Principios Fundamentales de la Ciencia: Materia, Método y Separación de Sustancias

El Método Científico y Conceptos Fundamentales

El trabajo científico es una actividad humana que consiste en describir, mediante un proceso válido y fiable, las leyes que rigen la naturaleza. Este proceso recibe el nombre de método científico.

Conceptos Clave en la Investigación Científica

• Una hipótesis científica es una suposición que se establece a partir de las observaciones y que debe cumplir las siguientes condiciones:
  • Tiene que referirse a una situación real.
  • Ha de formularse de forma precisa y mediante variables concretas.
  • La relación entre las variables debe ser observable y medible.
• Una ley científica es una hipótesis confirmada y tiene un aspecto cuantitativo que puede ser descrito mediante una expresión matemática.
• Una teoría científica es un conjunto de hipótesis y leyes.
• Los modelos científicos sirven para explicar los fenómenos de forma simplificada.

La Materia y sus Propiedades

Los tres estados de la materia (gaseoso, líquido y sólido) poseen masa y ocupan un volumen.

Estados de la Materia y sus Características

• Gases: forma variable y volumen variable.
• Líquidos: forma variable y volumen constante.
• Sólidos: forma y volumen constante.

La densidad se define como la relación entre la masa y el volumen: Densidad = masa / volumen.

Leyes de los Gases

• Ley de Boyle: P₁ × V₁ = P₂ × V₂
• Ley de Charles y Gay-Lussac: V₁ / T₁ = V₂ / T₂
• Ley de Gay-Lussac: P₁ / T₁ = P₂ / T₂

Modelos y Teorías Cinéticas

Modelo Cinético de los Gases

Los gases están formados por un gran número de partículas muy pequeñas. Entre partícula y partícula solo hay espacio vacío. Se mueven continuamente y de forma desordenada, chocan entre sí y contra las paredes. La velocidad de las partículas del gas aumenta al elevar la temperatura y disminuye al descenderla.

Teoría Cinética de la Materia

La materia está formada por partículas muy pequeñas. Las partículas de los sólidos están unidas por grandes fuerzas de atracción. Las fuerzas de atracción de los líquidos son más débiles que las de los sólidos; las partículas forman grupos que cambian de posición. Las fuerzas de atracción de los gases son muy débiles; las partículas se mueven a gran velocidad y en todas direcciones.

Sistemas Materiales y Métodos de Separación

Un sistema material es una porción de materia que se separa para realizar un estudio experimental.

Clasificación de Sistemas Materiales

• Heterogéneo: No presenta aspecto uniforme en todos sus puntos.
• Homogéneo: Presenta aspecto uniforme en todos sus puntos.

Mezclas y Sustancias Puras

• Una mezcla está formada por dos o más sustancias; mantienen sus propiedades y su composición es variable.
  • Mezcla heterogénea: Es aquella en la que es posible distinguir a simple vista las sustancias que la componen.
  • Mezcla homogénea: Es aquella en la que no es posible distinguir a simple vista las sustancias que la componen.
• Una sustancia pura tiene una composición y unas propiedades características constantes.
  • Sustancia simple: Es una sustancia pura que no puede descomponerse en otras sustancias puras más sencillas; está formada por un solo elemento.
  • Compuesto: Sustancia pura que se puede descomponer por procedimientos químicos en los elementos que lo constituyen; está formado por dos o más elementos.
• Una disolución es una mezcla homogénea y uniforme formada por dos o más sustancias puras en proporción variable.

Métodos de Separación de Sustancias

• Filtración: Se utiliza para separar un líquido de un sólido soluble.
• Decantación: Se emplea para separar dos líquidos miscibles.
• Separación magnética: Se utiliza para separar sustancias magnéticas de otras que no lo son.
• Cristalización: Proceso inverso a la disolución.
• Destilación simple: Se emplea para separar líquidos de una disolución en función de sus puntos de ebullición.