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Introducción a la Química Curso de Ingreso

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 La química, una ciencia  ¿Qué es la ciencia?  Ciencia en acción  ¿Existe “un” método científico?  Problemas, hipótesis y experimentación  Teorías, leyes y modelos  Las preguntas de los químicos  Actividades finales La química, una ciencia       

¿Por qué el pan quemado tienen diferente sabor? ¿Qué hay en el interior de la pava y que sale por el pico? El fuego de la hornalla prendida ¿genera sustancias que antes no había en el ambiente? ¿Cómo se producen nuevos materiales? ¿Todos los metales se oxidan igual? ¿Por qué se calienta la comida y no el recipiente plástico en el microondas? ¿Es cierto que la cocción al vapor produce alimentos más nutritivos?

Intentaremos a lo largo de este curso, contestar a estas preguntas y otras, que seguramente se te irán ocurriendo a medida que vayas avanzando en el conocimiento químico. La química es una ciencia que posee un enorme caudal dinámico de conocimientos. La palabra “dinámico” destaca la constante y vertiginosa evolución que sufren, actualmente, los conocimientos científicos. Entre los rasgos humanos que más inciden en la evolución de la ciencia se encuentran las ganas de averiguar, la necesidad de saber y la curiosidad. En efecto, son “motores” para la ciencia la posibilidad que tenemos las personas de preguntarnos acerca de los fenómenos que se producen a nuestro alrededor y en el propio organismo, la necesidad de resolver ciertos problemas de nuestro entorno y las demandas que la sociedad y la economía muchas veces nos hacen, seleccionando e incidiendo en la elección de temas y metodologías. La química se ocupa del estudio de los materiales, los procesos mediante los cuales estos se transforman y las transferencias de energía involucradas en tales transformaciones.

Actividad: 1- Intenta contestar a alguna de las preguntas que se formulan mas arriba 2- Busca un ejemplo de cómo se usa el conocimiento químico en la cocina

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Qué es la ciencia? La ciencia es una actividad social del ser humano que deriva de su actitud indagadora y crítica e involucra tanto un cuerpo de conocimientos como un modo particular de producirlos, así como también una comunidad de personas dedicadas a la tarea de producción. Actividad social Los conocimientos científicos actuales son el producto del trabajo de muchas personas. Albert Einstein decía que la ciencia “es una creación del espíritu humano” Esta creación se realiza siempre a partir de los conocimientos existentes y dentro de las posibilidades que brindan y los límites que imponen la sociedad, la economía y la política de cada época y lugar. Actitud indagadora y crítica Los conocimientos científicos son el resultado de que las personas, basadas en su curiosidad natural y en diferentes necesidades prácticas, 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 interés o les suponen un desafío.

Cuerpo de conocimientos La ciencia constituye un cuerpo altamente organizado de conocimientos que intenta interpretar la realidad. Estos conocimientos se relacionan de tal modo que la modificación de alguno de ellos lleva a revisar los restantes

Características del conocimiento científico: 1- Descriptivo: Indica como es una cosa. 2- Metódico y sistemático: Utiliza una organización aceptada por la comunidad científica. 3- Comunicable: El lenguaje es el medio que tiene el científico para dar a conocer sus hallazgos. Debe ser claro y preciso para poder ser entendido por otros especialistas del mismo campo científico. 4- Crítico, analítico y comprobable: Interpreta los resultados obtenidos, a través de la experimentación. 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 teórico hay que hacer uso de la imaginación y la inspiración.

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Modo de producción del conocimiento La ciencia posee formas propias de producción del conocimiento basada en procesos de pensamiento y de acción. Entre ellas tienen enorme peso un cierto lenguaje, la manera de recoger y analizar datos, las etapas de investigación, el consenso de la comunidad científica las interpretaciones 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. Actividad 1- ¿Conoces algunos científicos? 2- ¿Cómo te imaginas que trabajan? 3- Las necesidades de la sociedad ¿influyen en el trabajo científico? Da ejemplos La química tiene todas las características de la ciencia en general, pero, además, tiene características específicas que permiten identificarla como ciencia natural junto con la física, las ciencias de la Tierra y la biología, entre otras.

