U1.Aproximacion Al Mundo de La Quimica.pdf

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Introduccin a la Qumica Profesora RUTH JOSIOWICZCurso de Ingreso Profesora MNICA ARBITER

Unidad N 1 Una aproximacin al mundo de la qumica 2

La qumica, una ciencia

Qu es la ciencia?

Ciencia en accin

Existe un mtodo cientfico?Problemas, hiptesis y experimentacin

Teoras, leyes y modelos

Las preguntas de los qumicos

Actividades finales

La qumica, una ciencia Por qu el pan quemado tienen diferente sabor? Qu hay en el interior de la pava y que sale por el pico? El fuego de la hornalla prendida genera sustancias que antes no haba en el ambiente? Cmo se producen nuevos materiales? Todos los metales se oxidan igual? Por qu se calienta la comida y no el recipiente plstico en el microondas? Es cierto que la coccin al vapor produce alimentos ms nutritivos?

Intentaremos a lo largo de este curso, contestar a estas preguntas y otras, queseguramente se te irn ocurriendo a medida que vayas avanzando en el conocimiento qumico.

La qumica es una ciencia que posee un enorme caudal dinmico de conocimientos. Lapalabra dinmico destaca la constante y vertiginosa evolucin que sufren, actualmente, losconocimientos cientficos. Entre los rasgos humanos que ms inciden en la evolucin de la cienciase encuentran las ganas de averiguar, la necesidad de saber y la curiosidad. En efecto, sonmotores para la ciencia la posibilidad que tenemos las personas de preguntarnos acerca de losfenmenos que se producen a nuestro alrededor y en el propio organismo, la necesidad deresolver ciertos problemas de nuestro entorno y las demandas que la sociedad y la economamuchas veces nos hacen, seleccionando e incidiendo en la eleccin de temas y metodologas.

La qumica se ocupa del estudio de los materiales, los procesos mediante los cuales estosse transforman y las transferencias de energa involucradas en tales transformaciones.

Actividad:1- Intenta contestar a alguna de las preguntas que se formulan mas arriba2- Busca un ejemplo de cmo se usa el conocimiento qumico en la cocina


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Qu es la ciencia?La ciencia es una actividad social del ser humano que deriva de su actitud indagadora y

crtica e involucra tanto un cuerpo de conocimientos como un modo particular de producirlos, ascomo tambin una comunidad de personas dedicadas a la tarea de produccin.

Caractersticas del conocimiento cientfico:

1- Descriptivo: Indica como es una cosa.2- Metdico y sistemtico: Utiliza una organizacin aceptada por la comunidad cientfica.3- Comunicable: El lenguaje es el medio que tiene el cientfico para dar a conocer sus

hallazgos. Debe ser claro y preciso para poder ser entendido por otros especialistas delmismo campo cientfico.

4- Crtico, analtico y comprobable: Interpreta los resultados obtenidos, a travs de laexperimentacin.

5- Reproducible: Puede ser verificada por otros especialistas.6- Provisorio: Es temporal. Va evolucionando a partir de nuevos conocimientos.7- Creativo: Para innovar en un campo terico hay que hacer uso de la imaginacin y la

inspiracin.

Actividad socialLos conocimientos cientficos actuales son el producto del trabajo demuchas personas. Albert Einstein deca que la ciencia es una creacindel espritu humano Esta creacin se realiza siempre a partir de losconocimientos existentes y dentro de las posibilidades que brindan ylos lmites que imponen la sociedad, la economa y la poltica de cada

poca y lugar.

Actitud indagadora y crticaLos conocimientos cientficos son el resultado de que las personas,basadas en su curiosidad natural y en diferentes necesidades

prcticas, se hacen preguntas relevantes sobre la realidad natural.Esas preguntas las llevan a reflexionar y a cuestionarse sobre aquellas

cosas que les preocupan, les despiertan inters o les suponen undesafo.

Cuerpo de conocimientosLa ciencia constituye un cuerpo altamente organizado de conocimientosque intenta interpretar la realidad. Estos conocimientos se relacionande tal modo que la modificacin de alguno de ellos lleva a revisar los

restantes


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Modo de produccin del conocimientoLa ciencia posee formas propias de produccin del conocimiento basada en procesos de

pensamiento y de accin. Entre ellas tienen enorme peso un cierto lenguaje, la manera derecoger y analizar datos, las etapas de investigacin, el consenso de la comunidad cientfica lasinterpretaciones y, por supuesto, las formas de comunicar los resultados del trabajo.

