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Aportaciones de Lavoisier: la Ley de la conservación de masa
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Para comprender la importancia del trabajo de Lavoisier, debemos remontarnos algunos miles de años en la historia: ¿cuál crees que haya sido la transformación de la materia que más relevancia tuvo en la Antigüedad? Probablemente, el dominio del fuego (es decir, la combustión).
Aun ahora, el fuego es ciertamente un elemento “mágico”. ¿Has tenido la oportunidad de sentarte junto a una fogata en la noche y contemplar el fuego? (sin mencionar los bombones y las salchichas asadas, así como las historias de terror que generalmente las acompañan).
Como ya mencionamos, es parte de nuestra naturaleza humana entender nuestro mundo e intentar explicar, de alguna forma, sus fascinantes fenómenos. ¿Qué explicaciones crees que los seres humanos de la Antigüedad daban al fuego y a su poder transformador? (figura 44).
El fuego, la lluvia, el Sol y muchos de los más importantes fenómenos naturales fueron asociados o explicados a través de deidades. En muchas tradiciones antiguas el fuego es visto como un regalo divino.
Como mencionamos en el contenido 1, a pesar de que las civilizaciones antiguas dominaron muchas de las técnicas usadas hoy día en química (como la destilación, perfeccionada por los antiguos árabes), la transformación de los materiales con frecuencia se encontraba inmersa en rituales mágicos y esotéricos.
Durante la época de la alquimia (que abarca muchos siglos, desde los antiguos egipcios hasta el siglo xviii), sus practicantes, conocidos como alquimistas (figura 45), buscaban la forma de transformar (o transmutar) metales como el hierro o el plomo, en oro. Esto, que ahora sabemos es imposible, no se buscaba por simple avaricia. Los alquimistas tenían la certeza de que si encontraban la forma de convertir el plomo en oro habrían encontrado “el elíxir de la vida eterna”, una idea que incluso hoy en día a muchas personas les resulta muy atractiva.
Este pequeño relato sobre los alquimistas pretende ilustrar que en la Antigüedad las transformaciones químicas siempre estuvieron envueltas en una atmósfera mágica y ritual.
FIGURA 44. Es interesante pensar que la combustión (el fuego) fue la primera herramienta con la que el ser humano comenzó a transformar los materiales, gracias a lo cual tuvo su origen la química como arte (o artesanía); y fue hasta que se descifró su misterio (al descartar la teoría del flogisto, que veremos después) que nació la química como ciencia. FIGURA 45. Durante el periodo de la alquimia, el conocimiento “químico” a menudo estaba mezclado con la astrología, y las instrucciones o “recetas” de las preparaciones alquímicas estaban cifradas de tal forma que sólo unas cuantas personas pudiesen entenderlas. Conoce más acerca de la historia de la ciencia en el libro: La ciencia en la edad media.(2005). México: sep-Santillana, de tu Biblioteca Escolar.
La Ilustración es una etapa de la historia considerada como el periodo donde el pensamiento científico comienza a prevalecer sobre el teológico. 1. Si quieres conocer más acerca de esta interesante época, consulta algunas de las siguientes páginas y escribe brevemente en tu cuaderno: • ¿Dónde se originó la Ilustración? ¿Cuáles eran sus ideales? ¿En qué países floreció? ¿Quiénes fueron los personajes más representativos de este movimiento? www.cedt.org/luces.htm thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0314-01/lavoisier.htm thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0314-01/cult_cie.htm www.fisicanet.com.ar/biografias/cientificos/l/lavoisier.php
Fue hasta el periodo conocido como la Ilustración cuando las explicaciones racionales acerca de la naturaleza comenzaron a ganar terreno; en esa época el fuego seguía siendo un punto de debate. Para explicar porqué unos materiales se quemaban y otros no, existía la teoría del “flogisto”: los materiales combustibles contenían flogisto, lo cual les permitía quemarse, aunque durante el proceso de combustión lo perdían, de tal forma que el material remanente quedaba “desflogistado” y ya no podía quemarse nuevamente. Los adeptos a la teoría del flogisto argumentaban que el flogisto era un ente inmaterial, sin masa y que no se podía aislar o medir, aunque su presencia era necesaria para permitir la combustión.