Las ciencias naturales se ocupan de estudiar el mundo natural, tratando de hacer interpretaciones cada vez más ajustadas de la realidad. Estas ciencias también suelen denominarse “experimentales” Esta palabra pone énfasis en una forma particular de producción del conocimiento que irás 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 específicas se puede señalar que del estudio de:

La elaboración de productos por la industria

se ocupa

LA QUÍMICA

Las atracciones entre Los cuerpos

se ocupa

LA FÍSICA

Los cambios de los ecosistemas naturales

se ocupa

LA BIOLOGÍA

El interior de la tierra

se ocupa

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LAS CIENCIAS DE LA TIERRA 4

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Ciencia en acción Si por una ventana nos asomáramos a un laboratorio de investigación científica, posiblemente advertiríamos a un grupo de personas, los investigadores, llevando a cabo las más diversas actividades. Veríamos a un investigador manipulando materiales de laboratorio: pesando, separando componentes de una mezcla, midiendo alguna propiedad con aparatos complicados etc. En otro sector habrá alguno leyendo alguna revista de investigación, otro ingresando datos en una computadora. Luego, mediante programas específicos, analizará y graficará los resultados que serán discutidos por el grupo de trabajo. Los instrumentos de los que dispone el grupo de investigación le permiten generar datos a través de observaciones, mediciones y registros para corroborar las ideas formuladas con anterioridad. Si analizamos minuciosamente cada uno de los instrumentos y elementos con los que cuentan los investigadores, podríamos comprobar la gran variedad de acciones y funciones que les permiten realizar. Estos elementos surgieron de la necesidad de realizar las experiencias en forma rigurosa. Desde un punto de vista práctico, algunos de ellos pudieron haber sido diseñados y creados por los mismos científicos y en otros casos, por fabricantes, mediante un pedido especial. Los conocimientos que aporta la ciencia son necesarios para el desarrollo de los objetos tecnológicos, pero al mismo tiempo la tecnología es un recurso para ampliar los conocimientos científicos. La tecnología es la actividad humana que se encarga de diseñar objetos que serán construidos mediante distintas técnicas, para ser utilizados con un fin determinado. La tecnología también regula y gestiona procesos. Ciencia y tecnología suministran un despliegue de sofisticadas herramientas cuya existencia involucra siglos de evolución del conocimiento. De esta manera, con ayuda de técnicas y estrategias más o menos complejas, según cuál sea el objeto de estudio, los investigadores pueden “recortar” en el laboratorio una porción de la naturaleza, reproducir fenómenos, observarlos y analizarlos. Actividad 1) En las siguientes situaciones indica cual corresponde a la actividad científica y cual es el objeto tecnológico a- El telescopio permitió a Galileo Galilei observar las lunas de Júpiter b- Algunas de las partículas subatómicas se pudieron detectar gracias a los potentes aceleradores de partículas 2) Pensá en aportes de la ciencia y la tecnología que hayan aumentado el bienestar humano Unidad Nº 1 Una aproximación al mundo de la química

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¿Existe “un” método científico? El proceso de investigación no funciona como un conjunto de reglas que se aplican de forma mecánica. Según la naturaleza del fenómeno, los métodos para estudiarlos son flexibles e influidos por la creatividad del investigador. Muchas veces se parte de los resultados de un experimento, otras de una idea o de la observación de un fenómeno. Utilizamos la palabra método que etimológicamente proviene de “camino” para designar el conjunto de procedimientos puestos en marcha para llevar adelante la ciencia como actividad. Podemos resaltar la existencia de ciertas características que son válidas para todo tipo de investigación.