Un ideal hacia el cual avanzamos es que:LA CIENCIA ES PATRIMONIO DE TODAS LAS PERSONAS.Cuando se dice que la ciencia es un patrimonio universal, significa que nos pertenece a

todos y todas por igual.

Actividad1- Conoces algunos cientficos?2- Cmo te imaginas que trabajan?3- Las necesidades de la sociedad influyen en el trabajo cientfico? Da

ejemplos

La qumica tiene todas las caractersticas de la ciencia en general, pero, adems, tienecaractersticas especficas que permiten identificarla como ciencia natural junto con la fsica,las ciencias de la Tierra y la biologa, entre otras.

Las ciencias naturales se ocupan de estudiar el mundo natural, tratando de hacer

interpretaciones cada vez ms ajustadas de la realidad.

Estas ciencias tambin suelen denominarse experimentales Esta palabra pone nfasis enuna forma particular de produccin del conocimiento que irs descubriendo a lo largo del curso.Cada una de las ciencias naturales se ocupa de cuestiones que le son propias y de otras

que comparte con el resto. Como ejemplo de cuestiones especficas se puede sealar que delestudio de:

La elaboracin de se ocupa LA QUMICAproductos porla industria

Las atracciones entre se ocupa LA FSICALos cuerpos

Los cambios de los se ocupa LA BIOLOGAecosistemas naturales

El interior se ocupa LAS CIENCIASde la tierra DE LA TIERRA


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Ciencia en accinSi por una ventana nos asomramos a un laboratorio de investigacin cientfica,

posiblemente advertiramos a un grupo de personas, los investigadores, llevando a cabo las msdiversas actividades.

Veramos a un investigador manipulando materiales de laboratorio: pesando, separandocomponentes de una mezcla, midiendo alguna propiedad con aparatos complicados etc. En otrosector habr alguno leyendo alguna revista de investigacin, otro ingresando datos en unacomputadora. Luego, mediante programas especficos, analizar y graficar los resultados quesern discutidos por el grupo de trabajo.

Los instrumentos de los que dispone el grupo de investigacin le permiten generar datos atravs de observaciones, mediciones y registros para corroborar las ideas formuladas conanterioridad.

Si analizamos minuciosamente cada uno de los instrumentos y elementos con los quecuentan los investigadores, podramos comprobar la gran variedad de acciones y funciones queles permiten realizar. Estos elementos surgieron de la necesidad de realizar las experiencias enforma rigurosa. Desde un punto de vista prctico, algunos de ellos pudieron haber sido diseados y creados por los mismos cientficos y en otros casos, por fabricantes, mediante un pedidoespecial.

Los conocimientos que aporta la ciencia son necesarios para el desarrollo de los objetostecnolgicos, pero al mismo tiempo la tecnologa es un recurso para ampliar los conocimientos

cientficos.

La tecnologa es la actividad humana que se encarga de disear objetos que sernconstruidos mediante distintas tcnicas, para ser utilizados con un fin determinado. Latecnologa tambin regula y gestiona procesos.

Ciencia y tecnologa suministran un despliegue de sofisticadas herramientas cuyaexistencia involucra siglos de evolucin del conocimiento.

De esta manera, con ayuda de tcnicas y estrategias ms o menos complejas, segn culsea el objeto de estudio, los investigadores pueden recortar en el laboratorio una porcin de lanaturaleza, reproducir fenmenos, observarlos y analizarlos.

Actividad1) En las siguientes situaciones indica cual corresponde a la actividad

cientfica y cual es el objeto tecnolgicoa- El telescopio permiti a Galileo Galilei observar las lunas de Jpiterb- Algunas de las partculas subatmicas se pudieron detectar gracias

a los potentes aceleradores de partculas2) Pens en aportes de la ciencia y la tecnologa que hayan aumentado el bienestar humano


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Existe un mtodo cientfico?El proceso de investigacin no funciona como un conjunto de reglas que se aplican de

forma mecnica. Segn la naturaleza del fenmeno, los mtodos para estudiarlos son flexibles einfluidos por la creatividad del investigador.

