PRIMERA UNIDAD

LA INVESTIGACIN CIENTFICA

1.1 ANTECEDENTES

Hasta ahora en los laboratorios de Qumica General se han utilizado por parte de los docentes, el mtodo tradicional, en el quese le entregaba al estudiante una gua con una serie de ttulos de prcticas de laboratorio, las que deba de desarrollar utilizandocomo base la tcnica descrita en la correspondiente gua; debiendo de prepararse para el examen previo tericamente y larealizacin de la experimentacin sin considerar algn mtodo en el desarrollo de las prcticas. Nuestra intencin es quepaulatinamente, se incorpore en el proceso educativo la investigacin cientfica, de tal manera que los estudiantes de la Facultadde Ingeniera sean concientes de la importancia de una formacin y aprehensin sistemtica de los conocimientos de la ciencia.

Independientemente de que el mtodo tradicional ha resultado til en la formacin de los estudiantes de Ingeniera de laUniversidad Mayor de San Andrs, no ha permitido ejercitar a los estudiantes en el anlisis y solucin de los frecuentesproblemas que surgen en el campo de la Ingeniera. Esta situacin puede mejorar con la introduccin del Mtodo Cientfico apartir de tener una conciencia crtica, en la realizacin de los diferentes experimentos.

Resulta por tanto necesario, la utilizacin de ste mtodo por los estudiantes, por lo que es conveniente su introduccin en lasdiferentes formas de enseanza siempre que sea posible, logrando as la sistematizacin en la aplicacin del mismo. El cursoexperimental en cada asignatura se integra en el proceso educativo, pero no debe de considerarse como auxiliar del terico, enel que slo se ilustren con prcticas adecuadas los principios tericos ya aprendidos, o se enseen solamente tcnicas delaboratorio.

Es obvio, que sta integracin no se logra intercalando el curso terico con el experimental durante el desarrollo de cadasemestre, sino consiguiendo que cada experimento requiera el uso y aprendizaje de alguna tcnica de laboratorio y que lanecesidad de la aplicacin de sta, est estrechamente relacionada con la solucin cientfica del problema qumico que resuelve.Por todas estas razones se debe incorporar el mtodo cientfico en el curso experimental de la Qumica General para las carrerasde Licenciatura en Ingeniera de la Facultad de Ingeniera de la Universidad Mayor de San Andrs.

1.2 LA CIENCIA

Ciencia es el conjunto de conocimientos sistemticamente estructurados, acerca del universo obtenidos por la observacin y elrazonamiento, que permiten la deduccin de principios y leyes generales. La ciencia es el conocimiento sobre la verdaderanaturaleza del Universo. Desde sus inicios ha utilizado una serie de mtodos y tcnicas basados en la lgica y la experiencia, atravs de los cuales establece sus leyes, la ciencia como conjunto sistematizado del saber humano est conformada por lateora, el mtodo y la tcnica.

La teora es un conjunto de conceptos, categoras y leyes que reflejan objetivamente la realidad, y se basa en estructurascomplejas del conocimiento, tales como el uso sistematizado de las leyes generales que rigen a la qumica por ejemplo, y que seencuentren ligadas a la prctica, por tanto, la teora explica la realidad y se orienta hacia el conocimiento y resolucin deproblemas

El mtodo proviene del griego met: al lado, odos: camino, es decir, al lado del camino. Significa entonces el camino msadecuado para lograr un fin; desde el punto de vista cientfico, el mtodo es un proceso lgico a travs del cual se obtiene elconocimiento. El mtodo es un medio para alcanzar un objetivo; el del mtodo cientfico es la explicacin, descripcin yprediccin de fenmenos, y su esencia es obtener con mayor facilidad el conocimiento cientfico.

La metodologa es el Conjunto de mtodos que se siguen en una investigacin cientfica.

La tcnica se refiere a procedimientos operativos tiles desde el punto de vista prctico para determinados fines, es el conjuntode instrumentos y medios a travs de los cuales se efecta el mtodo, propone las normas para ordenar las etapas del procesode investigacin; proporciona instrumentos de recoleccin, clasificacin, medicin, correlacin y anlisis de datos y aporta a laciencia todos los medios para aplicar el mtodo. De esta manera, la tcnica es la estructura del mtodo, y la teora elfundamento de la ciencia.

El desarrollo de la qumica, al igual que en otras ciencias, se lleva a cabo mediante un procedimiento llamado mtodo cientfico yque se refiere al conocimiento verdadero sobre cualquier porcin del universo, verificado completa o parcialmente.