Caminos del trabajo científico

Entre los posibles caminos que puede transitar el trabajo científico, se reconocen especialmente uno lógico y uno empírico. El “camino” empírico a veces llamado inductivo intenta, en cambio, una explicación del fenómeno mediante su exploración directa. Se basa en la observación y la experimentación. Permite descubrir consecuencias desconocidas de una ley o un principio Ejemplo: como las veces que he tocado el fuego me he quemado infiero que el fuego posee altas temperaturas, incompatibles con la vida.

El “camino” lógico a veces llamado deductivo se basa en la utilización del pensamiento para deducir y analizar algo. De esta manera es posible encontrar los principios 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: del principio general de que la combustión genera cambios en los materiales, infiero que puedo cocinar la carne en la hornalla y hacer un churrasco

Estos caminos son complementarios. El científico recurre tanto al análisis y a la deducción como a la observación y a la experimentación. Actividad Indicar que camino se sigue en las siguientes afirmaciones -El volumen de un gas aumenta con la temperatura, entonces cuando se 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 energía cinética -La solubilidad del oxígeno en agua explica la vida en el mar. Unidad Nº 1 Una aproximación al mundo de la química

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Problemas, hipótesis y experimentación ¿Cuál es el propósito de la investigación científica? Responder a un interrogante o resolver un problema, para el cual los científicos tienen una explicación provisoria o hipótesis (lo que ellos supone que es la respuesta a su interrogante). Así, el grupo que investiga el problema diseña una experiencia. Pero… ¿qué son las hipótesis? Etimológicamente, hipótesis es la versión griega de la palabra “suposición”. Se trata del punto de partida de la creación científica, que surge como respuesta provisoria a una pregunta y da lugar a cursos de acción “fructíferos”. Para llegar a alguna conclusión en la investigación, los científicos deben diseñar experimentos. En ellos se deben reproducir lo más fielmente posible las condiciones específicas en las que se produce el fenómeno estudiado. Este control otorga seguridad y confiabilidad a los resultados del trabajo. Las experiencias deben cumplir con ciertos requisitos: El fenómeno que se estudia debe poder aislarse. El experimento debe ser reproducible. Deben permitir que los distintos factores que intervienen en el fenómeno puedan ser controlados. Fases del método científico

Observación de un interrogante o problema

Formulación de una hipótesis

Diseño de una experimentación

Si por ejemplo, quisiéramos averiguar la causa por la que, cuando cortamos una manzana, ésta se oscurece lentamente, podríamos proponer diferentes hipótesis: 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 ¿cómo podríamos saber cuál es la correcta? A través del diseño de una alguna experiencia. Unidad Nº 1 Una aproximación al mundo de la química

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Por ejemplo, para trabajar con la segunda hipótesis podemos cortar la manzana de tal manera que la superficie cortada no quede en contacto con el aire- por ejemplo, dentro de un balde de agua- y ver si se oscurece en esas condiciones. Necesitamos al mismo tiempo, cortar otra manzana en contacto con el aire para ver las diferencias.

-Actividad ¿Qué varía en ambas acciones? ¿Cómo podrías trabajar la hipótesis relacionada con la luz? Esta manera de trabajar nos habilita a concluir qué hipótesis es la más Correcta.

-Actividad Un granjero quiere investigar si existe alguna relación entre la cantidad de vitamina A que da a las gallinas y el número de huevos que ponen estas. Para ello proporciona a las gallinas una alimentación que solo se diferencia en la cantidad de vitamina A que da a unas y a otras. Suponiendo que todas las gallinas se crían bajo las mismas condiciones de luminosidad, temperatura, etc.…. Contesta: a- Se ha planteado el granjero una experiencia científica ¿Por qué? b- ¿Como formularías la hipótesis que quiere comprobar? c- Describí qué experiencia realizó el granjero. d- ¿A que conclusiones llegaría el granjero en función de los distintos resultados que pudieran darse?