Muchas veces se parte de los resultados de un experimento, otras de una idea o de laobservacin de un fenmeno.

Utilizamos la palabra mtodo que etimolgicamente proviene de camino para designar elconjunto de procedimientos puestos en marcha para llevar adelante la ciencia comoactividad.

Podemos resaltar la existencia de ciertas caractersticas que son vlidas para todo tipode investigacin.

Entre los posibles caminos que puede transitar el trabajo cientfico, se reconocenespecialmente uno lgico y uno emprico.

Estos caminos son complementarios. El cientfico recurre tanto al anlisis y a la deduccincomo a la observacin y a la experimentacin.

ActividadIndicar que camino se sigue en las siguientes afirmaciones

-El volumen de un gas aumenta con la temperatura, entonces cuandose arroja un aerosol al fuego, explota.-Como los gases tienden a ocupar todo el volumen del recipiente que

los contiene se dice que tienen mayor energa cintica-La solubilidad del oxgeno en agua explica la vida en el mar.

Caminosdeltrabajo

cientfico

El camino lgico a veces llamado deductivo se basa en la utilizacin delpensamiento para deducir y analizar algo. De esta manera es posible encontrar losprincipios o leyes que rigen el Universo a partir de otros conocidos. Siempre una

ley (o principio) puede incluirse en otra general que la contiene. Ejemplo: delprincipio general de que la combustin genera cambios en los materiales, infiero

que puedo cocinar la carne en la hornalla y hacer un churrasco

El camino emprico a veces llamado inductivo intenta, en cambio, una explicacin delfenmeno mediante su exploracin directa. Se basa en la observacin y la

experimentacin. Permite descubrir consecuencias desconocidas de una ley o unprincipio Ejemplo: como las veces que he tocado el fuego me he quemado infiero que

el fuego posee altas temperaturas, incompatibles con la vida.


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Problemas, hiptesis y experimentacin

Cul es el propsito de la investigacin cientfica? Responder a un interrogante oresolver un problema, para el cual los cientficos tienen una explicacin provisoria o hiptesis (lo

que ellos supone que es la respuesta a su interrogante). As, el grupo que investiga el problemadisea una experiencia.

Pero qu son las hiptesis? Etimolgicamente, hiptesis es la versin griega de lapalabra suposicin. Se trata del punto de partida de la creacin cientfica, que surge comorespuesta provisoria a una pregunta y da lugar a cursos de accin fructferos.

Para llegar a alguna conclusin en la investigacin, los cientficos deben disearexperimentos. En ellos se deben reproducir lo ms fielmente posible las condiciones especficas

en las que se produce el fenmeno estudiado. Este control otorga seguridad y confiabilidad alos resultados del trabajo.

Las experiencias deben cumplir con ciertos requisitos:

El fenmeno que se estudia debe poder aislarse.El experimento debe ser reproducible.Deben permitir que los distintos factores que intervienen en el fenmeno puedan ser

controlados.

Si por ejemplo, quisiramos averiguar la causa por la que, cuando cortamos una manzana,sta se oscurece lentamente, podramos proponer diferentes hiptesis:

-- el contacto con el metal del cuchillo produce el oscurecimiento- el contacto con el aire produce el oscurecimiento- el contacto con la luz produce el oscurecimiento

Pero cmo podramos saber cul es la correcta? A travs del diseo de una algunaexperiencia.

Fases del mtodo cientfico

Observacin de uninterrogante o problema

Formulacin de unahiptesis

Diseo de unaexperimentacin


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Por ejemplo, para trabajar con la segunda hiptesis podemos cortar la manzana de tal

manera que la superficie cortada no quede en contacto con el aire- por ejemplo, dentro de unbalde de agua- y ver si se oscurece en esas condiciones.

Necesitamos al mismo tiempo, cortar otra manzana en contacto con el aire para ver lasdiferencias.

-ActividadQu vara en ambas acciones? Cmo podras trabajar la hiptesis relacionada con la luz?Esta manera de trabajar nos habilita a concluir qu hiptesis es la msCorrecta.

