química se construyen aplicando una
metodología precisa, controlada y reproducible.
El método científico es una secuencia lógica de pasos
que se siguen para que el trabajo del químico tenga validez. Luego de una observación
exhaustiva y reiterada del fenómeno, surge el planteo del problema a investigar. El científico
enuncia, según el análisis “a priori” del problema, cuál sería, a su criterio, la hipótesis, es decir,
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la respuesta más probable a la cuestión. Antes efectúa una recopilación de datos, por ejemplo
de trabajos de otros investigadores relacionados con el tema. A partir de allí, comienza a
diseñar y realizar experiencias con el fin de comprobar la veracidad de la hipótesis. Si la
hipótesis se cumple, el científico puede arribar a conclusiones de valor predictivo. Es decir que
frente al mismo planteo puede anticipar cual será la respuesta. Muchas veces ocurre que la
hipótesis no se cumple y debe reformularse. La validez de una o varias hipótesis permite, en
muchos casos, enunciar leyes o teorías universales.
En la actualidad, el planteo de un problema
científico surge a veces del análisis de trabajos anteriores
referidos al tema. Estos dejan casi siempre algún punto
sin resolver, que es observado y tomado como punto de
partida de una nueva investigación.
La experimentación
La experimentación resulta, casi siempre, la etapa más laboriosa y complicada del trabajo del
químico. ¿Qué factores se tienen en cuenta en su ejecución?
Cuando se planifica una experiencia se deben tener en cuenta los pasos a seguir, los
factores o variables que puedan influir en los resultados, los materiales y equipamientos
necesarios para realizar los experimentos, el tiempo estimado para realizar las
comprobaciones y las medidas y registros que se deberán tomar para cuantificar y
estandarizar los resultados y poder así, en el futuro, repetir las pruebas.
La trascendencia de las mediciones en la ciencia puede resumirse en una brillante frase
enunciada en 1833 por William Thomson (1824-1907), físico estudioso de las escalas de la
temperatura, más conocido como lord Kelvin: “Digo a menudo que, cuando se puede medir
aquello de lo que se habla y expresarlo en números, es cuando se conoce algo de ello; pero si
no puede expresarse en números, el conocimiento es poco satisfactorio; puede ser el
comienzo del conocimiento, pero apenas se ha avanzado con estos pensamientos para llegar al
estadio de ciencia, cualquiera sea la materia de que se trate…”.
Para que el diseño experimental resulte más sencillo, se establecen factores que no
varían, llamados variables controladas, y se registran las modificaciones sufridas por otro
factor (variable dependiente) cuando el experimentador modifica, arbitrariamente, otra
magnitud (variable independiente).
Como todas las disciplinas, la Química tiene su propio lenguaje que permite la correcta
comunicación de experiencias y conclusiones. Los símbolos químicos representan los
elementos; las fórmulas, los distintos compuestos; las ecuaciones simbolizan las
transformaciones que sufren las sustancias.
QUÍMICA
Químicos en acción
¿Pensaron alguna vez que tienen en común un zapato, un medicamento, un pan de manteca y
un transistor? Aunque la respuesta parece difícil, podemos decir que en el proceso de
producción de todos estos objetos intervino un químico. Los químicos son los encargados de
indicar, por ejemplo, la forma correcta de curtir un cuero, sintetizar suelas vinílicas resistentes,
descubrir nuevos antibióticos, controlar los procesos enzimáticos en la fabricación de derivados
lácteos y de obtener nuevos materiales para ser utilizados en electrónica.
En la industria alimentaria, los químicos supervisan los procesos de producción y la calidad de las materias primas y de los productos obtenidos. Los especialistas en alimentos se llaman bromatólogos. Los resultados de su trabajo pueden comprobarse, por ejemplo, leyendo las etiquetas de los alimentos, que incluyen un detalle porcentual de los compuestos químicos.
El control de calidad se realiza, de manera exhaustiva, en la industria farmacéutica, donde muchos químicos trabajan, también, para desarrollar nuevos medicamentos. Día a día se sintetizan analgésicos, antibióticos y otras drogas.
La tarea del químico forense resulta importante
para aclarar situaciones legales frente a un
hecho concreto. Por ejemplo, la presencia de
una droga en un tejido cadavérico, o de alguna
sustancia tóxica en aguas o alimentos. Los
toxicólogos analizan estos aspectos.