Teorías, leyes y modelos científicos Cuando una hipótesis es apoyada por pruebas realmente convincentes, entonces puede proponerse una teoría. Una teoría es un conjunto estructurado de ideas abstractas que permiten explicar los fenómenos del mundo natural.

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Las teorías responden a una necesidad constante en el ser humano de contestar el cómo y el porqué de los fenómenos observados. Etimológicamente significa “mirada”. Ahora bien, de las teorías pueden inferirse las leyes (experimentales y teóricas). Las leyes son enunciados universales, que indican en que condiciones ocurre determinado hecho, por medio de ellas se comprenden acciones particulares. Además permiten adelantarse a los acontecimientos y predecirlos. Por ejemplo cuando un cuerpo se calienta, éste se dilata, o bien, los rayos de luz al pasar de un medio a otro de diferente densidad cambian de dirección. Los modelos son representaciones simplificadas de la realidad que se utilizan para hacer más comprensible algunos aspectos del entorno. Ayudan a explicar el comportamiento de esa parte del universo y al mismo tiempo sirve para hacer predicciones y ponerlas a prueba en circunstancias diversas. La representación en un modelo puede ser conceptual (una ecuación matemática) o material (una maqueta). Los modelos son provisorios, es decir, cambian según los conocimientos de la época Un modelo exitoso, no es una garantía de que el objeto real se comporte de la manera en que aquél dice, pero siempre provee información para avanzar. Un modo de representación de la realidad puede utilizar como fuente la analogía, que es un recurso común 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 última por medio de la primera.

La representación de un modelo puede ser:

Conceptual (Una ecuación matemática)

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Material (Una maqueta)

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Actividad:

Figura 1

Figura 2

a- Observen las dos figuras e indiquen: ¿Qué representa cada una? ¿Cómo lo hacen? b- En que difiere la información. Es decir, ¿qué refleja una que la otra no indica? c- ¿En que se diferencian ambas de la realidad? ¿Qué no indican? d- ¿Se pueden estimar las personas que caminan por las calles, la dirección exacta de una casa sobre Avenida San Martín, la cantidad de negocios sobre la avenida, la altura de una casa?

Un ejemplo de teoría La teoría atómica de Dalton propone que la materia está formada por pequeños corpúsculos indivisibles, indestructibles e increíbles llamados átomos; indica que la materia es de naturaleza discontinua y permite predecir que las propiedades características de ella sólo se pueden comprender conociendo su estructura interna, pero nada informa acerca de cómo es el interior de cada átomo, ni si estos están quietos o en movimiento; tampoco cómo son las distancias entre cada uno de ellos.

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Las preguntas de los químicos Los químicos investigan la solución a problemas que tratan acerca de diversas cuestiones sobre los materiales, como son, cómo se comportan, cómo reaccionan unos con otros. Por ejemplo, el tema que desde hace mucho tiempo despierta su curiosidad es la gran variedad de materiales existentes y sus cambios. Preocupados por esta cuestión reflexionaron acerca de: Las semejanzas entre cosas diferentes. Por ejemplo ¿Qué tiene en común el agua, el alcohol y el aceite a temperatura ambiente? Las diferencias entre cosas semejantes. Por ejemplo ¿Por qué el hierro se oxida, y el oro, en las mismas condiciones, no se altera? Además de reflexionar, los químicos realizan experimentos desde el siguiente razonamiento: si lo que sabemos es cierto, debería pasar tal cosa cuando mezclemos aquello con esto, en este caso, el conocimiento previo permite hacer predicciones .En caso de que efectivamente, sucede lo previsto, aumenta la evidencia a favor de la explicación.

