Química 1 by eseté editorial

BACHILLERATO

Química 1 Víctor Manuel Mora González

DESARROLLA COMPETENCIAS

química 1 Esta caricatura es la interpretación del artista Andrés Ramírez acerca de la química. Con ella comenzamos aplicando uno de los objetivos del enfoque por competencias: la sensibilidad al arte, de manera tal que puedas establecer, desde la primera página, una relación creativa entre tú y el significado de esta materia.

QUÍMICA 1

Mora González, Víctor Manuel Química, 1 / Víctor Manuel Mora González; ilustrador Diego Cabrera. Cuarta edición. –- México: ST Editorial: ST Distribución, 2013. 224 páginas: ilustraciones; 28 cm. –- (Colección bachillerato) Bibliografía: página 224 Incluye Guía para el maestro En la cubierta: Bachillerato: Desarrolla competencias ISBN 978 607 508 137 3 ISBN 978 607 508 138 0 (e-book) 1. Química – Estudio y enseñanza (Superior). 2. Química – Problemas, ejercicios, etc. 3. Química – Nomenclatura. I. Cabrera, Diego, ilustrador. II. título. III. Serie. 540.711-scdd21

Biblioteca Nacional de México

ST Distribución, S.A. de C.V. Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial, registro número 3342. © Derechos reservados 2013 Primera edición: Estado de México, agosto de 2009 Segunda edición: Estado de México, mayo de 2010 Tercera edición: México, df, julio de 2011 Cuarta edición: México, df, junio de 2013 © 2013, Víctor Manuel Mora González ISBN: 978 607 508 137 3 ISBN e-book: 978 607 508 138 0 Presidente: Alonso Trejos Director general: Joaquín Trejos Publisher: Giorgos Katsavavakis Coordinador editorial: Lilia Villanueva Editor: Alfredo López Asistente editorial: Daniel Rendón Director de arte: Miguel Cabrera Diseñadoras: Alicia Pedral y Diana Flores Ilustrador: Diego Cabrera Ilustrador de portada: Monfa Asistente de producción: Milagro Trejos Recursos fotográficos: archivo ST Editorial Las fotografias de las entradas de tema y entradas de bloque por cortesía de los siguientes fotógrafos: Alaskan Dude, Nomads, Señor Codo, Cea, Jurvetson, Indrik Myneur, Eliduke, Snowpeak, Lars Plougmann, Dietmar Down Under, Ilya Khamushkin, Patrix, Horia Varlan, Timlewisnm, Alaskan Dude, lrargerich, Chester Bullock, Smath, Lauren Manning, John Picken, Puliarf, Bachmont, Jjb@nalog, Eviltomthai, DVIDSHUB, NASA y Cobalt123 bajo licencia Creative Commons. Se prohíbe la reproducción total o parcial de este libro en cualquier medio sin permiso escrito de la editorial. Impreso en México. Printed in Mexico.

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PRESENTACIÓN

La química es considerada por muchos como la “ciencia central”, ya que cualquier objeto o fenómeno que aparezca o se produzca en nuestro entorno muestra, de una u otra forma, la participación de esta ciencia. La comprensión de la composición, estructura y las transformaciones de la materia, su interrelación con la energía, así como las leyes que regulan tales transformaciones, constituyen el campo de estudio de la química. A través de dichos fenómenos podemos obtener una explicación coherente sobre la realidad y adquirir, al mismo tiempo, nuevos conocimientos. Estos son algunos de los aspectos que aborda el libro Química 1, estructurado en ocho bloques, tal como vienen expresados en el último programa de estudios de esta materia, que corresponde al primer semestre de la Reforma Integral de la Educación Media Superior (riems) de la Dirección General del Bachillerato (dgb). Por lo tanto, al igual que se señala en el programa, cada bloque se desarrolla bajo el enfoque de las competencias indicadas. El libro se compone de varias secciones que facilitan la labor del docente en el aula y fomentan la adquisición de competencias en los alumnos. Además, posee un enfoque teórico, metodológico y pedagógico constructivista, con un manejo adecuado de los niveles de enseñanza: • Descriptivo: manejo teórico de los temas. • Metodológico: forma circular de exposición de los temas. • Epistemológico: nivel de saber que se desea obtener en los estudiantes (comprensivo y reflexivo). • Didáctico: tipo de actividades diseñadas (pedagogía constructivista). Este enfoque permite a los estudiantes identificar problemas de su entorno inmediato y reflexionar sobre posibles soluciones a estos, siempre con una postura valorativa, crítica y comprensiva. La forma en que se desarrollan los contenidos permite a los estudiantes identificarse con los temas y propiciar el conocimiento, la tolerancia y el respeto hacia la diversidad, en todas sus manifestaciones. Las lecturas, las imágenes, las actividades –individuales y grupales–, los glosarios, los mapas conceptuales, las evaluaciones, los instrumentos de evaluación, los infográficos, la relación que se establece con otras ramas del conocimiento, el vínculo con distintas actividades artísticas, las reflexiones y el desarrollo tanto de conocimientos y habilidades, como de actitudes y valores, permitirán a los estudiantes tener en sus manos, más que un libro de texto, una herramienta didáctica de gran utilidad para el estudio y la comprensión de la química. Se agradece cualquier comentario o sugerencia por parte de los lectores –profesores, estudiantes, padres, etc.– que sirva para mejorar esta obra didáctica; se pueden enviar al autor a la siguiente dirección electrónica: comentarios@st-editorial.com

Así como el cubo de Rubik está conformado por piezas de diferentes colores, en la naturaleza, elementos de diversas propiedades se unen para formar compuestos que son vitales para los procesos biológicos. La química ha contribuido también a la fabricación de un sinnúmero de productos que utilizamos cotidianamente. Sin embargo, hay que aprender a utilizar las herramientas que nos brinda esta ciencia con gran responsabilidad, para evitar causar daños al medio ambiente y también a los seres vivos.

CONTENIDO Secciones del libro Reconoce tus competencias

V VI

Bloque 1 Reconoces a la química como una herramienta para la vida Para comenzar... Reto (problema) Tema 1. La química

10 11 13

La química y otras ciencias Los grandes momentos del desarrollo de la química

16 17

Tema 2. El método científico y sus aplicaciones

Identificación de problemas y formulación de preguntas de carácter científico 23 Planteamiento de la hipótesis 23 Obtención y registro de información 24 Experimentación 24 Contrastación de resultados 24 Comunicación de resultados 25

Evaluación sumativa

Tema 1. Modelos atómicos y partículas subatómicas 60 John Dalton. Ley de las proporciones múltiples Joseph J. Thomson. El electrón y el modelo atómico Ernest Rutherford. El modelo atómico James Chadwick. El neutrón Eugen Goldstein. El protón y los rayos canales Niels Bohr. Número cuántico n Arnold Sommerfeld. Número cuántico l Paul Dirac-Ernst Jordan Partículas subatómicas

Tema 2. Conceptos básicos: número atómico, masa atómica y número de masa Número atómico Masa atómica Número de masa

Tema 3. Configuraciones electrónicas y números cuánticos Orbitales atómicos Reglas para elaborar configuraciones electrónicas Principio de edificación progresiva Regla de Hund o principio de máxima multiplicidad Prinicipio de exclusión de Pauli

Tema 4. Los isótopos y sus aplicaciones Los isótopos radiactivos

Bloque 2

Evaluación sumativa

Comprendes la interrelación de la materia y la energía Para comenzar... Reto (problema) Tema 1. La materia: propiedades y cambios

32 33 35

Características y manifestaciones de la materia Propiedades de la materia Estados de agregación de la materia Cambios de estado Características de los cambios físicos, químicos y nucleares de la materia

35 37 40 42 43

Tema 2. La energía y su interrelación con la materia 46 Tipos de energía Beneficios y riesgos en el consumo de energía Energías limpias o no contaminantes

Evaluación sumativa

47 47 49

Explicas el modelo atómico actual y sus aplicaciones Para comenzar... Reto (problema)

71 71 72

74 76 79 79 80 80

83 84

Interpretas la tabla periódica Para comenzar... Reto (problema) Tema 1. Los elementos químicos Tema 2. Grupo, periodo y bloque Bloques s, p, d y f

Tema 3. Propiedades periódicas y su variación en la tabla periódica

92 93 95 98 99

103

Electronegatividad 103 Energía de ionización 103 Afinidad electrónica 105 Radio atómico 106 Volumen atómico 107

Utilidad e importancia socioeconómica en México

Evaluación sumativa 56 58

Bloque 4

Tema 4. Utilidad e importancia de los metales y no metales para la vida socioeconómica del país y del mundo

Bloque 3

61 62 63 65 66 66 67 68 69

108 109

112

Bloque 5

Bloque 7

Interpretas enlaces químicos e interacciones intermoleculares

Representas y operas reacciones químicas

Para comenzar... Reto (problema) Tema 1. Enlace químico y regla del octeto Regla del octeto Estructuras de Lewis