-ActividadUn granjero quiere investigar si existe alguna relacin entre la cantidad de vitamina A queda a las gallinas y el nmero de huevos que ponen estas. Para ello proporciona a las gallinasuna alimentacin que solo se diferencia en la cantidad de vitamina A que da a unas y aotras. Suponiendo que todas las gallinas se cran bajo las mismas condiciones

de luminosidad, temperatura, etc.. Contesta:a- Se ha planteado el granjero una experiencia cientfica Por qu?b- Como formularas la hiptesis que quiere comprobar?c- Describ qu experiencia realiz el granjero.d- A que conclusiones llegara el granjero en funcin de los distintos

resultados que pudieran darse?

Teoras, leyes y modelos cientficos

Cuando una hiptesis es apoyada por pruebas realmente convincentes, entonces puedeproponerse una teora.

Una teora es un conjunto estructurado de ideas abstractas que permiten explicar los

fenmenos del mundo natural.


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Las teoras responden a una necesidad constante en el ser humano de contestar el cmo yel porqu de los fenmenos observados. Etimolgicamente significa mirada.

Ahora bien, de las teoras pueden inferirse las leyes (experimentales y tericas).

Las leyes son enunciados universales, que indican en que condiciones ocurre determinadohecho, por medio de ellas se comprenden acciones particulares. Adems permiten adelantarse alos acontecimientos y predecirlos. Por ejemplo cuando un cuerpo se calienta, ste se dilata, obien, los rayos de luz al pasar de un medio a otro de diferente densidad cambian de direccin.

Los modelos son representaciones simplificadas de la realidad que se utilizan para hacerms comprensible algunos aspectos del entorno. Ayudan a explicar el comportamiento de esaparte del universo y al mismo tiempo sirve para hacer predicciones y ponerlas a prueba encircunstancias diversas.

La representacin en un modelo puede ser conceptual (una ecuacin matemtica) omaterial (una maqueta). Los modelos son provisorios, es decir, cambian segn los conocimientosde la poca Un modelo exitoso, no es una garanta de que el objeto real se comporte de lamanera en que aqul dice, pero siempre provee informacin para avanzar.

Un modo de representacin de la realidad puede utilizar como fuente la analoga, que es unrecurso comn del lenguaje y del pensamiento que consiste en buscar semejanzas entre dos

situaciones, una conocida y otra novedosa, con el fin de dar sentido a la ltima por medio de laprimera.

La representacin de unmodelo puede ser:

Conceptual(Una ecuacin matemtica)

Material

(Una maqueta)


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Actividad:

Figura 1

Figura 2

a- Observen las dos figuras e indiquen: Qu representa cada una? Cmo lo hacen?b- En que difiere la informacin. Es decir, qu refleja una que la otra no indica?c- En que se diferencian ambas de la realidad? Qu no indican?d- Se pueden estimar las personas que caminan por las calles, la direccin exacta de una

casa sobre Avenida San Martn, la cantidad de negocios sobre la avenida, la altura deuna casa?

Un ejemplo de teora

La teora atmica de Dalton propone que la materia est formada por pequeoscorpsculos indivisibles, indestructibles e increbles llamados tomos; indica que la materia es denaturaleza discontinua y permite predecir que las propiedades caractersticas de ella slo sepueden comprender conociendo su estructura interna, pero nada informa acerca de cmo es elinterior de cada tomo, ni si estos estn quietos o en movimiento; tampoco cmo son lasdistancias entre cada uno de ellos.


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Las preguntas de los qumicosLos qumicos investigan la solucin a problemas que tratan acerca de diversas cuestiones

sobre los materiales, como son, cmo se comportan, cmo reaccionan unos con otros. Porejemplo, el tema que desde hace mucho tiempo despierta su curiosidad es la gran variedad demateriales existentes y sus cambios. Preocupados por esta cuestin reflexionaron acerca de:

Las semejanzas entre cosas diferentes. Por ejemplo Qu tiene en comn el agua, elalcohol y el aceite a temperatura ambiente?

Las diferencias entre cosas semejantes. Por ejemplo Por qu el hierro se oxida, y el oro,en las mismas condiciones, no se altera?