Química en Acción en Argentina Héctor Fasoli Premio Konex de Platino 2003: Ingeniería Industrial, Química y Ambiental Nació el 6 de diciembre de 1956. Es Doctor en Ciencias Químicas (Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, UBA, 1986). Realizó postdoctorados en EE.UU. (1987-1988) sobre “Transporte a Través de Membranas Sintéticas”; en Alemania (1997), sobre “Energías Alternativas”; y en España (1999), sobre “Química Computacional”. Es autor de más de ochenta trabajos presentados en revistas y en congresos nacionales e internacionales. Especializado en investigación ambiental, su interés se centra en el desarrollo de pilas de combustión hidrógeno-aire, métodos de descontaminación y problemas asociados con explotaciones mineras. Co-dirige el equipo de investigación que desarrolló una pila de combustión PEM con tecnología nacional y patentable. Colabora con el Programa de Investigación Geográfico Político Patagónico, dirigiendo trabajos sobre problemática ambiental en la región, destacándose en la formación de recursos humanos. Co-dirigió el equipo de Química del “Paquete Argentino de Experimentos” sobre estudios en microgravedad a bordo de un trasbordador espacial de la NASA. Cuenta con numerosas presentaciones sobre Metodología de la Enseñanza de la Ciencia. Desde 1993 es Profesor Titular en el Instituto Universitario del Ejército (EST), donde además es Director del Laboratorio de Química. Es también Profesor Titular y Director del Laboratorio de Ingeniería Ambiental de la Facultad de C. F. M. e Ingeniería de la UCA y Profesor Adjunto del Departamento de Química de la Facultad de Ingeniería de la UBA. Es Profesor visitante de la Unidad Nº 1 Una aproximación al mundo de la química

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Universidad de las Islas Baleares. En el año 2002 recibió el premio de la Asociación Argentina de Ingenieros Ambientales por sus aportes a la investigación ambiental en el país. Fundación KONEX -Actividad 1) Busca en el diccionario las palabras que no comprendes 2) ¿En que problemáticas trabaja el investigador? 3) ¿Qué es el grupo GAP? 4) ¿Qué es el proyecto HACHE? 5) ¿Te parece que la investigación se relaciona con el desarrollo de nuevas tecnologías? Explica A continuación Entrevista al Doctor Héctor Fasoli de la publicación quincenal de Noviembre del 2004, de la UCA.

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ACTIVIDADES FINALES 1- Casi como los científicos Elaboración de un fluido elástico Introducción: En grupos de cuatro personas describan lo más exhaustivamente posible las características del fluido presentado. Observen especialmente sus propiedades elásticas ¿Qué implica concretamente que un material sea elástico? Desarrollo 1- Los tres componentes con los que preparamos el fluido son cola de pegar (escolar), bórax (borato de sodio) y agua, ¿Cómo podemos averiguar cuál de estos componentes es el responsable de la elasticidad del fluido? 2- De las respuestas posibles (hipótesis), tomando de a una ¿si fuera cierta, que tendría que pasar? Y ¿si fuera falsa? Formulen predicciones que después podamos poner a prueba con un experimento Antes de realizar el experimento es importante tener claro que les van a decir los distintos resultados acerca de la hipótesis propuesta. 3- ¿Qué y como vamos a medir? 4- Para diseñar el experimento hay que tener en cuenta que condiciones vamos a cambiar y cuales vamos a dejar constantes. También es importante que nos pongamos de acuerdo con las unidades de medición(por ejemplo a que llamamos una cucharita llena en tamaño y hasta donde). 5- Realización del experimento y análisis de los resultados: cada grupo presentara sus resultados al resto de la clase, explicando como realizaron su experimento , que sucedió y como sus resultados confirman o refutan la hipótesis propuesta. Puesta en común y debate: Aquí se concluye la respuesta a la pregunta ¿hay un solo componente de la mezcla responsable de la elasticidad del fluido? ¿Hubo diferencias entre los resultados de los grupos? ¿a que pudieron deberse? ¿Hubo métodos de medición mejores que otros? ¿Por qué?