116 117 120 121 121

Tema 2. Formación y propiedades de los compuestos con enlace iónico

123

Propiedades de los compuestos iónicos

125

Tema 3. Formación y propiedades de los compuestos con enlace covalente (tipos de enlace covalente) Estructuras de Lewis para compuestos covalentes Geometría molecular y polaridad Propiedades de los compuestos covalentes

Tema 4. Enlace metálico Teorías sobre el enlace metálico Características derivadas del enlace metálico La corrosión de los metales

Tema 5. Fuerzas intermoleculares

126

Características del agua Otros compuestos de importancia biológica

Evaluación sumativa

174 175 175 175

Tema 3. Balanceo de ecuaciones químicas

176

Aproximaciones (método de tanteo) Método algebraico para balancear ecuaciones

176 178

133 135 135

Bloque 8

138 139

141

Manejas la nomenclatura química inorgánica 146 148

Método de óxido-reducción

150

164

180 182

186

Comprendes los procesos asociados con el calor y la velocidad de las reacciones químicas Para comenzar... Reto (problema) Tema 1. Entalpía de reacción y entalpía de formación Entalpía de reacción Entalpía de formación

190 192 194 195 195

Tema 2. Reacciones químicas endotérmicas y exotérmicas Tema 3. Velocidad de reacción

198 201

Teoría de colisiones Factores que modifican la velocidad de reacción

202 202

Tema 4. Desarrollo sustentable Riesgos de la ciencia y la tecnología

Símbolos y fórmulas químicas 150 Nomenclatura química para los diversos grupos de compuestos 152 Moléculas simples 152 Compuestos binarios: óxidos metálicos y no metálicos, sales binarias e hidruros 153 Compuestos poliatómicos: oxiácidos, oxisales e hidróxidos 156 Reglas de la nomenclatura uiqpa para nombrar compuestos inorgánicos 159 Manejo y almacenamiento de sustancias peligrosas 162

Evaluación sumativa

174

Evaluación sumativa

138

172

Síntesis o adición Descomposición o análisis Sustitución o desplazamiento simple Sustitución o desplazamiento doble

133

136

168 169 171

Tema 2. Tipos de reacciones químicas

Tema 4. Método de balanceo redox

Bloque 6 Para comenzar... Reto (problema) Tema 1. Reglas de la iupac (uiqpa) para escribir fórmulas y nombres de los compuestos químicos inorgánicos

Las ecuaciones químicas y la ley de la conservación de la materia

128 129 131

Fuerzas de dispersión o fuerzas de London 136 Dipolo-dipolo 137 Dipolo-dipolo inducido 137

Tema 6. Puente de hidrógeno

Para comenzar... Reto (problema) Tema 1. Símbolos en las ecuaciones químicas

Evaluación sumativa

206 208

210

Sección final Prácticas de laboratorio Evaluación final Para terminar. Autoevalúa tus competencias Fuentes consultadas

214 218 223 224

SECCIONES DEL LIBRO Los libros de la Colección Bachillerato apegados a los programas de estudios de la Dirección General del Bachillerato (dgb) de ST Editorial se distinguen por brindar una estructura didáctica apegada al enfoque por competencias. Contienen los listados de competencias genéricas y disciplinares, y al inicio de cada bloque, los desempeños del estudiante y los objetos de aprendizaje que se señalan en los programas de estudios de las diferentes asignaturas, así como introducción y mapa conceptual (indicados con un icono color verde). También ofrecen diferentes tipos de actividades y evaluaciones (señaladas con un icono color azul), y secciones complementarias que facilitan el proceso de enseñanza-aprendizaje (indicadas con un icono color rojo).

inicio Reconoce tus competencias

Se enlistan las once competencias genéricas y las competencias disciplinares respectivas. Se acompañan de siglas para que sea posible identificar en cuáles actividades del libro se desarrollarán.

Objetos de aprendizaje Se enlistan los objetos de aprendizaje indicados en el programa de estudios que el alumno estudiará.

Introducción al bloque y mapa conceptual

Se incluyen un texto introductorio con una breve explicación de lo que se estudiará y un mapa conceptual con los temas más importantes del bloque.

Desempeños del estudiante

Se agregan los desempeños señalados en el programa de estudios acompañados de incisos,para identificar en cuáles actividades se trabajarán.

actividades y evaluaciones Reto

Actividad en donde se plantea una situación problemática que invite al alumno a estudiar el bloque.

Actividad de apertura

Al comienzo del tema, se incluye una actividad motivadora pensada para que el alumno reflexione y se interese en el estudio de cada uno de los temas.

Actividades individuales y grupales

Con éstas se pretende que el estudiante desarrolle sus competencias de forma integral.

Evaluaciones

Incluye evaluación diagnóstica que valora conocimientos y habilidades que el estudiante posee antes de iniciar el estudio del bloque (Para comenzar...), y aquellos que adquirió al finalizar el estudio del bloque (evaluación sumativa). También se estiman los aprendizajes obtenidos durante el curso (evaluación final). Estas evaluaciones se acompañan de instrumentos de evaluación como listas de cotejo y rúbricas.

Para terminar. Autoevalúa tus competencias

Con este cuadro el estudiante podrá autoevaluar las competencias genéricas adquiridas al finalizar el curso.

complementarias Ilustraciones, infográficos Refuerzan y abordan los contenidos de manera creativa y explicativa, como una estrategia visual y efectiva para el proceso de aprendizaje.

Glosario

Se incluye la definición de términos de difícil comprensión que aparecen en cada página.

Retrato

Se incluye información relevante sobre algunos de los personajes clave en el desarrollo de los temas de cada materia.

El mundo que te rodea. En la web

Información complementaria y de reflexión donde se vincula lo que el estudiante va construyendo con el entorno inmediato.

Lecturas

Se incluyen lecturas cuyas temáticas refuerzan los contenidos desarrollados en cada uno de los bloques.

RECONOCE TUS COMPETENCIAS Las competencias son capacidades que una persona desarrolla en forma gradual durante el proceso educativo, que incluyen conocimientos, habilidades, actitudes y valores, en forma integrada, para dar satisfacción a las necesidades individuales, académicas, laborales y profesionales. Existen principalmente tres tipos de competencias: genéricas, disciplinares y laborales. Las competencias genéricas le permiten al individuo comprender el mundo, aprender a vivir en él. Estas competencias son aplicables a todas las áreas del conocimiento, y por lo tanto a todas las asignaturas.

Por su parte, las competencias disciplinares engloban los requerimientos básicos –conocimientos, habilidades, destrezas y actitudes– que se necesitan en cada campo disciplinar, para que los estudiantes puedan aplicarlos en diferentes contextos y situaciones en su vida. Estas competencias se podrán entretejer más adelante con las competencias laborales, para conformar un todo armónico que le da pleno sentido al proceso educativo, de tal manera que los estudiantes adquieran las destrezas y capacidades necesarias para desenvolverse en el mundo actual.

competencias genéricas

competencias disciplinares

básicas del campo de las ciencias experimentales

Se conoce y valora a sí mismo y aborda problemas y retos teniendo en cuenta los objetivos que persigue.

Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos.

Es sensible al arte y participa en la apreciación e interpretación de sus expresiones en distintos géneros.

Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas.

Elige y practica estilos de vida saludables.

Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados.

Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas.

Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos.

Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes.

Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general, considerando otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva.

Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones.

Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas.

Aprende por iniciativa e interés propio a lo largo de la vida.

Explicita las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos.

Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos.

Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos.

Participa con una conciencia cívica y ética en la vida de su comunidad, región, México y el mundo.

Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o modelos científicos.

Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental.

Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.

10 Mantiene una actitud respetuosa hacia la interculturalidad y la diversidad de creencias, valores, ideas y prácticas sociales. 11

Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables.

Ubica estas competencias genéricas en cada actividad, grupal e individual, así: competencias genéricas

Éstas son competencias disciplinares básicas del campo de las ciencias experimentales. Ubícalas en cada actividad, grupal e individual, así:

9 competencias disciplinares

Desempeños del estudiante

Bloque 1 Reconoces a la química como una herramienta para la vida

a. Comprende el concepto de química, su desarrollo histórico y su relación con otras ciencias. b. Utiliza el método científico en la resolución de problemas relacionados con la química de su entorno inmediato. Estos desempeños pueden identificarse en cada una de las actividades del bloque, de la siguiente manera: desempeños del estudiante

Objetos de aprendizaje

• La química • El método científico y sus aplicaciones

Introducción El primer bloque del curso de Química 1 lleva por título “Reconoces a la química como una herramienta para la vida”, y su intención, tal como su nombre lo indica, es ayudarte a comprender que esta ciencia no es una asignatura aburrida y pesada que deberás estudiar por fuerza en el bachillerato, sino que más bien es la puerta de entrada al mundo de las ciencias experimentales que tratan de indagar el funcionamiento

de los fenómenos que vemos a nuestro alrededor y, a partir de tales explicaciones, lograr construir una sociedad con mayores y mejores niveles de vida, cuidando el medio ambiente para dejar un legado a las siguientes generaciones, convirtiéndose, de esta manera, en una herramienta para la vida. Podrás ver cómo están organizados los temas de este bloque en el siguiente mapa conceptual.