Cabe mencionar que desde la época de los antiguos griegos se había reconocido que el aire era indispensable para llevar a cabo la combustión; sin embargo, los adeptos a la teoría del flogisto consideraban que éste (el flogisto) era la verdadera esencia del fuego.
El trabajo de científicos como Carl Wilhelm Scheele (1742-1786), Joseph Priestley (1733-1804) y el mismo Lavoisier permitieron reconocer que el aire no era más que una mezcla de varios gases, y fue Lavoisier quien descubrió que uno de ellos (al que llamó oxígeno) era el responsable de la combustión.
Al llevar a cabo numerosas reacciones de combustión en recipientes cerrados donde nada podía entrar ni salir (en especial, el aire) y al registrar cuidadosa y meticulosamente la masa de las sustancias empleadas, Lavoisier observó que, sin importar qué material quemara dentro de sus recipientes, la masa, antes y después de la combustión, permanecía sin variación (figura 46).
A partir de sus experimentos, Lavoisier encontró que estas observaciones no sólo pueden aplicarse a las reacciones de combustión, sino que pueden extenderse a toda transformación química. Con base en estas observaciones, propuso una generalización que se conoció como el principio de conservación de la masa, que después se convirtió en la Ley de conservación de la materia. Esta ley establece que durante una transformación química, sea una combustión o cualquier otra, la masa total de las sustancias es la misma antes y después de que ocurra la transformación. Esta ley suele enunciarse así: “La materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma”.
FIGURA 46. Al llevar a cabo sus experimentos en sistemas cerrados, Lavoisier logró medir la masa de todas las sustancias antes y después de la combustión.
Experimenta
Encuentra las condiciones adecuadas para corroborar el principio de conservación de la masa.
1. Planteen una hipótesis para explicar lo siguiente: • Por qué al quemar una hoja de papel parte de la materia parece desaparecer? • El principio de conservación de la masa se cumple siempre, pero sólo se puede corroborar en ciertas condiciones. ¿Cuáles creen que sean éstas? 2. Consigan el siguiente material para realizar el experimento: • Una balanza (de la mayor precisión posible), puede ser digital • Un mechero • Pinzas para tubo de ensaye • Un embudo de plástico (el tubo no debe ser muy estrecho; 1 cm de ancho es adecuado) • 3 o 4 globos de látex • 3 o 4 ligas • 6 u 8 tubos de ensayo (de aproximadamente 15 cm de largo y 1.5 cm de diámetro) • Un matraz Erlenmeyer de 100 ml • 10 g de bicarbonato de sodio (NaHCO3) • 15 g de carbonato de cobre (CuCO3) • 20 ml de disolución de sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4 • 5H2O) al 5% • 20 ml de disolución de ácido clorhídrico (HCl) al 5% o de vinagre (CH3COOH) • 10 ml de disolución de hidróxido de sodio (NaOH) al 5% • 50 ml de agua (H2O) 3. Experimenten: Primero etiqueten cada uno de los tubos de ensayo del 1 al 10. Anoten en la tabla anexa todos los registros de las masas de las reacciones que efectúen.
Parte 1
a. Coloquen aproximadamente 10 ml de la disolución de ácido clorhídrico (HCl) o vinagre (CH3COOH) en el tubo 1. Registren la masa del tubo con la disolución.
Sé cuidadoso: La disolución de ácido clorhídrico (HCl) es muy corrosiva; tengan cuidado de no derramarla y si se derrama, limpien todo con un trapo húmedo.
b. Coloquen 3 g de bicarbonato de sodio (NaHCO3) en un matraz Erlenmeyer. Registren la masa del matraz con el bicarbonato (NaHCO3). c. Agreguen poco a poco el contenido del tubo 1 al matraz, agitando constantemente después de cada adición y observando con cuidado. d. Cuando la reacción haya terminado, registren de nuevo la masa del matraz con la disolución resultante y la masa del tubo 1 (ahora vacío).
Parte 2
a. Agreguen aproximadamente 5 ml de la disolución de sulfato de cobre (CuSO4 • 5H2O) al tubo 2. Registren la masa de este tubo.
b. Agreguen 5 ml de disolución de hidróxido de sodio (NaOH) al tubo 3. Registren la masa del tubo 2.