Adems de reflexionar, los qumicos realizan experimentos desde el siguienterazonamiento: si lo que sabemos es cierto, debera pasar tal cosa cuando mezclemos aquello conesto, en este caso, el conocimiento previo permite hacer predicciones .En caso de queefectivamente, sucede lo previsto, aumenta la evidencia a favor de la explicacin.

Qumica en Accin en Argentina

Hctor Fasoli

Premio Konex de Platino 2003: Ingeniera Industrial, Qumica y Ambiental

Naci el 6 de diciembre de 1956. Es Doctor en Ciencias Qumicas (Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, UBA, 1986). Realiz postdoctorados en EE.UU. (1987-1988)sobre Transporte a Travs de Membranas Sintticas; en Alemania (1997),sobre Energas Alternativas; y en Espaa (1999), sobre QumicaComputacional. Es autor de ms de ochenta trabajos presentados en revistas y en congresos nacionales e internacionales. Especializado en investigacinambiental, su inters se centra en el desarrollo de pilas de combustinhidrgeno-aire, mtodos de descontaminacin y problemas asociados con explotaciones mineras.Co-dirige el equipo de investigacin que desarroll una pila de combustin PEM con tecnologanacional y patentable. Colabora con el Programa de Investigacin Geogrfico Poltico Patagnico,dirigiendo trabajos sobre problemtica ambiental en la regin, destacndose en la formacin derecursos humanos. Co-dirigi el equipo de Qumica del Paquete Argentino de Experimentossobre estudios en microgravedad a bordo de un trasbordador espacial de la NASA. Cuenta connumerosas presentaciones sobre Metodologa de la Enseanza de la Ciencia. Desde 1993 esProfesor Titular en el Instituto Universitario del Ejrcito (EST), donde adems es Director del

Laboratorio de Qumica. Es tambin Profesor Titular y Director del Laboratorio de IngenieraAmbiental de la Facultad de C. F. M. e Ingeniera de la UCA y Profesor Adjunto delDepartamento de Qumica de la Facultad de Ingeniera de la UBA. Es Profesor visitante de la


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Universidad de las Islas Baleares. En el ao 2002 recibi el premio de la Asociacin Argentinade Ingenieros Ambientales por sus aportes a la investigacin ambiental en el pas.

Fundacin KONEX

-Actividad1) Busca en el diccionario las palabras que no comprendes2) En que problemticas trabaja el investigador?3) Qu es el grupo GAP?4) Qu es el proyecto HACHE?5) Te parece que la investigacin se relaciona con el desarrollo de nuevas tecnologas? Explica

A continuacin Entrevista al Doctor Hctor Fasoli de la publicacin quincenal de Noviembre del2004, de la UCA.


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ACTIVIDADES FINALES

1 - Casi como los cientficosElaboracin de un fluido elstico

Introduccin:

En grupos de cuatro personas describan lo ms exhaustivamente posible las caractersticas delfluido presentado.Observen especialmente sus propiedades elsticas Qu implica concretamente que un materialsea elstico?

Desarrollo

1- Los tres componentes con los que preparamos el fluido son cola de pegar (escolar), brax(borato de sodio) y agua, Cmo podemos averiguar cul de estos componentes es elresponsable de la elasticidad del fluido?

2- De las respuestas posibles (hiptesis), tomando de a una si fuera cierta, que tendra quepasar? Y si fuera falsa? Formulen predicciones que despus podamos poner a prueba conun experimento Antes de realizar el experimento es importante tener claro que les van adecir los distintos resultados acerca de la hiptesis propuesta.

3- Qu y como vamos a medir?

4- Para disear el experimento hay que tener en cuenta que condiciones vamos a cambiar ycuales vamos a dejar constantes. Tambin es importante que nos pongamos de acuerdo conlas unidades de medicin(por ejemplo a que llamamos una cucharita llena en tamao yhasta donde).

5- Realizacin del experimento y anlisis de los resultados: cada grupo presentara susresultados al resto de la clase, explicando como realizaron su experimento , que sucedi ycomo sus resultados confirman o refutan la hiptesis propuesta.

Puesta en comn y debate: Aqu se concluye la respuesta a la pregunta hay un solo componentede la mezcla responsable de la elasticidad del fluido? Hubo diferencias entre los resultados delos grupos? a que pudieron deberse? Hubo mtodos de medicin mejores que otros? Por qu?