Química se estudia

desarrollo histórico

concepto

método científico

mediante su

cuyos pasos son

relación con otras ciencias tales como

matemáticas biología física

identificar problemas

plantear hipótesis

obtener y registrar información

experimentar

contrastar resultados

comunicar resultados

Para comenzar... Para que puedas comprender los temas de este bloque, es necesario que rescates las competencias (conocimientos, habilidades, actitudes y valores) que ya has adquirido a lo largo de tu vida. Haz tu mejor esfuerzo para responder y detecta aquellos aspectos que no conoces o no dominas para enfocar tu estudio.

I. En la historia de la química se han distinguido diversos descubridores y científicos por las aportaciones que han realizado. Trata de relacionar al personaje con su aportación correspondiente. 1. ( ) Diseñó un experimento para probar la existencia del núcleo a. Lavoisier atómico. b. Wöhler 2. ( ) Construyó la primera clasificación periódica de los elementos c. Mendeleïev d. Rutherford químicos. e. Arrhenius 3. ( ) Creó una teoría sobre la acidez o basicidad de las sustancias. 4. ( ) Efectuó la síntesis de la urea a partir del isocianato de amonio. 5. ( ) Enunció la ley de conservación de la masa. II. Posiblemente hayas escuchado que el método científico está constituido por varios pasos. ¿Cuáles son y en qué orden deben aplicarse? Compara tus respuestas con las de tus compañeros.

III. Integra un equipo y redacten un texto que exprese la respuesta a las siguientes preguntas: ¿en cuáles actividades, objetos o experiencias de la vida diaria está presente la química? ¿De qué forma?

IV. Lee las preguntas, reflexiona un momento y luego trata de responderlas con sinceridad. 1. ¿Qué es lo que esperas aprender en este curso de Química 1?

2. ¿De qué manera puedes aplicar en tu vida lo que aprenderás sobre la química?

3. ¿Cuáles serán tus tres compromisos principales para tener éxito en este curso de química?

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Reto (problema) I. Para iniciar con este bloque realizarán, trabajando en equipo (tres integrantes como mínimo y cinco como máximo), una investigación de campo en la que identificarán la presencia de la química en las actividades cotidianas. II. Como producto de su investigación de campo elaborarán un reporte que se integrará al portafolio de evidencias que irán construyendo a lo largo del curso. III. Pueden elegir cualquiera de las siguientes opciones o proponer alguna otra que sea de su particular interés: • La química en la cocina. • La química de los cosméticos. • La química de los alimentos. • La química y los plásticos de uso cotidiano. • La química y los medicamentos. • La química en el organismo humano. IV. Cada uno de los integrantes del equipo deberá asumir un rol específico y cumplir de la mejor manera las actividades que se le asignen. Los roles que sugerimos son: • Organizador y animador de las actividades: se encargará de que se trace un plan de trabajo adecuado para desarrollar la actividad con los máximos resultados posibles. Tratará de integrar a todos los miembros del equipo y los animará a dar lo mejor de cada uno. Asimismo, organizará las actividades para cumplir en tiempo y forma con la tarea final. • Investigador A: se encargará de consultar la bibliografía al alcance o buscará sitios de Internet que puedan ayudar a enriquecer la información. • Investigador B: se encargará de diseñar cuestionarios de opinión para aplicarlos a las personas que el equipo considere que puedan brindar información para redactar el trabajo final. • Redactor: organizará el material que proveyeron los investigadores para proceder a la redacción del informe final. • Diseñador: se encargará de que el trabajo final contenga las ilustraciones necesarias que sirvan para hacer más atractiva y entendible la lectura. V. En el informe deberán incluir, como parte final del trabajo, algunos apartados en los que se responda a cada una de las preguntas siguientes: 1. ¿Cuáles de las aportaciones históricas de la química se utilizan específicamente en el tema que eligieron para su investigación? 2. ¿Cuáles ciencias, además de la química, se relacionan o están involucradas con el tema que investigaron? Argumenten su respuesta. 3. ¿Cómo se aplica el método científico experimental en el campo que investigaron? Identifiquen cuáles de los pasos están involucrados y de qué manera. VI. Finalmente, a manera de conclusión y con base en el trabajo que elaboraron, respondan lo siguiente: 1. ¿Qué es la química? 2. ¿Cuál es la importancia de la química tanto para su vida como para el desarrollo de la humanidad?

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Coevaluación Observa el desempeño de uno de tus compañeros de equipo y marca la siguiente lista de cotejo, tratando de ser objetivo e imparcial. Aspecto Cumplió entusiasta y responsablemente con el rol que le fue asignado. Asistió puntualmente a las reuniones de trabajo y aportó los materiales necesarios. Su actitud motivó el trabajo de los demás. Su colaboración ayudó a conseguir resultados satisfactorios para todo el equipo.

Siempre

Generalmente

Algunas veces

Casi nunca

Autoevaluación I. Observa tu desempeño durante las actividades del reto y asigna para cada categoría un puntaje, tratando de ser objetivo e imparcial. Categoría Comprendo el concepto de química, su desarrollo histórico y su relación con otras ciencias.

4 Demostré una clara comprensión del concepto de química, de cómo está ciencia se relaciona con otras y cuáles han sido los principales momentos de su desarrollo histórico.

3 Comprendí el concepto de química, de cómo se relaciona esta ciencia con otras, pero no pude referir los principales momentos y personajes involucrados en su desarrollo histórico.

2 Me costó mucho trabajo comprender el concepto de química, su relación con otras ciencias y su desarrollo histórico. Requiero hacer un repaso.

Utilizo el método científico en la resolución de problemas de mi entorno inmediato relacionados con la química.

Evidencié un buen dominio del método científico y la forma de aplicarlo para resolver problemas de mi entorno relacionados con la química. 8

Evidencié un buen dominio del método científico, pero no lo apliqué para resolver problemas de mi entorno relacionados con la química. 6

Me costó trabajo utilizar el método científico en la resolución de problemas de mi entorno inmediato relacionados con la química. 4

Valor

1 No comprendí el concepto de química, ni cómo se relaciona esta ciencia con otras, y tampoco pude referir los principales momentos y personajes involucrados en su desarrollo histórico. No utilicé el método científico en la resolución de problemas de mi entorno inmediato relacionados con la química. 2

II. Suma tus puntos y consulta la siguiente escala de valoración. Valoración 2 puntos Insuficiente 3 a 7 puntos Bueno 8 puntos Excelente

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Tema 1

Tema 2

La química

El método científico y sus aplicaciones

A propósito de la química... Mira a tu alrededor y trata de reconocer los fenómenos o procesos que observas. ¿Qué descubriste? ¿Cómo está presente la química en tus actividades cotidianas? ¿Cuáles crees que son sus principales aplicaciones en la actualidad? ¿Por qué la química es una herramienta para la vida?

Para comprender el concepto de química, conviene tener claras las razones por las que se afirma que la química es una ciencia. En general, se considera que una ciencia constituye cierta parte del saber humano que se distingue principalmente por ser sistemática, metódica, especializada, abierta y capaz de producir investigación científica. La química tiene un objeto de estudio bien delimitado y utiliza además una metodología específica para comprender su íntima estructura y funcionamiento. En efecto, la química como ciencia se caracteriza por poseer un objeto de estudio bien delimitado, utilizando una metodología específica, y por integrar un conjunto dinámico de saberes sistematizados, construidos mediante el profundo estudio de los fenómenos en los que las sustancias interactúan entre sí para formar otras nuevas. Asimismo, incrementa continuamente su acervo de saberes al incorporar nuevos conocimientos a través de la investigación científica, con el objeto de brindar a la sociedad soluciones eficaces para mantener la vida en el planeta. Como ciencia, la química ha descubierto las leyes y los principios que gobiernan la materia, y a partir de esos conocimientos se ha vuelto capaz de predecir el comportamiento de los elementos y compuestos bajo determinadas circunstancias, además de incursionar en la fabricación de los nuevos y sorprendentes materiales que demanda la vida actual. Con este curso irás aproximándote paulatinamente al concepto de la química a través de varias actividades de aprendizaje. Además, aprenderás que la química forma parte de tu vida y que se convertirá, si te aplicas a su estudio, en una herramienta valiosa para tus actividades cotidianas. ¡Adelante! st-editorial.com

BLOQUE 1

Actividad individual

competencias genéricas

competencias disciplinares

desempeño del estudiante

1. Entrevista a cinco personas de tu comunidad o colonia (que no sean tus compañeros de escuela) y pregúntales lo siguiente: a. En su opinión, ¿qué es la química? b. ¿Para qué sirve la química? c. ¿De qué forma emplea la química en su vida diaria? 2. No te olvides de solicitar a cada entrevistado su edad, ocupación y escolaridad. 3. Con todos los datos y respuestas obtenidos, orientado por tu profesor, trata de encontrar las ideas que se presentan con mayor frecuencia y relaciónalas con la edad y la escolaridad de los entrevistados. 4. En tu cuaderno puedes realizar la gráfica para mostrar tus respuestas. Luego, anota las conclusiones. 5. Elabora, por escrito, un análisis de la información que obtuviste en la actividad y guárdalo en tu portafolio de evidencias.