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Guía de Trabajo: ¿Qué hace que el fluido sea elástico? a- Pregunta b- Hipótesis c- Vamos a medir d- Forma en que vamos a medir e- ¿Qué cambia en el experimento? f- ¿Qué queda constante? g- Diseño experimental

Vaso

Cola

Agua

Bórax

Elasticidad

h- ¿Los resultados confirman la hipótesis que propusieron? ¿Por qué? 2-Trabajo con el relato: “El guiso fantasmagórico” de Agustín Adúriz-Bravo Recomendaciones que te pueden ayudar a disfrutar más de la lectura y a poder compartirla con otros: l) Antes de iniciar la lectura saca del material toda la información posible, revisa los textos que te dan pistas. ll) Guarda un registro lo más completo posible de lo que ya leíste. Resumí lo que lees, marca los puntos principales. lll) Ensaya diversas formas de comunicar lo leído. A medida que avances en la lectura contá a tus compañeros y profesores lo que entendiste, lo que más te llamó la atención, las dudas que te surgieron. lV) Pasa a nuevas lecturas. Busca más información sobre lo que leíste.

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a- ¿Quién es el autor y a que se dedica? b- ¿En qué año se escribió el libro? c- ¿Qué clase de investigación se relata? d- ¿Qué son las sustancias radiactivas y en qué se diferencian? e- ¿De quién era originaria la idea de radiactividad? f- ¿Cuál fue la hipótesis de George de Hevsey? g- ¿Qué experimento llevo a cabo para comprobarla? h- ¿En que se basaba dicha experimentación? i- ¿A que conclusión llego? j- ¿Qué premios fueron otorgados al protagonista de la historia? k- ¿Cómo se utiliza hoy el invento de George de Hevsey? l- ¿Qué cosas nuevas pudiste aprender con la lectura del libro? 3- Describí los siguientes conceptos, relaciónalos y explica las diferencias entre ellos: Método lógico, método empírico, datos, evidencias, hipótesis y comprobación. 4-Como comprobarías la hipótesis: la ropa seca rápido en la terraza cuando hay viento. 5-El esquema que ves es una red de conceptos. Consiste en una serie de conceptos unidos mediante conectores que relacionan dos conceptos. Las flechas indican el sentido de lectura. En las frases conectoras no se utilizan los conceptos enmarcados, tampoco la negación. Para comenzar a practicar el diseño de este tipo de esquemas, te proponemos que escribas todas las ideas posibles que se pueden extraer de esta red conceptual. Para eso deberás explicar cada relación entre conceptos y conectores. Por ejemplo: “la ciencia aplica métodos científicos” ¿Es correcta esta frase? ¿La completarías para que sea más precisa? ¿Qué características tiene ese modo metódico de trabajo? ¿Cuántas ideas podes extraer de esa red conceptual?

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Ciencia

Aplica

Recolección y registro de datos Requiere

Procesamiento de datos

Métodos Científicos Análisis y conclusiones

Tiene

Comunicación

“Camino” empírico

“Camino” lógico

Incluye

Observación

Incluye

Experimentación

Análisis

Deducción

Agradecimiento: Se agradece al Prof. Dr. Agustín Adúriz-Bravo (CEFIEC, Universidad de Buenos Aires) por la revisión científica del texto. Bibliografía: Agustín Adúriz-Bravo (2005). Una introducción a la naturaleza de la ciencia. Buenos Aires: Fondo de Cultura Económica. Mónica P. Alegría y otros (2007). Química 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, Química. Buenos Aires: A-Z. Melina Furman (2007) Número 15 12(ntes), papel y tinta para el día a día en la escuela. La Enseñanza de las Ciencias Naturales. Buenos Aires. ArgentinaG Adriana Schnek (1999). Ciencias Naturales para docentes de E.G.B. 2. PROCIENCIA-CONICET Laura Vidarte (1997). Química Para descubrir un mundo diferente. Buenos Aires: Plus Ultra. Unidad Nº 1 Una aproximación al mundo de la química

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