La petroquímica, o química del petróleo y sus derivados, cuenta con químicos dedicados a investigar, desarrollar y aplicar nuevos productos. Se desarrollan aquí combustibles, plásticos y otros materiales novedosos capaces de reemplazar a los tradicionales, mejorando sus propiedades y ampliando el campo de aplicación.
QUÍMICA
Los bioquímicos tienen dos tareas fundamentales: por un lado, aquellos que se dedican a la investigación descifran los mecanismos moleculares que ocurren en la maquinaria celular de todos los seres vivos. Por otro lado, los bioquímicos asistenciales colaboran con las ciencias médicas desde los laboratorios de análisis clínicos, aportando parámetros que facilitan el diagnóstico y tratamiento de las enfermedades.
Los químicos ambientales estudian la presencia de contaminantes en el agua, la tierra y el aire. Establecen la relación entre las concentraciones de contaminantes y los daños que causan y, sobre todo, proponen los tratamientos necesarios para contrarrestar los efectos de la contaminación.
Los agroquímicos trabajan asesorando a agricultores en el mejoramiento de tierras de cultivo y pastoreo; en el uso de fertilizantes, de pesticidas, de suplementos alimentarios para el ganado, etc.
El estudio de las propiedades fisicoquímicas de los materiales usados en la construcción, así como el diseño de plantas industriales, es tarea de los ingenieros químicos.
Los geoquímicos y los astroquímicos descifran, a través del estudio de los compuestos químicos, como están constituidos la Tierra y el Universo, cómo fue su evolución, y cuál será su futuro.
Los químicos industriales se dedican al análisis e investigación de las propiedades de numerosas sustancias, que se utilizan en la fabricación de diversos productos, y al desarrollo de nuevos compuestos.
QUÍMICA
MATERIA
Hace miles de millones de años, el Universo estaba reducido a un pequeño volumen con
densidad y temperatura infinitas. Luego de la Gran Explosión, materia y energía se
expandieron, formando poco a poco el Universo tal y como lo conocemos. ¿Pero qué es la
materia?
La manera más aproximada de definir la materia es decir que es todo aquello que tiene
masa, que ocupa un lugar en el espacio y que es perceptible, o sea, que puede impresionar
directa o indirectamente nuestros sentidos.
Muchas evidencias demuestran que la materia está constituida por estructuras
infinitamente pequeñas, los átomos. En el átomo puede distinguirse una parte central o
núcleo, formada por dos tipos de partículas subatómicas, los neutrones y los protones, y
rodeada por una nube de otras partículas subatómicas, los electrones, que se desplazan
alrededor del núcleo en regiones del espacio llamadas orbitales.
Todo el Universo está formado por materia. Una porción limitada de materia constituye
un cuerpo. La Luna, un espejo, un clavo de hierro y un elefante son ejemplos de cuerpos. Los
cuerpos pueden estar constituidos por distintos materiales. Una cadena de oro y una cadena
de plata son cuerpos diferentes. En cambio, un anillo y una pulsera de oro son cuerpos
diferentes hechos del mismo material. Desde el punto de vista químico, los materiales pueden
ser mezclas o sustancias puras.
Una sustancia es una forma de materia cuya composición resulta definida y constante, con
propiedades físicas y químicas características, en determinadas condiciones de presión y
temperatura.
Por ejemplo, el agua pura empleada en las baterías de los automóviles es una sustancia
incolora, que hierve a 100 ºC, se solidifica a 0 ºC y tiene una densidad de 1g/cm3 a una
atmósfera y 4 ºC. Existen dos tipos de sustancias:
● sustancias simples o elementos químicos: son aquellas que no pueden
descomponerse en otras más sencillas por ningún método físico o químico, como, por
ejemplo, el cobre o el nitrógeno.
● sustancias compuestas o compuestos químicos: resultan de la combinación de dos o
más sustancias simples. Pueden descomponerse en sustancias simples por medio de
reacciones químicas. La sal de cocina, conocida como cloruro de sodio, por ejemplo,
puede descomponerse en cloro y sodio.
Una mezcla es la reunión de dos o más sustancias que permanecen en contacto, sin que entre
ellas ocurra una reacción química. Las mezclas tienen propiedades variables.
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Estados de agregación y cambios de estado
La materia se presenta en tres fases o estados de agregación diferentes: sólidos, líquidos
y gaseoso. Aunque en la actualidad se reconocen otros estados de la materia. como el plasma,
consideraremos sólo estos tres.
● En estado sólido la materia es rígida, tiene una forma definida, y su volumen no varía
de manera considerable con los cambios de presión y de temperatura.