Actividad grupal

competencias genéricas

competencia disciplinar

desempeño del estudiante

Reunidos en equipos, realicen los siguientes ejercicios. 1. La siguiente tarea de aprendizaje les ayudará a construir una noción de química que puedan explicar con sus propias palabras. Para ello busquen en la biblioteca de su escuela al menos tres o cuatro textos de química, ubiquen en ellos el concepto de química y anótenlo en el cuadro. Luego continúen con el resto de lo que se les solicita. Concepto de química

Semejanzas entre los conceptos

Diferencias entre ellos

Concepto de química construido a partir de los conceptos anteriores

Concepto de química expresado con sus propias palabras

2. Orientados por su profesor, construyan un concepto de química elaborado por todos los integrantes del grupo. 14

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RECONOCES A LA QUÍMICA COMO UNA HERRAMIENTA PARA LA VIDA

En la actualidad, la química es una ciencia que interviene de manera cada vez más importante en múltiples y variados campos de la actividad humana. Resulta prácticamente imposible pensar en algún aspecto donde no esté presente, cambiando o acompañando la vida del ser humano de alguna forma. Antes de continuar intentemos establecer una definición de esta ciencia que seguramente coincidirá en muchos aspectos con el concepto construido anteriormente por todos. La química es la ciencia que estudia la composición, estructura y transformaciones de la materia, su interrelación con la energía, así como las leyes que regulan tales interacciones. Así pues, al estudiar esta asignatura, indagaremos qué es la materia, cómo está estructurada, cómo interacciona para dar origen a nuevas sustancias, cómo la energía está presente en aquellos cambios y cuáles son las leyes que regulan las interacciones de masa y de energía. Los fenómenos químicos pueden encontrarse prácticamente en cualquier parte: en la oxidación de los metales, en la cocción de los alimentos, en el crecimiento de las plantas y los animales, en el metabolismo, la respiración y la digestión de los seres vivos, entre otros. La química, para su estudio, se ha dividido en diferentes ramas, como se puede ver en el esquema siguiente: Fenómenos que ESTUDIAN ALGUNAS RAMAS DE LA QUÍMICA

Química general

Química inorgánica

Química orgánica

Química analítica

Química general. Se dedica al estudio de los principios básicos de la constitución, las propiedades y transformaciones de las sustancias, además de estudiar las leyes generales de la química. Química inorgánica. Aborda el estudio de los diversos elementos y compuestos que con ellos se forman, a excepción del carbono y sus compuestos. Química orgánica. Estudia, sobre todo, los compuestos que contienen carbono, ya sean producidos por los seres vivos o sintetizados en el laboratorio (figura 1). Química analítica. Investiga la composición de las sustancias y se subdivide en dos áreas principales: el análisis cualitativo y el cuantitativo. El primero identifica los componentes desconocidos existentes en una sustancia, y el segundo indica las cantidades relativas de dichos componentes. Química física. Estudia áreas tan importantes como la termodinámica, la cinética química y el estado sólido de las sustancias. Química ambiental. Es la química de los alrededores, es decir, del aire, la tierra, el agua y la materia viviente. Se dedica a proveer la base química para entender la composición del ambiente natural y de los procesos que se llevan a cabo en el medio ambiente, así como los cambios que se producen en éste como resultado de las actividades humanas.

Química física

figura 1 Los laboratorios modernos utilizan múltiples instrumentos y equipos para realizar las investigaciones.

Termodinámica. Estudio de las relaciones entre el calor, el trabajo y otras formas de energía en los procesos químicos. Cinética química. Estudio de las velocidades de reacción y sus mecanismos. st-editorial.com

Química ambiental

Glosario 15

BLOQUE 1

Actividad grupal

competencias genéricas

competencia disciplinar

desempeño del estudiante

Reunidos en equipos, realicen las siguientes actividades. 1. Para adecuarse a las nuevas realidades, la evolución de la química ha desembocado en el surgimiento de otras ramas. Indaguen qué estudia cada una de las siguientes y anótenlo en su cuaderno. a. Radioquímica. d. Astroquímica. b. Electroquímica. e. Cristaloquímica. c. Quimiurgia. 2. Con la información que obtengan, elaboren en su cuaderno un mapa mental o conceptual que muestre las ramas de la química, a qué se dedica cada una y cómo se relacionan unas con otras. 3. Durante su investigación, ¿encontraron información sobre alguna rama de la química diferente a las que hemos enlistado? Tomen nota y comuniquen su hallazgo a sus compañeros de clase.

La química y otras ciencias

Cualquier químico en su laboratorio utiliza un sinnúmero de conocimientos provenientes de otras ciencias. Con frecuencia tiene necesidad de efectuar cálculos que requieren conocimientos de las matemáticas o utiliza modelos teóricos generados por la física. Asimismo, la biología y las disciplinas asociadas a ella le aportan a la química conocimientos fundamentales sobre las sustancias que son necesarias para el funcionamiento de la vida, muchas de las cuales, cabe mencionar, ya se han logrado sintetizar en el laboratorio. De igual manera, la química ayuda a otras ciencias. Tomemos como ejemplo la bioquímica, que empezó simplemente con el análisis de los fluidos corporales, pero pronto desarrolló métodos para determinar la naturaleza y función de los componentes celulares más complejos hasta llegar al desciframiento del genoma humano. Para todo ello fueron y siguen siendo fundamentales los conocimientos que aporta la química. No cabe duda de que la medicina ha sido uno de los territorios que más se ha beneficiado con los descubrimientos de la química. Baste señalar los medicamentos que se preparan siguiendo una fórmula, el tratamiento del cáncer mediante la aplicación de radiaciones, el diseño de nuevos métodos de diagnóstico para el tratamiento de enfermedades, etc. La industria de los alimentos es otro ejemplo de un área que se ha visto beneficiada por las aportaciones de la química, ya que se han fabricado compuestos que se utilizan para conservar los alimentos sanos y que sus propiedades nutritivas no se pierdan, como es el caso de las sustancias que se usan en los refrigeradores (infográfico 1). Las múltiples implicaciones de la química con otras ciencias nos hacen entender la razón por la cual se le considera una herramienta para la vida.

Infográfico 1

¿Cómo enfría un refrigerador? Descompresión

Los refrigeradores utilizan un gas fluido que pasa del estado gaseoso al líquido, y viceversa y, al evaporarse, enfría el interior.

Mezcla de gases licuados

Se extrae el calor a través de la rejilla ubicada en la parte posterior.

Las necesidades de frío se satisfacen después de un determinado tiempo de estar en operación. Líquido 16

Compresión

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Actividad individual

competencias genéricas

competencias disciplinares

desempeño del estudiante

Realiza las siguientes actividades en tu cuaderno. 1. ¿Cómo se relaciona la química con tus actividades diarias? 2. ¿Cuál es, en tu opinión, el mayor aporte que ha hecho la química a la sociedad? 3. Menciona tres aspectos que a tu consideración han mejorado con la participación de la química. 4. Si la química no existiera, ¿en qué cambiarían tus actividades diarias? 5. Además de las ya mencionadas en el texto, escribe otras dos ciencias que tengan relación con la química, defínelas y explica en qué consiste la relación. 6. Elabora un mapa mental, mapa conceptual, cuadro sinóptico o esquema donde muestres la relación de la química con otras ciencias. 7. Elabora un mapa mental, mapa conceptual, cuadro sinóptico o esquema donde muestres la relación de la química con otras ciencias. Integra tu trabajo al portafolio de evidencias.

Retrato Friedrich Wöhler. Pedagogo y químico alemán, fue alumno del prestigioso químico sueco Berzelius y logró, mediante un concienzudo trabajo científico, aislar dos elementos químicos: el aluminio y el berilio. Wöhler ha sido reconocido por su síntesis del compuesto químico orgánico denominado urea, que es cristalino e incoloro y se encuentra de forma abundante en la orina y en las heces fecales. Además, obtuvo el acetileno, un gas altamente inflamable, importante en los procesos de soldadura. Escribió numerosos textos de química orgánica e inorgánica.

Los grandes momentos del desarrollo de la química

La química es una ciencia cuyo desarrollo histórico se encuentra íntimamente ligado al desarrollo de la humanidad. No exageramos al afirmar que cada gran hallazgo –podríamos referirnos, por ejemplo, al descubrimiento del fuego– generó también un avance significativo en la civilización y provocó que se modificara la relación entre el ser humano y la naturaleza. Se ha logrado determinar, por ejemplo, que entre los años 6000 y 3000 antes de nuestra era, el ser humano descubrió los procesos químicos necesarios para utilizar los minerales de cobre y las propiedades de los metales, con lo cual logró fabricar herramientas mucho más resistentes y efectivas tanto para sus tareas domésticas como para la caza de animales. Así, se habla de una era del Cobre, otra del Bronce –aleación de cobre con estaño– y otra más, cercana a nuestros tiempos, la Era del Hierro. En cada una de ellas, el uso del metal ayudó a que algunos pueblos superaran a otras civilizaciones y transmitieran su propia cultura. Muy lejos quedó la época en la que se hablaba de la khemeia –que en griego significa “el arte de extraer jugos”– como la única y principal actividad de la química. Actualmente, gracias a los avances impresionantes que la ciencia ha logrado concretar, motivados por una curiosidad incesante del ser humano por encontrar los mecanismos que explican el funcionamiento de los fenómenos que observamos a nuestro alrededor, existen muchos productos que nos facilitan y agilizan nuestras actividades cotidianas. Muchos de los materiales con los que vestimos, nos alimentamos y utilizamos a diario tienen su origen en el desarrollo de esta ciencia que hoy nos toca estudiar. En este sentido, es necesario conocer su historia y a los personajes que en su momento realizaron aportaciones trascendentes no sólo para la química, sino para la humanidad.