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1.3 MTODOS DE LA INVESTIGACIN CIENTFICA

1.3.1 Mtodo Inductivo

Inducir significa elevarse de lo particular a lo general, del caso individual a la ley. La induccin es la operacin por medio delcual el espritu y el pensamiento se dirigen de los hechos, casos o fenmenos particulares al reconocimiento de las leyes que larigen, es un mtodo de la investigacin cientfica. En el razonamiento inductivo, se siguen las siguientes etapas.

Se observa atentamente cierto nmero de hechos o datos Se analiza sus diversas circunstancias Se compara, comprobando en todos ellos una relacin constante Se generaliza esta relacin, es decir, se le considera aplicable a todos los casos de la misma especie.

Por ejemplo, el cobre si dilata con el calor, el hierro, la plata, el mercurio y el oro se dilatan con el calor, entonces los metales sedilatan con el calor.

Sus ventajas son:

o Habita al estudiante a observar, experimentar, inducir y razonar por si mismoo Se independiza del docente y de los libros, proporcionndose confianza en sus propias capacidadeso Lo estimula en el desenvolvimiento de la autoactividad

1.3.2 Mtodo Deductivo

Consiste en obtener conclusiones particulares a partir de una ley universal. Esto se aplica al muestreo estadstico, en el que,para obtener los datos necesarios, en lugar de aplicar una encuesta a toda la poblacin se aplica a una muestra representativa.En lugar de estudiar las variables de la ecuacin de estado con todos los gases, se puede aplicar a uno de ellos. Losprocedimientos activos del mtodo deductivo son: sntesis, demostracin y aplicacin.

Sntesis

Consiste en recomponer un todo, reuniendo sus distintos elementos, es un proceso inverso al anlisis, porque compone oensambla las partes para construir el todo; va de lo simple a lo complejo de los elementos al todo. Por ejemplo la recapitulacintotal o parcial de un determinado tema de estudio. Existen dos clases de sntesis:

a) Reproductiva, que es una simple inversin del anlisis y slo tiene un valor de comprobacin.b) Productiva, que combina elementos conocidos, pero de manera original y nueva.

Demostracin

Es el procedimiento en el que el docente ejecuta una operacin y la explica tantas veces sea necesaria, enfatizando en losprocesos claves o importantes. Despus los alumnos deben ejecutar la misma operacin. Se busca hacer comprender conclaridad un asunto por medio de una serie de procesos ordenados, como por ejemplo el proceso de titulacin de una base conun cido o la resolucin de un problema que involucra reacciones qumicas.

El docente debe hacer la demostracin como prctica de una exposicin, siguiendo cuatro pasos:

Preparacin Demostracin o muestra la operacin Ejercitacin por parte de los alumnos Evaluacin

Aplicacin

Es una forma de repeticin que tiene por objeto fijar los conocimientos y aplicar lo aprendido en situaciones nuevas.Actualmente se concibe a la aplicacin en el amplio campo de la transferencia del aprendizaje.

1.3.3 Mtodo dialctico

La caracterstica esencial de este mtodo es que considera los fenmenos histricos y sociales en continuo movimiento.Aplicando a la investigacin, afirma que todos los fenmenos se rigen por las leyes de la dialctica. El postulado bsico delmtodo dialctico es que la realidad no es algo inmutable, sino que est sujeta a contradicciones y a una evolucin y desarrolloperpetuo.

Por lo tanto propone que todos los fenmenos sean estudiados en sus relaciones con otros y en su estado de continuo cambio,ya que nada existe como un objeto aislado. Entonces. La ley del cambio y del movimiento es la base de todas las cosas

El mtodo de investigacin en qumica es el mtodo hipottico-deductivo.

El trmino "hipottico" denota que deben formularse dos o ms hiptesis antes de la experimentacin.

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"Deductivo" se refiere a obtener una conclusin particular a partir de un concepto general o universal.

1.4 EL MTODO CIENTFICO

En trminos generales, la formacin en el campo de la Ingeniera est vinculada con la teora y la prctica, a partir de nuestraque el estudiante est vinculada con la experimentacin se debe seguir una sistematizacin para obtener una deduccin vlidaacerca de algo. Esta sistematizacin se resume en los pasos del Mtodo Cientfico.

1.4.1 Pasos del Mtodo Cientfico

Esta explicacin es una descripcin general del mtodo cientfico. El procedimiento no tiene que seguir exactamente un arreglocomo el descrito aqu.

a) Observacin.- El primer paso en cualquier investigacin es la observacin. La observacin consiste en fijar la atencin enuna porcin del Universo.

b) Problema o Pregunta.- Una vez que se ejecuta la observacin, surgen una o ms preguntas, generalmente generadas porla curiosidad del observador. La pregunta surgida debe ser congruente con el fenmeno observado, y debe adherirse a la lgica.El investigador siempre debe tener en cuenta que las preguntas que comienzan con un "por qu" son muy difciles (si noimposible) de contestar. El investigador objetivo prefiere comenzar sus preguntas con un "qu", un "cmo", un "dnde", o un"cundo". La pregunta podra ser tambin un "para qu es".