● En estado líquido la materia puede fluir, adopta la forma del recipiente que la
contiene, tiene un volumen definido y es prácticamente incompresible.
● En estado gaseoso la materia fluye con mayor libertad que en el estado líquido, ocupa
todo el recipiente que la contiene, puede expandirse indefinidamente y se comprime
con facilidad.
En condiciones ordinarias, las sustancias se presentan en un estado físico determinado.
Por ejemplo: el nitrógeno es un gas, el alcohol fino o etanol es un líquido, y el aluminio es un
sólido. Pero es posible que estas sustancias presenten otros estados distintos del habitual: el
nitrógeno se puede licuar, el etanol puede evaporarse, y el aluminio se puede fundir. Estas
modificaciones que sufre el estado de una sustancia determinada se conocen como cambios
de estado.
Los cambios de estado que se producen por absorción de calor se denominan progresivos, y
aquellos que al producirse desprenden calor se llaman regresivos. Los cambios de estado se
pueden esquematizar de la siguiente manera:
1. Fusión. Pasaje del estado sólido al líquido. 2. Vaporización. Pasaje del estado líquido
al gaseoso. Cuando se verifica a través de la superficie libre se denomina evaporación; en cambio, cuando tiene lugar en toda la masa de un líquido se llama ebullición. 3. Volatilización. Pasaje del estado sólido
al gaseoso, sin pasar por el estado líquido. 4. Sublimación. Pasaje del estado
gaseoso al sólido sin pasar por el estado líquido. Algunos autores emplean este
término para definir también el camino inverso, es decir, la volatilización. 5. Solidificación. Pasaje del estado líquido al sólido. 6. Licuefacción. Pasaje del estado gaseoso al estado líquido.
Gráfico de temperatura en
función del tiempo de calentamiento.
A medida que se entrega calor a
una sustancia, la temperatura de ésta
aumenta. La meseta indica la
temperatura a la cual tiene lugar el
cambio de estado.
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Los estados de la materia desde la Teoría cinético-molecular
El estado gaseoso
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¿De qué depende que una sustancia presente un estado determinado?
● En primer lugar, de las características propias de la sustancia. Y estas características
dependerán, en última instancia, de la clase de átomos que la forman y de la forma
como dichos átomos se unen entre sí.
● En segundo lugar, de la temperatura a la cual se encuentra dicha sustancia: por
calentamiento es posible transformar un trozo de hielo en agua líquida, y luego, en
vapor de agua.
● En tercer lugar, de la presión: si la presión a la cual está sometido un gas aumenta, es
posible licuarlo sin modificar la temperatura.
QUÍMICA
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Propiedades de la materia
Los distintos materiales se diferencian gracias a ciertas cualidades que afectan en forma
directa o indirecta nuestros sentidos y que se denominan propiedades físicas. Estas
propiedades pueden medirse y observarse sin que se modifique la composición de la materia.
¿Cómo se clasifican las propiedades físicas?
Antes de responder a la pregunta, analicen estas dos situaciones sencillas:
1. Al medir la masa de un terrón de azúcar, se comprobó que era diferente de la masa de
una bolsa de azúcar.
2. Al observar un grano de azúcar, se comprobó que su color era igual al de un terrón.
En el primer caso, se dice que la masa es una propiedad extensiva, porque depende de
la cantidad de materia analizada. Si la cantidad de materia se modifica, se modifica en forma
proporcional la propiedad extensiva. Entre las propiedades extensivas, además de la masa
podemos mencionar el volumen (que se define para una presión y una temperatura
determinadas), el calor acumulado por un cuerpo, etc. Las propiedades intensivas son
aditivas, es decir que la masa del terrón y la masa de la bolsa se pueden sumar para calcular la
masa total de azúcar.
En la segunda situación, se dice que el color del azúcar es una propiedad intensiva,
porque no depende de la cantidad de materia analizada, y constituye una característica
específica de la materia.
Las propiedades intensivas NO son aditivas. Por ejemplo, si se registra el punto de
ebullición del agua contenida en dos recipientes, y luego juntan el agua de los dos en un solo
recipiente y vuelven a registrar el punto de ebullición, éste no cambia.
Por otro lado, las propiedades químicas determinan qué cambios o transformaciones
puede experimentar la materia en su composición. Estos cambios ocurren a través de las
reacciones químicas.
Una reacción química es un proceso durante el cual una o varias sustancias se transforman en
otras diferentes.
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TRABAJO PRÁCTICO
Las actividades deben estar respondidas de manera manuscrita en el cuaderno propio del
espacio curricular. Al retomar la actividad normal de clases presenciales estas serán
supervisadas por el docente.