El mundo que te rodea El genoma humano o de cualquier ser viviente es el conjunto de genes, formados por moléculas de ácido desoxirribonucleico (adn), cuya composición elemental (que estudiarás más a fondo en el curso de biología) y desciframiento detallado constituyen el objeto de estudio de muchos bioquímicos y médicos en varios países.

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Actividad grupal

competencias genéricas

competencias disciplinares

desempeño del estudiante

I. El producto final será una línea del tiempo ilustrada que irán construyendo progresivamente según vayan encontrando, procesando y sintetizando la información. Consulten los siguientes libros que pueden encontrar en línea: Breve historia de la Química de Isaac Asimov en http://bit.ly/d1ojyA y Del tequesquite al adn de Garritz y Chamizo en http://bit.ly/14lkWkl II. Para orientar la elaboración de la línea del tiempo les sugerimos algunas preguntas para cada etapa o personaje. Las respuestas les ayudarán a ubicar la época a que corresponden. Debemos señalar la necesidad de situar al personaje o al aporte dentro de su contexto sociohistórico para entender mejor la importancia de su descubrimiento o de su aportación. Las ilustraciones que incluyan deberán ayudar a este fin.

Etapa 1: Descubrimiento del fuego

1. ¿Cuál es la fecha calculada en que el ser humano descubrió el fuego? 2. ¿Cuál es el homínido al que se atribuye este descubrimiento? 3. ¿Cuáles fueron los cambios fundamentales en la forma de vida, provocados por el descubrimiento y uso del fuego?

Etapa 2: La metalurgia

1. ¿Cuáles fueron los metales o aleaciones que, con preferencia, se usaron en la Antigüedad? 2. ¿Cuáles civilizaciones antiguas se destacaron por utilizar los metales tanto para sus actividades cotidianas como para la guerra? 3. ¿Por qué se habla de una Edad de Hierro y de una Edad de Bronce?

Etapa 3: Los antiguos griegos

1. De acuerdo con Aristóteles (384-322 a. C.), ¿cuáles eran los elementos primordiales de todas las cosas? ¿Cómo se combinaban? 2. ¿Cuál fue el aporte de Demócrito de Abdera? ¿Qué importancia se le dio a sus ideas y por qué?

Etapa 4: La alquimia

1. ¿A qué se le denomina alquimia? ¿Cuáles eran sus propósitos fundamentales? 2. ¿A qué personajes se les considera los principales representantes de la alquimia? 3. ¿Cuáles son los aportes principales de la alquimia para la química moderna?

Etapa 5: Wöhler y el vitalismo

1. ¿Qué sostenía la doctrina del vitalismo? 2. ¿Quién era Friedrich Wöhler y cuál fue su aporte para derribar la teoría del vitalismo? 3. ¿Cómo se relaciona el aporte de Wöhler con la química orgánica?

Etapa 6: Descubrimiento de los elementos químicos

1. ¿Quién fue Dmitri Mendeleïev? ¿Cuáles elementos químicos logró predecir? 2. ¿Cuáles son las características principales de la tabla de Mendeleïev? ¿Cuál es el criterio principal para su construcción? ¿Cuáles son sus fallas? 3. ¿A quién se le atribuye la actual tabla periódica? 4. ¿Cuál es el criterio actual para la organización de los elementos en la tabla periódica?

Etapa 7: Desarrollo de la teoría atómica

1. ¿Cuáles fueron los aportes realizados por los científicos Dalton, Thomson, Rutherford, Bohr, Sommerfeld y Dirac, para la teoría atómica actual? 2. ¿Cuál es la representación gráfica para cada modelo atómico realizados por los investigadores anteriores? 3. ¿Cómo fueron descubiertas las partículas integrantes del átomo: el electrón, el protón y el neutrón?

Etapa 8: La química en México

1. ¿Cuáles eran, en el México antiguo, las principales aplicaciones para el oro, la plata, el cobre y el estaño? 2. ¿Quiénes fueron Andrés Manuel del Río, Fausto de Elhuyar y Vicente Ortigoza?, ¿cuáles fueron sus principales aportes? 3. ¿A qué se le llama “hierro esponja” y cuáles son sus principales aplicaciones? 4. ¿En qué consistió la denominada “revolución verde” y cuáles fueron sus consecuencias? 5. ¿Quién es Mario Molina y por qué le fue otorgado el premio Nobel de Química? ¿Qué efecto han tenido sus investigaciones en el cuidado del medio ambiente?

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III. Para evaluar la línea del tiempo, les sugerimos utilizar la siguiente matriz de valoración: Categoría Preparación

4 El estudiante tiene apuntes sobre todos los eventos y fechas que desea incluir en la línea del tiempo antes de empezar a diseñarla.

3 El estudiante tiene apuntes sobre casi todos los eventos y fechas que desea incluir en la línea del tiempo antes de empezar a diseñarla.

2 El estudiante tiene apuntes sobre la mayoría (75%) de los eventos y fechas que desea incluir en la línea del tiempo antes de empezar a diseñarla. Conocimiento El estudiante puede El estudiante puede El estudiante puede del contenido describir precisamente describir precisamente describir cualquier 75% (o más) de los 50% de los eventos en evento en la línea del eventos en la línea del la línea del tiempo sin tiempo si se le permite tiempo sin referirse a referirse a ésta, y puede referirse a ésta, y ésta, y puede rápidamente puede determinar cuál rápidamente determinar cuál de dos de dos eventos ocurrió determinar cuál eventos ocurrió primero. de dos eventos primero. ocurrió primero. Contenido Los hechos son Los hechos son precisos Los hechos son hechos precisos para todos los para casi todos los precisos para la eventos reportados. eventos reportados. mayoría (75%) de los eventos reportados. Legibilidad La apariencia total de La apariencia total de la La línea del tiempo es la línea del tiempo es línea del tiempo es algo relativamente legible. agradable y fácil agradable y fácil de leer. de leer. Ilustraciones Todas las ilustraciones Todas las ilustraciones Algunas ilustraciones son efectivas y son efectivas, pero son efectivas y su uso balanceadas con parece haber muy es balanceado con el uso del texto. pocas o muchas. el uso del texto.

1 El estudiante no había preparado apuntes adecuados antes de empezar a diseñar la línea del tiempo.

El estudiante no puede usar la línea del tiempo eficazmente para describir o comparar eventos.

Con frecuencia, los hechos son incorrectos para los eventos reportados. La línea del tiempo es difícil de leer.

Varias ilustraciones no son efectivas o pertinentes con lo que describe el texto.

IV. Utilicen la siguiente escala para evaluar la línea de tiempo. Puntaje De 16 a 20 puntos De 11 a 15 puntos De 6 a 10 puntos Menos de 10 puntos

Comentarios El trabajo fue sobresaliente. ¡Felicitaciones! Buen trabajo. Seguramente pueden mejorar siempre que cuiden los detalles. Es necesario que se esfuercen más para obtener mejores resultados. Detecten las causas del desempeño deficiente y corríjanlas.

V. ¿Qué podrían hacer para mejorar su participación en el equipo de trabajo?

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Actividad individual

competencias genéricas

competencia disciplinar

desempeño del estudiante

Reflexiona y responde las siguientes preguntas. Luego puedes compartir tus respuestas con tu profesor. 1. ¿Cuál de los aprendizajes obtenidos calificarías como el más significativo? ¿Por qué?

2. ¿Qué relación encuentras entre lo que acabas de aprender y tu vida diaria?

3. ¿Qué cambios harías en el diseño de la actividad para que fuera mucho más interesante y poder mejorar tu aprendizaje?

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Tema 2 El método científico y sus aplicaciones

La observación, la experimentación y la investigación son las bases del método científico. ¿Piensas que sólo los grandes investigadores químicos emplean este método en sus trabajos de laboratorio? ¿Crees que se pueda aplicar el método científico en algunas de las actividades que realizas en tu vida cotidiana?