La formulacin de un problema en Qumica, a menudo suele ir acompaada explcitamente de una hiptesis, es decir unasupuesta respuesta al problema planteado, para lo cual es necesaria una validez experimental. Esta validez experimental de lahiptesis no siempre es evidente, por lo que resulta tambin necesario deducir interpretaciones lgicas de los resultadosexperimentales que permitan avalar las conclusiones positivas o no de la hiptesis inicial.

Se pone as de manifiesto, cmo la Qumica pertenece a las denominadas Ciencias Experimentales y su metodologa cientficacomprende aspectos tales como:

Determinacin de datos experimentales.

Interpretacin de stos datos y organizar coherentemente los resultados.

Por tanto, es preciso que en la enseanza de la Qumica se le conceda una gran importancia a la parte experimental y que elcurso terico se complemente con uno de prcticas de laboratorio con un nivel pedaggico adecuado y la incorporacin en stedel mtodo cientfico, por ello, los objetivos del presente trabajo estn relacionados con:

La introduccin de la metodologa cientfica en las prcticas de laboratorio de Qumica general con el fin de sistematizar suutilizacin en sta forma de enseanza y lograr el incremento de las capacidades de los estudiantes para resolver problemasprcticos, as como en adquirir mayor habilidad en el planeamiento de los experimentos necesarios para la solucin delproblema y en la interpretacin de los resultados que avalen la validez o no de la hiptesis.

c) Hiptesis.- Luego, el investigador trata de dar respuestas lgicas a tal pregunta. Cada respuesta es una introduccintentativa que puede servir como gua para el resto de la investigacin. Estas soluciones preliminares a un problema sonprecisamente las hiptesis. Hiptesis es una declaracin que puede ser falsa o verdadera, y que debe ser sometida acomprobacin (experimentacin). Cada hiptesis debe ser sometida a una prueba exhaustiva llamada experimentacin. Losresultados de la experimentacin determinarn el carcter final (falso o verdadero) de la hiptesis.

d) Experimentacin.- La experimentacin se puede realizar de diversas maneras, pero la experimentacin controlada es unacaracterstica propia del mtodo cientfico, de tal manera que otros sistemas ms sencillos no son viables para el propsito de laciencia.

En experimentacin controlada debemos tener dos grupos de prueba: un sujeto llamado grupo de control o grupo testigo, y otrollamado grupo experimental. El grupo de control y el grupo experimental, son sometidos a las mismas condiciones, excluyendola variable que se ha elegido para el estudio. El grupo de control no es sometido a la variable, slo se somete al grupoexperimental. Se observan los resultados y se registran las diferencias entre ambos grupos.

Si el investigador nota una diferencia entre ambos grupos, entonces puede deducir una respuesta. Conforme la investigacinavanza, las hiptesis falsas se rechazan una a una, hasta obtener la respuesta ms plausible de todas las hiptesis que sepresentaron inicialmente. Cundo la hiptesis se verifica, entonces se procesa la declaracin final, que en ciencias se llamateora.

e) Teora.- Teora es una declaracin parcial o totalmente verdadera, verificada por medio de la experimentacin o de lasevidencias. Si la teora se verifica como verdadera en todo tiempo y lugar, entonces se considera como una Ley.

f) Ley- Una teora est sujeta a cambios, una ley es permanente e inmutable. Una ley es comprobable en cualquier tiempo yespacio en el Cosmos. Sin embargo, una teora es verdadera slo para un lugar y un tiempo dados.

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Por ejemplo, la Evolucin es una teora que se perfecciona de acuerdo a nuevos descubrimientos, mientras que lo relacionadocon la Gravedad es una ley, pues ocurre en todo tiempo y lugar del universo conocido.

1.5 Objetivo General del Programa

Objetivo General

Formar profesionales dotados con:

Conocimientos en la aplicacin de los conceptos bsicos de la qumica terica mediante la experimentacin y manejo dediferentes tcnicas y aparatos de medida, de acuerdo a los mtodos de investigacin cientfica.

Objetivos Especficos

Manejar diferentes instrumentos de medida y expresar con el adecuado nmero de cifras significativas y el resultado desus clculos.

Aplicar las diversas leyes que rigen el comportamiento de la materia.

Reconocer y aplicar las variables para cada uno de los sistemas de agregacin o estados de la materia

Adquirir destrezas y habilidades aplicables a procesos qumicos.

Asumir una conciencia sobre la necesidad de preservar y mejorar el ambiente ecolgico.