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Gua de Trabajo:Qu hace que el fluido sea elstico?

a- Pregunta

b- Hiptesis

c- Vamos a medir

d- Forma en que vamos a medir

e- Qu cambia en el experimento?

f- Qu queda constante?g- Diseo experimental

Vaso Cola Agua Brax Elasticidad

h- Los resultados confirman la hiptesis que propusieron? Por qu?

2-Trabajo con el relato: El guiso fantasmagrico de Agustn Adriz-Bravo

Recomendaciones que te pueden ayudar a disfrutar ms de la lectura y a poder compartirla conotros:

l) Antes de iniciar la lectura saca del material toda la informacin posible, revisa los textos que

te dan pistas.

ll) Guarda un registro lo ms completo posible de lo que ya leste. Resum lo que lees, marca lospuntos principales.

lll) Ensaya diversas formas de comunicar lo ledo. A medida que avances en la lectura cont a tuscompaeros y profesores lo que entendiste, lo que ms te llam la atencin, las dudas que tesurgieron.

lV) Pasa a nuevas lecturas. Busca ms informacin sobre lo que leste.


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a- Quin es el autor y a que se dedica?

b- En qu ao se escribi el libro?

c- Qu clase de investigacin se relata?

d- Qu son las sustancias radiactivas y en qu se diferencian?

e- De quin era originaria la idea de radiactividad?

f- Cul fue la hiptesis de George de Hevsey?

g- Qu experimento llevo a cabo para comprobarla?

h- En que se basaba dicha experimentacin?

i- A que conclusin llego?

j- Qu premios fueron otorgados al protagonista de la historia?

k- Cmo se utiliza hoy el invento de George de Hevsey?

l- Qu cosas nuevas pudiste aprender con la lectura del libro?

3- Describ los siguientes conceptos, relacinalos y explica las diferencias entre ellos:Mtodo lgico, mtodo emprico, datos, evidencias, hiptesis y comprobacin.

4-Como comprobaras la hiptesis: la ropa seca rpido en la terraza cuando hay viento.

5-El esquema que ves es una red de conceptos. Consiste en una serie de conceptos unidosmediante conectores que relacionan dos conceptos. Las flechas indican el sentido de lectura. Enlas frases conectoras no se utilizan los conceptos enmarcados, tampoco la negacin. Para

comenzar a practicar el diseo de este tipo de esquemas, te proponemos que escribas todas lasideas posibles que se pueden extraer de esta red conceptual.

Para eso debers explicar cada relacin entre conceptos y conectores. Por ejemplo: la cienciaaplica mtodos cientficos Es correcta esta frase? La completaras para que sea ms precisa?Qu caractersticas tiene ese modo metdico de trabajo? Cuntas ideas podes extraer de esared conceptual?


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Agradecimiento:

Se agradece al Prof. Dr. Agustn Adriz-Bravo (CEFIEC, Universidad de Buenos Aires) por larevisin cientfica del texto.

Bibliografa:

Agustn Adriz-Bravo (2005). Una introduccin a la naturaleza de la ciencia. Buenos Aires:

Fondo de Cultura Econmica.

Mnica P. Alegra y otros (2007). Qumica Estructura, comportamiento y transformaciones de la

materia. Buenos Aires: Santillana.

Rosana Aristegui y otros (1997). Ciencias Naturales 8. Buenos Aires: Santillana

Paula Biuolo y otros (1999). Ciencias Naturales, Qumica. Buenos Aires: A-Z.

Melina Furman (2007) Nmero 15 12(ntes), papel y tinta para el da a da en la escuela. La

Enseanza de las Ciencias Naturales. Buenos Aires. ArgentinaG

Adriana Schnek (1999). Ciencias Naturales para docentes de E.G.B. 2. PROCIENCIA-CONICET

Laura Vidarte (1997). Qumica Para descubrir un mundo diferente. Buenos Aires: Plus Ultra.

Incluye

Requiere

Ciencia

Mtodos Cientficos

Experimentacin

Camino emprico

Observacin

Camino lgico

Procesamiento de

datos

Recoleccin y registro

de datos

Aplica

Comunicacin

Anlisis y

conclusiones

DeduccinAnlisis

Incluye

Tiene

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