Sé cuidadoso: La disolución de hidróxido de sodio (NaOH) también es corrosiva, así que manéjenla con precaución.
c. Ahora, agreguen el contenido del tubo 2 al tubo 3. Agiten y observen.
d. Registren la masa del tubo 2 (vacío) y del tubo 3.
Parte 3
a. Coloquen aproximadamente 5 g de carbonato de cobre (CuCO3) o bicarbonato (NaHCO3) de sodio en el tubo 4. Registren la masa del tubo.
b. Calienten con cuidado la base del tubo empleando el mechero. Agiten constantemente hasta que ya no observen ningún cambio. Esperen a que el tubo se enfríe y registren su masa.
1
2
3 Matraz
Tubo 1
Masa total
Diferencia:
Observaciones:
Tubo 2
Tubo 3
Masa total
Diferencia:
Observaciones:
Tubo 4
Diferencia:
Observaciones
Masa antes de la reacción Masa después de la reacción
¿En qué procedimientos encontraron diferencia en la masa antes y después de llevar a cabo la reacción? Propongan alguna explicación. ¿Qué harían para corroborarla?
Parte 4
a. Ahora, usando el embudo, coloquen aproximadamente 3 g de bicarbonato de sodio (NaHCO3) dentro del globo. b. Viertan 10 ml de la disolución de ácido clorhídrico (HCl) o vinagre (CH3COOH) en el tubo 5. c. Coloquen con cuidado la boca del globo en el tubo y sujétenlo con ligas para que no se suelte. Cuiden que el bicarbonato de sodio (NaHCO3) no caiga dentro del tubo.
d. Registren la masa del sistema (tubo 1 disolución 1 globo 1 bicarbonato). Ahora levanten un poco el globo para que el bicarbonato (NaHCO3) vaya cayendo poco a poco en la disolución dentro del tubo. Registren lo que observen. e. Cuando hayan agregado todo el bicarbonato (NaHCO3) y la reacción haya terminado, registren la masa del sistema. • ¿Hubo cambios? ¿Cuál es la diferencia con el experimento que realizaron en la parte 1?
Parte 5
a. Repitan el experimento de la parte 3 colocando 3 g de carbonato de cobre (CuCO3) o bicarbonato de sodio (NaHCO3) en el tubo 6, pero esta vez inserten un globo en la boca del tubo como lo hicieron antes. Registren la masa del sistema. b. Ahora calienten el tubo y cuando ya no observen cambios, permitan que el tubo se enfríe. Registren la masa del sistema y sus observaciones antes y después de calentar el tubo.
4
5 Matraz Tubo 1 Masa total Diferencia: Observaciones: Tubo 2 Tubo 3 Masa total Diferencia: Observaciones
Masa antes de la reacción Masa después de la reacción
4. Analicen: • ¿En qué experimentos pudieron corroborar el principio de conservación de la masa? • En aquellos experimentos en los que observaron variación en la masa, ¿podrían explicar por qué varía? • ¿Qué factores facilitaron la comprobación del principio de conservación de la masa? • ¿Podrían generalizar en qué casos se requiere un sistema cerrado para corroborar el principio de conservación de la masa?
5. Concluyan:
• ¿En qué condiciones podemos corroborar el principio de conservación de la masa? Contrasten sus hipótesis. 6. Comuniquen sus conclusiones en grupo, guiados por su maestro. 7. Empleando lo que aprendieron con el desarrollo de esta actividad, propongan en equipo un procedimiento que les permita demostrar los siguientes puntos: a. Que el aire tiene masa. b. Que el aire contiene oxígeno.
8. Comparen el procedimiento que ustedes proponen con el procedimiento propuesto por los otros equipos de su grupo. • ¿Tienen aspectos en común? • ¿Consideran que medir la masa del aire es fácil o se requiere un cuidadoso procedimiento experimental y de mediciones? Argumenten. 9. Basándose en su respuesta a la pregunta anterior: • ¿Qué pueden comentar en relación con la relevancia del trabajo de Lavoisier? (En su reflexión tomen en cuenta que él vivió a finales del siglo xviii, y en esa época no se contaba con los sofisticados instrumentos con los que hoy en día están equipados los laboratorios de investigación).