Para organizar cada actividad docente, se debe considerar los siguientes aspectos:

1.- Entrega de la situacin problmica al estudiante

En esta etapa el estudiante se prepara, estudiando los aspectos orientados por el profesor, para ello consulta la bibliografa quese le orienta y cualquier otra a la que l acceda por iniciativa propia.

2.- Esclarecimiento del fenmeno sujeto a investigacin

En esta etapa el alumno delimita para extraer de lo encontrado, lo relacionado con el problema cientfico que enfrenta eidentifica todas las variables posibles que encuentre para la solucin del problema.

3- Formulacin de la Hiptesis.

En esta etapa el alumno selecciona, basndose en los conocimientos tericos adquiridos, la hiptesis que puede considerarsecomo una posible respuesta a la situacin problmica planteada.

4.- ELABORACIN DEL INFORME PREVIO

En esta etapa el estudiante debepresentar un informe que contengala hiptesis por l propuesta, lasreacciones fundamentalesinvolucradas, [principales, auxiliares,y colaterales], tcnica seleccionadadebidamente fundamentada, ascomo las caractersticas fsicas ytxicas de los reactivos y productosposibles a obtener.

Tambin debe presentar undiagrama de flujo, por ejemplo pararealizar el experimento para estudiarlas leyes de los gases ideales, serecomienda el siguiente diagrama:

MEDIDAS DE LAPRESIN

DETERMINAR ELVOLUMEN DEL GAS

MEDIR EL DIMETROINTERNO DEL TUBO

INFLAR EL BLADERHASTA UNOS 20 cm.

CONECTAR ELBLADER EN LOSMANMETROS

MEDIR LASPRESIONES

MANOMTRICAS

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LEY DE GAYLUSSAC

REGISTRAR LAVARIACIN DETEMPERATURA

REGISTRAR LAVARIACIN DE

PRESIN

MANTENERCONSTANTE EL

VOLUMEN

LLENAR LA CAMISACALEFACTORA CON

AGUA CALIENTE

REGISTRAR LOS DATOS DEPRESIN Y TEMPERATURA

A MEDIDA QUE ENFRAEL AGUA

LEY DE BOYLE

REGISTRAR LOSVOLUMENES

REGISTRAR LASPRESIONES

MANTENERCONSTANTE LATEMPERATURA

CONSIDERANDO ELDIMETRO DEL TUBO Y

LA ALTURA DEL GAS

LA PRESIN ES LADIFERENCIA ENTRE

LAS ALTURAS

LEY DE CHARLES

REGISTRAR LAVARIACIN DETEMPERATURA

REGISTRAR LAVARIACIN DEL

VOLUMEN

MANTENER LAPRESIN CONSTANTE

LLENAR LA CAMISACALEFACTORA CON

AGUA CALIENTE

COLOCAR LASCOLUMNAS DE

MANMETRO A LAMISMA ALTURA

REGISTRAR LOS DATOSDE VOLUMEN Y

TEMPERATURA AMEDIDA QUE ENFRA

ELAGUA

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Los datos deben anotarse en una tabla que est adjunto en la gua de prcticas, en cambio los clculos y anlisis de losresultados debern realizarse durante la elaboracin del informe.

5.- COMPROBACIN DE LA HIPTESIS

En esta etapa se desarrolla experimentalmente la tcnica escogida y se recopilan los datos experimentales y observacionesrealizadas durante el trabajo prctico.

6.- ANLISIS DE LOS RESULTADOS

En esta etapa se procesan los resultados y observaciones obtenidos experimentalmente, analizando las relaciones esenciales destos con los formulados en la hiptesis para decidir si corresponden realmente con la respuesta al problema planteado. En lasprcticas de laboratorio se efectan preguntas para que el estudiante analice con responsabilidad sus datos y resultados.

7.- CONCLUSIONES

En esta etapa, el alumno debe de argumentar la decisin adoptada vinculando los resultados obtenidos medianteargumentaciones lgicas y razonadas a la aceptacin o no de la hiptesis inicial.

Para alcanzar los resultados, se realizan preguntas acerca de posibles conclusiones, de tal manera que el estudiante puedaanalizarlo con ms criterio y asuma su responsabilidad reflexionando la siguiente prctica.

DETERMINACIN DE LACONSTANTE R

INSTALAR EL EQUIPO PARARECOGER GAS HIDRGENO

GENERAR GAS HIDRGENOMEDIANTE LA REACCIN:

HCl + Mg MgCl2 + H2

DETERMINAR ELVOLUMEN DEL GAS

DETERMINAR LATEMPERATURA

DETERMINAR LA PRESINMANOMTRICA

PESANDO 20 mg DE Mg