3º de la ESO, tema 1: estados de agregación de la materia. Sesión 1

La primera parte del tema es un recordatorio de los conceptos vistos en el primer ciclo de la ESO relacionados con las propiedades generales de la materia (masa y volumen), la densidad, los estados de agregación en los que se puede encontrar la materia, sus características, así como los cambios de estado que puede experimentar.

La secuencia de explicaciones que sigo en esta primera sesión es la siguiente:

- En primer lugar recordamos qué es la materia, definiendo el concepto y poniendo ejemplos concretos de cosas que son materia y otros ejemplos de cosas que no están constituidas por materia (belleza, alegría, música...).
Una vez recordado el concepto definimos las dos primeras propiedades de la materia, la masa y el volumen, su unidades correspondientes y los aparatos utilizados para medirlas. Asimismo les planteo la cuestión: ¿el aire es materia? ¿Tiene masa y ocupa un volumen?
LLegados a este punto las opiniones son diversas. Así que lo que hacemos es
comprobarlo. Para ello utilizo el dispositivo descrito en el siguiente enlace:
prácticas presión atmosférica


Lo único de lo que prescindimos es el globo.
Medimos la masa de la botella antes y después de extraer el aire con la bomba de vacío, y comprobamos que la masa del conjunto (botella más válvula) disminuye. Por lo tanto el aire tiene masa, y ocupa el volumen correspondiente a la capacidad de la botella. Además, al abrir de nuevo la válvula observan cómo el aire entra en la botella y la masa del conjunto vuelve a aumentar hasta volver a la masa original. El volumen de aire lo calculamos llenando la botella con agua que vertemos ayudándonos de una probeta. Los alumnos anotan la masa y el volumen del aire, datos que luego utilizaremos para calcular la densidad.

- El siguiente paso es que los alumnos entiendan que la masa y el volumen son propiedades que no caracterizan a una sustancia, y por tanto, no permiten identificarla. Para ello estudiamos distintos ejemplos:
a) Les muestro un tapón de corcho y una barrita pequeña de hierro. A simple vista el tapón de corcho tiene más volumen. Después medimos la masa de ambos objetos con la balanza y comprobamos que la de la barrita de hierro es mayor. Anotamos en la libreta la conclusión: un objeto puede tener más volumen que otro pero eso no quiere decir que tenga más masa.
b) Les muestro dos barritas idénticas, una de hierro y otra de aluminio. Los alumnos me indican que ambas tienen el mismo volumen. Después medimos la masa de ambos objetos y comprobamos que la de la barrita de hierro es mayor. Anotamos la conclusión en la libreta: dos objetos pueden tener el mismo volumen pero no la misma masa.
c) Por último les enseño una caja de cartón con un objeto desconocido (del que previamente he medido la masa y el volumen) y les digo: el objeto tiene una masa tal y un volumen tal, ¿de qué está hecho? La respuesta es obvia, no pueden saberlo. Anotamos la conclusión: la masa y el volumen son propiedades cuyo valor no nos permite identificar a una sustancia dada.

- Ahora ya pueden entender la razón de introducir una nueva propiedad de la materia: la densidad.
Para ello, antes de definir lo que es la densidad realizamos una pequeña práctica. Distribuyo a los alumnos por parejas y les reparto a cada pareja dos barritas de Fe y dos barritas de Al (las barritas son prismas cuadrangulares rectos), así como una regla graduada. Cada par de barritas tiene distinto tamaño. Ellos calculan su volumen aplicando la fórmula matemática correspondiente y miden la masa de la barrita. Anotan los datos en una tabla de tres filas (masa, volumen, masa/volumen).
Luego les pido que extraigan conclusiones: "la masa y el volumen de cada barrita es diferente, pero el cociente entre la masa y el volumen es el mismo para las barritas que están hechas del mismo material. Por tanto si dos cuerpos están hechos de la misma sustancia, pueden tener distinta masa y volumen, pero el cociente entre esas propiedades será constante".

- La anterior conclusión nos permite justificar la definición de un nuevo concepto, la densidad, que nos permitirá identificar a las sustancias, y nos ayudará a entender los ejemplos a),b) y c) antes estudidados. Así pues les explicamos la fórmula de la densidad así como las unidades más habituales en que podemos expresar, el g/cm3 y el kg/m3. Les explicamos el significado del concepto de densidad así como a pasar de una unidad a otra (sin factor de conversión, multiplicando o dividiendo por 1000).

- Otra actividad interesante que además nos ayudará a entender cómo se calcula la densidad de un líquido será comprobar con una probeta y una balanza que la densidad del agua es constante. Para ello mediremos la masa de sucesivos volúmenes de agua y comprobaremos que el cociente m/v no varía.

- Finalizamos la sesión con una batería de ejercicios relacionados con todo lo explicado en clase (masa, volumen, densidad, identificación de sustancias, cálculo de la densidad del aire, etc.)