Tiempo estimado para la actividad: hasta el viernes 3 de Abril.
En caso de continuar la cuarentena estos temas serán evaluados mediante cuestionario de
google.
Ante cualquier duda o consulta hacerlo mediante el chat de la plataforma classroom que va a
estar activado para tal fin. Entran con el usuario del colegio (que es su DNI) y la contraseña es
el mismo DNI. Código de clase: zaqdfat.
Analiza TODO el material enviado, lee los títulos así te será más sencillo encontrar las
respuestas.
1. Realiza un cuadro comparativo con los tres estados de agregación (sólido, líquido y
gaseoso).
2. Define con tus palabras la diferencia que existe entre:
a) propiedades físicas y propiedades químicas.
b) sustancias y mezclas.
c) elementos y compuestos.
d) mezclas homogéneas y mezclas heterogéneas.
3. Señala cuáles de los siguientes procesos son cambios físicos y cuáles cambios químicos.
a) Vaporización del agua.
b) Mezcla en un recipiente de dos gases, oxígeno e hidrógeno.
c) Formación de agua al hacer saltar una chispa eléctrica en una mezcla de oxígeno e
hidrógeno.
d) Oxidación de hierro.
e) Calentamiento de un trozo de aluminio.
f) Fermentación del vino.
g) Agriamiento o “corte” de la leche.
h) Encendido de una cinta de magnesio en atmósfera de oxígeno.
4. Clasifica las distintas sustancias en elementos, compuestos o mezclas.
a) Vino.
b) Gaseosa.
c) Tinta.
d) Helio.
e) Aluminio.
f) Agua de río.
g) Leche.
h) Plata.
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5. Completa la siguiente grilla:
a) M _ _ _
b) _ _ _ _ _ _ _ _ A _
c) _ _ _ T _ _ _ _ _
d) _ _ _ _ _ E _ _ _ _
e) R _ _ _ _ _ _ _
f) _ _ _ _ _ _ _ I _ _
g) _ A _ _ _ _ _
h) Y _ _ _
i) _ _ _ _ E _ _ _ _ _ _ _
j) N _ _ _ _ _
k) _ _ _ E _ _ _ _ _ _
l) _ R _ _ _ _ _ _
m) _ _ _ _ _ _ _ _ G _
n) _ _ _ _ _ _ _ Í _ _
0) _ _ _ _ A _ _
a) Cantidad de materia.
b) Las mezclas de gases resultan siempre………………………………
c) Tipo o clase de materia.
d) Sustancias que se descomponen en otras más sencillas.
e) Transformación de una sustancia en otra.
f) Método de separación de fases, empleado cuando las partículas tienen diferente
tamaño.
g) Estado de agregación en que la materia es fácilmente compresible.
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h) Sustancia que volatiliza y sublima.
i) Pasaje del estado gaseoso al líquido.
j) Zona del átomo donde se encuentran los protones y los neutrones.
k) Propiedades que dependen de la cantidad de materia en estudio.
l) Partículas subatómicas con carga positiva.
m) Aparato empleado para “separar” un líquido de un sólido mediante la aplicación de
altas velocidades.
n) Tipo de cambio que requiere de absorción de calor.
o) Sistema que no intercambia masa ni energía con el medio.
6. Analiza las siguientes situaciones e identifica qué método de separación de fases se
emplea (transcribir actividad y completar en el cuaderno)
a) Los albañiles, cuando realizan el revoque fino de una pared, utilizan arena
finamente pulverizada, que se separa por ……………………………………… de la de
grano más grueso.
b) En un laboratorio de análisis clínicos, se separa por …………………………………….
el suero del paquete de glóbulos rojos.
c) Algunas personas preparan café colocando granos molidos en un recipiente con
agua caliente; luego quitan el sólido excedente por
………………………………………...
7. Copia en tu cuaderno el siguiente cuadro y coloca una “X” en las casillas que
correspondan.
Materia Heterogén
ea
Homogén
ea
Mezcl
a
Sustanci
a
Compuest
o
Element
o
Azúcar
Agua de
mar
Aire
Vapor de
agua
Gasolina
Diamante
Hielo seco
8. ¿Cuáles son los nuevos estados de la materia? Explica cada uno.
9. Averigua cómo son los métodos de fraccionamiento para separar soluciones. Describe
en tu cuaderno su uso.
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10. Busca la diferencia entre solución, suspensión y coloide. Realiza un cuadro
comparativo.