En la actualidad, la humanidad posee un inmenso cúmulo de conocimientos. Tan grande es el acervo, que sería prácticamente imposible encontrar hoy figuras como Leonardo da Vinci (1452-1519), que en su momento logró dominar casi todas las áreas del conocimiento que existían. Fue artista, científico, ingeniero, inventor, anatomista, escultor, arquitecto, urbanista, botánico, músico, poeta, filósofo y escritor. El ser humano del siglo xxi es el heredero de múltiples esfuerzos de pensadores, filósofos y científicos de todas las épocas. Sin embargo, no sólo es suficiente la genialidad de una persona, se necesita mucha dedicación y una gran disciplina. Gracias a las reflexiones sobre los resultados que estas personas obtuvieron en sus arduas investigaciones, se creó el método científico. En el siglo xvii se sentaron las bases del método científico. El político y filósofo inglés Francis Bacon (1561-1626) fue el primero en distinguir entre la investigación científica y el razonamiento lógico. En su época, por influencia de los antiguos filósofos griegos, se consideraba que para conocer la realidad y desentrañar sus misterios, la herramienta principal o única era el razonamiento. Bacon, por el contrario, afirmaba que para obtener conocimientos válidos sobre la realidad de las cosas y los fenómenos, era necesaria la aplicación de una serie de pasos con una secuencia lógica. En términos sencillos, su propuesta partía de observaciones minuciosas, elaboración de hipótesis, experimentación (cuando era posible hacerlo), contrastación de los resultados experimentales con las hipótesis planteadas previamente y, al final, la estructuración de principios o teorías que debían ser tomadas como ciertas hasta que no las desmintieran otros hechos o experiencias. Actualmente, toda persona que se dedica a actividades científicas, o cualquiera que se cuestione el porqué de las cosas o los fenómenos, utiliza el método científico como herramienta indispensable. st-editorial.com

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Lectura

Lavoisier y la teoría del flogisto El descubrimiento del fuego marcó un hito en el desarrollo de la humanidad. Al observar la combustión de diversas sustancias, los antiguos griegos supusieron que todo lo que era capaz de arder contenía dentro de sí al elemento fuego, y éste se liberaba bajo las condiciones apropiadas. Por su parte, los alquimistas atribuyeron la combustiblidad (la propiedad de arder) de una sustancia al “principio del azufre”. Así pues, las sustancias que contenían tal principio ardían, mientras que las que carecían de él no podían hacerlo. El químico alemán Georg Ernst Stahl (1660-1734) dio a conocer en 1702 la teoría del flogisto para explicar el fenómeno de la combustión. El flogisto, sustancia misteriosa, invisible e imponderable, estaba contenida en las sustancias combustibles. Cuanto más flogisto poseía una sustancia, era capaz de arder con mayor facilidad. Al término de la combustión, habiéndose desprendido el flogisto, la sustancia ya no podía arder, puesto que se había “desflogisticado”. Para la mayoría de los científicos de la época, la teoría del flogisto era totalmente acertada puesto que explicaba los cambios que se observaban al desarrollarse la combustión, principalmente en lo que se refería a la disminución de la masa original, ya que era menor al que poseía la muestra original.

¿Cómo se demostró la falsedad de esta teoría? La respuesta se encuentra en la aplicación incipiente del método científico por uno de los químicos más importantes de la historia: Antoine-Laurent de Lavoisier (1743-1794). Por aquella época, Lavoisier trabajaba buscando una mejora de las técnicas del alumbrado público en París. En sus experimentos calentaba algunas muestras de metales como el estaño y el plomo en recipientes cerrados herméticamente, y con una pequeña cantidad de aire; al final se formaba en la superficie una fina capa de metal “calcinado”. Midió cuidadosamente la masa antes y después del experimento, y pudo determinar que no había variación alguna considerando el sistema completo (metal, calcinado y aire). Sin embargo, cuando pesó las muestras de metal calcinado notó que su masa se había incrementado. Repitió la experiencia en numerosas ocasiones y obtuvo el mismo resultado. Así, concluyó que al contrario de lo que afirmaba la teoría del Stahl, no se había desprendido flogisto de la muestra al arder, sino que había ganado algo de aire. La sustancia en cuestión era el oxígeno. A raíz de sus observaciones, demostró la falsedad de la teoría del flogisto y enunció la ley de la conservación de la masa. Fuente: http://bit.ly/cngoCw

A partir de la lectura anterior, establece cuáles son los pasos del método científico que se utilizaron para determinar la teoría del flogisto y luego refutarla.

El método científico se compone de varios pasos que siguen un orden lógico y que a través de la experiencia han demostrado su validez para alcanzar resultados confiables (infográfico 2 de la página siguiente). Es necesario señalar que existen diferentes posturas sobre cuáles son los pasos del método científico y en qué orden deben seguirse, pero en general, las coincidencias muestran que los más esenciales son los que se describen a continuación. 22

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Infográfico 2

Pasos del método científico

PLANTEAMIENTO DE LA HIPÓTESIS

FENÓMENO DE LA NATURALEZA

OBTENCIÓN Y REGISTRO DE INFORMACIÓN

EXPERIMENTACIÓN

CONTRASTACIÓN DE RESULTADOS

COMUNICACIÓN DE RESULTADOS

FORMULACIÓN DE PREGUNTAS

Identificación de problemas y formulación de preguntas de carácter científico

Seguramente has escuchado o leído en el periódico o en una revista sobre la situación ambiental actual; quizás tú mismo te hayas hecho estas preguntas o algunas similares: ¿Por qué se está adelgazando la capa de ozono? ¿Cuáles son las causas de la pérdida de la biodiversidad? ¿Cuáles son los factores que están provocando el cambio climático? ¿Cuáles son las consecuencias más graves para el planeta provocadas por el cambio climático? La observación, la identificación de problemas y la consiguiente formulación de preguntas al respecto son actividades primordiales para el avance de cualquier ciencia. Los científicos pueden compararse a “eternos curiosos” que contemplan la realidad con ojos inquisitivos, tratando de desentrañar los mecanismos que explican su comportamiento. Sin embargo, no cualquier observación es útil para identificar un problema. Es necesario aplicar atentamente los sentidos y detectar, en lo posible, todos los factores que influyan o parezcan influir en el desarrollo del fenómeno. Las preguntas que se logren formular deberán servir para hacer observaciones precisas para encontrar la mayor cantidad de respuestas posibles.

Planteamiento de la hipótesis

Una vez que se ha observado un fenómeno, el paso siguiente es proponer una explicación sobre éste es el paso siguiente, es decir, elaborar una hipótesis. La lectura de la página siguiente relata la famosa anécdota en la que Isaac Newton (1643-1727) observó la caída de una manzana y a partir de este hecho propone una hipótesis que dará, al final, el punto de apoyo para establecer la ley de la gravitación universal. En términos generales, una hipótesis es una suposición que permite establecer relaciones entre hechos y, de esa manera, explicarnos por qué se produce. Debe aclararse que toda suposición tiene, necesariamente, un cierto margen de error. En ese sentido, cuando un investigador elabora una hipótesis, no tiene la absoluta certeza de poder comprobarla. Por otro lado, una buena hipótesis debe basarse en el conocimiento científico preexistente. Otro elemento indispensable para construir una buena hipótesis es la verificabilidad, es decir que pueda comprobarse utilizando los métodos y procedimientos que dicha ciencia ya posee. st-editorial.com

El mundo que te rodea La práctica de la investigación científica se encuentra invariablemente vinculada a una concepción materialista del mundo. La corriente filosófica del materialismo afirma que la realidad existe independientemente del que observa. De esta manera, podemos aceptar que nuestro conocimiento tiene cierto margen de error o imprecisión, que las verdades científicas son sobre todo temporales y que, en algunas ocasiones, la magnitud del error o los preconceptos del observador pueden incluso ser tan grandes y marcados como para tergiversar la observación misma. ¿Qué piensas sobre la subjetividad de la ciencia? 23

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Lectura

Newton, la manzana y la ley de la gravitación universal ¿Por qué la manzana debe siempre descender perpendicularmente a la Tierra?, pensó para sí mismo [Isaac Newton]. ¿Por qué no va hacia un lado o hacia arriba, sino constantemente hacia el centro de la Tierra? Seguramente, la razón es que la tierra la atrae. Debería haber una fuerza de atracción en la materia: y la suma de las fuerzas de atracción en la materia de la Tierra debería

estar en el centro de la Tierra, y no en otro lugar. Por esto, esta manzana cae perpendicularmente, o hacia el centro. Si la materia atrae así a la materia, debe ser en proporción a su cantidad. Por tanto, la manzana atrae tanto a la Tierra como la Tierra atrae a la manzana. Así que hay una fuerza, como la que aquí llamamos gravedad, que se extiende ella misma a través del universo. Fuente: William Stukeley. Memorias de sir Isaac Newton.

Después de haber leído la información anterior, comparte con tus compañeros tus impresiones.

Obtención y registro de información

La actividad científica consigna con detalle y método una información relevante para hallar explicaciones acerca del fenómeno que está estudiando. Además de lo que los sentidos nos proporcionan, utiliza instrumentos apropiados y fuentes de consultas válidas que ayudan a sustentar, corregir o desechar la hipótesis planteada (figura 2). Por ejemplo, el físico italiano Galileo Galilei (15641642) es un claro ejemplo de un eminente científico que, además de realizar observaciones precisas y plantear hipótesis claras, registraba minuciosamente la información. En todas sus obras agregó una extensa serie de dibujos sobre lo que observaba con el telescopio, o cuando experimentaba con el plano inclinado. Si tienes el interés por desarrollar un espíritu científico, acostúmbrate a llevar una bitácora donde registres diariamente lo que sucede con el fenómeno o problema que estés estudiando; busca toda la información que puedas y contrástala con lo que has registrado de tus observaciones, anotando tus reflexiones. Esto te será de mucha utilidad para llegar al planteamiento de soluciones pertinentes al problema.

Experimentación

En la química, ciencia experimental por definición, este paso es fundamental. El término “experimento” hace referencia a la creación de pruebas que sirven para verificar la o las hipótesis establecidas sobre las causas de un determinado problema u objeto de estudio. Al diseñar este experimento, el investigador escoge algunos factores, también llamados variables, que inciden sobre el funcionamiento del fenómeno o hecho que se está observando, y los altera de manera controlada para ver las consecuencias resultantes. No todas las variables tienen la misma categoría ni influyen de la misma forma sobre el fenómeno o problema en estudio. Así pues, tenemos dos grandes clases de variables: las independientes y las dependientes. Las variables dependientes son aquéllas que, se supone, influyen directamente sobre el comportamiento, fenómeno o hecho en estudio. Las variables dependientes cambian sus valores a partir del cambio en las variables independientes. Por ejemplo, en el estudio del comportamiento de los gases, una variable independiente es la temperatura, mientras que las variables dependientes son la presión y el volumen. En efecto, cuando la temperatura de un gas se incrementa, el volumen lo hace de manera proporcional. A la inversa, cuando decrece la temperatura de un gas, también disminuye su volumen. Cuando una muestra de gas está contenida en un recipiente hermético, el aumento de la temperatura incrementa la presión y, a la inversa, si se enfría el recipiente, la presión tiende a disminuir.

Contrastación de resultados

figura 2 La bitácora para registrar datos y observaciones es una herramienta esencial en el trabajo científico. 24

Realizado el experimento, el investigador reflexiona sobre sus resultados y, en caso necesario, reformula el diseño para obtener mejores resultados. Sin embargo, la pregunta fundamental que se hace el investigador en este paso es la siguiente: partiendo de los resultados de la experimentación, ¿la hipótesis se prueba o se desecha? st-editorial.com

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No se debe afirmar de buenas a primeras que la hipótesis se refuta o se comprueba. Es necesario efectuar un análisis concienzudo y minucioso de los resultados obtenidos, revisar –si las hay– las gráficas que muestran el comportamiento del fenómeno, y la bibliografía en la que podamos encontrar información confiable relacionada con nuestro estudio. Sólo así podemos estar seguros de que nuestra aplicación del método científico va por buen camino.

En la web Para conocer más acerca de los temas de este bloque visita st-editorial.com/enlaweb/quimica1 y consulta los links 01 y 02

Comunicación de resultados

Como ya hemos expresado en el punto anterior, los científicos analizan los resultados obtenidos en la etapa de experimentación; en la etapa de contrastación dan respuesta sobre la validez o nulidad de la hipótesis; y por último se procede a comunicar los resultados. Si la hipótesis se desecha, se vuelve a plantear otra y se repite la aplicación del método científico hasta llegar de nuevo a la presente etapa. Cuando un investigador ha logrado probar una hipótesis que explica uno o varios fenómenos, tiene la necesidad y, podría decirse, la obligación de comunicar a la comunidad científica sus resultados, de manera que cualquiera pueda replicar la experiencia y aceptar o refutar las conclusiones obtenidas. Este paso es esencial para dar validez a los nuevos conocimientos y así enriquecer el desarrollo de la ciencia.

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competencias genéricas

competencias disciplinares

desempeño del estudiante

A primera vista, el método científico es una herramienta exclusiva de los científicos. Sin embargo, el método debe ser un instrumento de uso común para cualquier persona, especialmente para quienes continúan con estudios de nivel medio superior o superior. A continuación te invitamos a que te reúnas en equipo y desarrollen una sencilla experiencia de aplicación del método científico sobre la solubilidad y la temperatura de una sustancia. 1. Preparen en un recipiente –que pueda ser calentado– una disolución saturada de cloruro de sodio (sal de mesa). Para ello, coloquen en el recipiente el contenido de un vaso de agua limpia; luego añadan una cucharada pequeña de sal de mesa y agiten hasta completar la disolución. Continúen con este proceso hasta que lleguen al punto de saturación, lo cual se nota fácilmente porque ya no puede disolverse más sal. 2. Una vez preparada la disolución, apliquen la primera parte del método científico, efectúen observaciones y regístrenlas en su cuaderno; les sugerimos las siguientes preguntas (pueden añadir las que consideren necesarias): a. ¿Cuál es la apariencia de la disolución saturada? b. ¿Cómo es su sabor? c. ¿Cuántos gramos de sal lograron disolverse? d. ¿Cuál es la temperatura de la disolución? e. ¿Existe información sobre la solubilidad del cloruro de sodio, como tablas o gráficas?, ¿dónde pueden encontrarse? ¿Coincide la información de esas tablas o gráficas con la que hemos obtenido al desarrollar nuestra experiencia? Si hay alguna diferencia, ¿a qué puede deberse? 3. Formulen una hipótesis sencilla, como la siguiente: “Al incrementar la temperatura de la disolución, aumenta la solubilidad del cloruro de sodio”. 4. Para desarrollar el experimento: a. ¿Qué materiales o equipo se necesita? b. ¿Cómo pueden controlar la temperatura? c. ¿Cómo registran los datos obtenidos en la experiencia? d. ¿Cómo analizan los resultados? st-editorial.com

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5. ¿Desecharon o comprobaron su hipótesis? Tomando como base los resultados de su experiencia y la información que previamente obtuvieron de libros, tablas o gráficas, anoten las conclusiones que consideren pertinentes, cuidando que su lenguaje sea claro y accesible para quienes las lean. 6. Realicen el informe de la experiencia que incluya: a. Título del experimento. b. Objetivo. c. Consideraciones teóricas. d. Hipótesis. e. Materiales y equipo. f. Pasos para desarrollar el experimento. 7. Una vez que tu reporte haya sido revisado y/o corregido por tu profesor intégralo a tu portafolio de evidencias.

Lectura

Molina y su descubrimiento Hoy por hoy, uno de los más grandes problemas de la humanidad es la contaminación ambiental unida al fenómeno del calentamiento global. El doctor mexicano Mario Molina Enríquez (1943), ganador del premio Nobel de Química en 1995, aplicó junto con su equipo el método científico para identificar los factores asociados a la descomposición de la capa de ozono. El profesor Molina y su grupo de investigación publicaron una serie de artículos entre 1976 y 1986, donde se pronunciaban sobre la función esencial de las propiedades químicas de compuestos en la descomposición del ozono de la estratosfera. Luego demostraron en el laboratorio la existencia de una nueva clase de reacciones

químicas que ocurren en la superficie de partículas de hielo, inclusive aquéllas que están presentes en la atmósfera. También propusieron y demostraron en el laboratorio una nueva secuencia de reacciones catalíticas que explican la mayor parte de la destrucción del ozono en la estratosfera polar. Recientemente, el profesor Molina ha estado investigando la química de la contaminación atmosférica en la baja atmósfera y se ha involucrado en trabajos interdisciplinarios colaborando con expertos de múltiples disciplinas, para enfrentar el problema de la degradación de la calidad del aire en las grandes ciudades del planeta. Fuente: Centro Mario Molina. En: http://goo.gl/KcrFA

Integra un equipo con dos o tres de tus compañeros y realicen las siguientes actividades. 1. En el texto anterior identifiquen cuáles etapas del método científico se aplicaron.

2. Identifiquen en su entorno algún problema o fenómeno en el que puedan aplicar el método científico. Traten de cumplir todas las etapas del método y finalmente muestren su trabajo a su profesor y al grupo para recibir retroalimentación.

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Evaluación sumativa Heteroevaluación I. Para conocer cuáles fueron los desempeños que alcanzaste durante el estudio del bloque pide a tu profesor que aplique la siguiente rúbrica. Categoría Comprende el concepto de química, su desarrollo histórico y su relación con otras ciencias.

4 Demostró una clara comprensión del concepto de química, de cómo está ciencia se relaciona con otras y cuáles han sido los principales momentos de su desarrollo histórico. Utiliza el método Evidenció un buen científico en la dominio del método resolución de problemas científico y la forma de de su entorno inmediato aplicarlo para resolver relacionados con problemas de su entorno la química. relacionados con la química. Valor 8

3 Comprendió el concepto de química, de cómo se relaciona esta ciencia con otras, pero no pudo referir los principales momentos y personajes involucrados en el desarrollo histórico de esta ciencia. Evidenció un buen dominio del método científico, pero no lo aplicó para resolver problemas de su entorno relacionados con la química. 6

2 Le costó mucho trabajo comprender el concepto de química, su relación con otras ciencias y su desarrollo histórico. Requiere hacer un repaso.

1 No comprendió el concepto de química, ni cómo se relaciona esta ciencia con otras. Tampoco pudo referir los principales momentos y personajes involucrados en el desarrollo histórico de la química. Le costó trabajo utilizar No utilizó el método el método científico en científico en la la resolución de resolución de problemas problemas de su entorno de su entorno inmediato inmediato relacionados relacionados con con la química. la química. 4

II. Consulta, con ayuda del profesor, la escala de valoración siguiente para observar si tu puntaje es mayor o menor que en el reto. 3 puntos 4 a 8 puntos 9 puntos

Valoración Insuficiente Bueno Excelente

III. Entrega a tu profesor el portafolio de evidencias con los productos de las actividades que realizaste de manera individual y grupal durante el bloque. Con esto, él podrá evaluarte. IV. Realiza las siguientes actividades en tu cuaderno. 1. Anota la definición de química. 2. Describe el campo de estudio de las siguientes ramas de la química: a. Química orgánica. b. Química analítica. c. Química general. 3. ¿Cuáles son los pasos del método científico? ¿En qué consisten? 4. ¿Cuáles eran, según Aristóteles, los cuatro elementos primordiales? 5. ¿A qué se le llamó alquimia? 6. ¿Qué era, para los alquimistas, la piedra filosofal? 7. ¿Cómo construyó Mendeleïev su tabla periódica? 8. ¿En qué consiste el modelo atómico de Dalton? 9. ¿Por qué razón se considera que el experimento de Wöhler dio inicio a la química orgánica? 10. ¿Cuáles fueron las principales aportaciones de Andrés Manuel del Río?

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Autoevaluación I. Utiliza tu creatividad y realiza lo que te piden los siguientes enunciados. 1. Redacta en tu cuaderno un texto de dos o tres párrafos en los que expreses la importancia que tiene la química en tus actividades diarias. Incluye al menos dos ejemplos y dos ilustraciones. 2. Explica en qué consiste la relación de la química con: a. Las matemáticas.

b. La biología.

c. La física.

II. Lee con atención los dos textos siguientes e identifica en cada uno de ellos los pasos del método científico; anótalos en una hoja aparte. Texto 1 Juan está dispuesto a ver su programa favorito en la televisión, sin embargo, al presionar el botón de encendido en el control remoto el televisor no se enciende. Repite dos veces la operación y nada. Revisa si el control remoto está bien, cambia las pilas y sigue sin encenderse. Se acerca al aparato y trata de encenderlo directamente presionando los botones, pero no hay caso. Comprueba si está conectado el televisor, y así es, pero no funciona. Trata de encender la luz de la habitación sin resultado. Prueba en otras habitaciones y tampoco. Sospecha entonces que el problema está en los fusibles. Al revisarlos se da cuenta de que uno de ellos está averiado. Coloca uno en buenas condiciones y todo vuelve a funcionar normalmente. Fuente: http://bit.ly/9UVMEo 28

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Texto 2 El experimento de Rutherford consistió en “bombardear” con un haz de partículas alfa una fina lámina de oro de, aproximadamente, 200 átomos de espesor. Las partículas alfa con carga positiva se obtenían de la desintegración de una sustancia radiactiva, el polonio. Para obtener un fino haz se colocó la muestra radiactiva en una caja de plomo en la que se practicó un pequeño orificio. Perpendicular a la trayectoria del haz se interpuso la lámina de oro y para la detección de trayectoria de las partículas, se empleó una pantalla con sulfuro de zinc que produce pequeños destellos cada vez que una partícula alfa choca con él. Según el modelo de Thomson, las partículas alfa atravesarían la lámina metálica sin desviarse tanto de su trayectoria por las siguientes razones: • La carga positiva y los electrones se encuentran dispersos en todo el volumen del átomo. • Las partículas alfa tienen una gran masa comparada con la masa de los electrones y no serían desviadas por estos ni por las fuerzas eléctricas que existen entre ellos. • Las partículas alfa encontrarían en su camino muchos átomos y eso compensaría las desviaciones que pudieran darse. Sin embargo, se observó que un pequeño porcentaje de partículas se desviaban hacia la fuente de polonio, aproximadamente una de cada 8 000 partículas. En pa-

labras de Rutherford ese resultado era “tan sorprendente como si le disparases balas de cañón a una hoja de papel y rebotasen hacia ti”. Rutherford concluyó que el hecho de que la mayoría de las partículas atravesaran la hoja metálica, indica que gran parte del átomo está vacío, que la desviación de las partículas alfa indica que el deflector y las partículas poseen carga positiva, pues la desviación siempre es dispersa. Y el rebote de las partículas alfa indica un encuentro directo con una zona fuertemente positiva del átomo y a la vez muy densa. El modelo atómico de Rutherford mantenía el planteamiento de Thomson, de que los átomos poseen electrones, pero su explicación sostenía que todo átomo estaba formado por un núcleo y una corteza. El núcleo debía tener carga positiva, un radio muy pequeño y en él se concentraba casi toda la masa del átomo. La corteza estaría formada por una nube de electrones que orbitan alrededor del núcleo. Según Rutherford, las órbitas de los electrones no estaban muy bien definidas y formaban una estructura compleja alrededor del núcleo, dándole un tamaño y una forma indefinidos. También calculó que el radio del átomo, según los resultados del experimento, era 10 000 veces mayor que el núcleo mismo, lo que implicaba un gran espacio vacío en el átomo. Fuente: http://bit.ly/902BYM

III. Reflexiona y responde en tu cuaderno las siguientes preguntas acerca de tu desempeño durante el estudio del bloque. Piensa qué harías para mejorar. 1. ¿Reconociste tus conocimientos previos antes de estudiar el bloque?, ¿cuáles fueron? 2. ¿Cuáles fueron los aprendizajes que adquiriste durante el estudio de los temas vistos en el bloque?, ¿cómo los aprendiste? 3. ¿En qué actividades se te presentaron más dificultades?, ¿qué estrategias implementaste para superarlas? 4. ¿Consideras que los conocimientos acerca de la química que aprendiste en este bloque son útiles en tu vida cotidiana?, ¿por qué? Argumenta tus respuestas. 5. ¿Qué aspectos piensas que debes mejorar antes de iniciar el estudio del bloque siguiente?, ¿cómo los mejorarás? IV. Nuestra capacidad de aprender mejora cuando conocemos con precisión las actitudes que mostramos durante nuestro trabajo en equipos. Marca la siguiente tabla y reflexiona en lo que harías para mejorar. Aspecto Participé en los trabajos con entusiasmo y buena disposición. Aporté ideas relevantes a mis compañeros. Escuché con atención y respeto las opiniones de mi profesor y de mis compañeros. Asistí a las sesiones de trabajo y a las clases puntualmente. st-editorial.com

Siempre

Generalmente

Algunas veces

Casi nunca

QUÍMICA 1 La colección bachillerato de ST Editorial –empresa líder en la publicación de libros de texto para bachillerato– cubre totalmente los objetivos surgidos a raíz de la Reforma Integral de la Educación Media Superior (riems). Esta colección incluye libros para diversos subsistemas de Educación Media Superior, entre los que se cuentan aquellos que están totalmente apegados a los programas de estudios de la Dirección General del Bachillerato (dgb).

SOBRE EL AUTOR

Este libro está estructurado en ocho bloques. La obra busca movilizar en los alumnos las competencias genéricas y las relacionadas con el campo disciplinar de las ciencias experimentales. Presenta novedosas secciones destinadas a desarrollar las competencias que le permitan al estudiante crear su propio conocimiento a partir de la comprensión de cada objeto o fenómeno que ocurre en el universo, ya que en todos participa, de alguna u otra forma, la química.

VALORES FUNDAMENTALES

Víctor Manuel Mora González. Es ingeniero químico industrial (ipn) y profesor de bachillerato con más de 25 años de experiencia. Participó en la revisión de los programas de Química I y Química II de la reforma curricular de la dgb y en la elaboración de los nuevos programas (riems). Colabora en la formación de docentes a nivel bachillerato y es autor de varios libros de química, de ST Editorial.

DISEÑO DIDÁCTICO Nuestra propuesta de diseño ha sido optimizada para facilitar el aprendizaje de manera visual, lo cual se logra con la inclusión de atractivos infográficos y llamativas imágenes que incluyen fotografías, ilustraciones, gráficas y esquemas. RECURSOS DIDÁCTICOS Secciones dirigidas al alumno y al docente para el desarrollo y la evaluación de competencias: “Reto (problema)”; actividades de apertura, grupales e individuales; evaluaciones sumativas y diagnósticas (“Para comenzar”), autoevaluaciones, coevaluaciones, heteroevaluaciones e instrumentos de evaluación, como rúbricas y listas de cotejo.

VALORES AGREGADOS GUÍA PARA EL MAESTRO Este valor agregado consiste en una útil herramienta didáctica para apoyar la labor del docente. Se encuentra disponible en un práctico folleto impreso.

PRÁCTICAS DE LABORATORIO Anexo con actividades experimentales que fomentan en el alumno la obtención del conocimiento a través de la investigación experimental en el laboratorio.

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ISBN 978 607 508 137 3

9 786075 081373