¿Por qué el principio de conservación de la masa es tan importante en química? Lo que marca el nacimiento de la química como ciencia es la desaparición de la teoría del flogisto. En la ciencia, todas las proposiciones o explicaciones deben ser comprobables, y la teoría del flogisto era más parecida a un acto de fe que a una teoría científica. Sin embargo, más importante aún, el principio de conservación de la masa demuestra que la medición cuidadosa es una de las prácticas más importantes en la generación del conocimiento científico.
Con Lavoisier, la química adquiere su carácter de ciencia, pues cada una de sus proposiciones, observaciones y leyes está sujeta a una comprobación experimental.
A pesar de la gran contribución que Lavoisier hizo a la química, su vida no tuvo un final feliz, pues además de ser un notable científico, también pertenecía a la nobleza francesa en el momento más terrible de la historia para un aristócrata: la época de la Revolución Francesa (figura 47). Para empeorar aún más el panorama, Lavoisier se ganaba la vida como recolector de impuestos, oficio que tenía una pésima reputación: en general, muchos de los recolectores de impuestos de aquella época amasaban enormes fortunas, mientras que el pueblo vivía en condiciones de pobreza extrema. Al triunfo de la Revolución Francesa, como probablemente sepas, muchos aristócratas (entre ellos Luis XVI, el rey de Francia, y su esposa María Antonieta) fueron encontrados culpables de “conspirar contra el pueblo francés” y condenados a morir decapitados en la guillotina. Entre los muchos aristócratas decapitados en el periodo que se conoce como Régimen del Terror estuvo Antoine de Lavoisier.
La muerte de Lavoisier es un ejemplo de que la ciencia y la tecnología no son actividades que puedan aislarse del momento histórico y político que vive una sociedad. ¿Crees que Lavoisier hubiese sido condenado a muerte si no hubiera sido aristócrata? De haber continuado vivo, seguramente habría hecho otras aportaciones importantes a la ciencia. ¿Qué otros desarrollos científicos o tecnológicos han sido influidos por los acontecimientos de la historia? Usualmente los conflictos bélicos desencadenan un gran número de acontecimientos, así que podrías buscar ejemplos en esos periodos. Para ello te sugerimos consultar distintos libros de tu Biblioteca Escolar o de Aula.
Visita la siguiente página electrónica: www.uv.mx/ cienciahombre/revistae/ vol23num1/articulos/ mujeres-ciencia/index.html para que conozcas las valiosas aportaciones de Marie-Anne Paulze Lavosier a la química.
FIGURA 47. La Revolución Francesa y su influencia en otros países europeos indujeron enormes cambios en las sociedades occidentales de los siglos xviii y xix. La libertad guiando al pueblo, (1831). E. Delacroix, Museo del Louvre, París.
Comunica tus avances en ciencias
Identifica el carácter tentativo del conocimiento científico.
1. Después de haber leído la teoría del flogisto y los trabajos de Lavoisier, contesta lo que se te pide: • Describe: ¿qué fenómeno intentaba explicar la teoría del flogisto? • ¿Qué pruebas o evidencias había de que existía el flogisto?, ¿se podía medir? • ¿Por qué consideras que la teoría del flogisto fue aceptada? • ¿Cómo demostró Lavoisier que no existía el flogisto? • ¿Qué importancia tuvieron los instrumentos y mediciones para validar la Ley de conservación de la masa? • ¿De qué depende que una teoría se mantenga vigente o se descarte?
Contribución de Antoine de Lavoisier a la ciencia. Además del principio de conservación de la masa, Lavoisier hizo muchas otras notables aportaciones, no sólo a la química sino también a la biología. 1. Si quieres conocer más de la vida de este científico, te recomendamos las siguientes páginas electrónicas; consúltalas y elabora una presentación. Puedes usar presentaciones electrónicas o cartulinas, anotando los datos más importantes de su vida. Pide al maestro la oportunidad de compartir tu trabajo con tus compañeros. www.biografiasyvidas.com/biografia/l/lavoisier.htm http://historiaybiografias.com/lavoisier/ www.aportes.educ.ar/sitios/aportes/recurso/index?rec_ id=107587
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1. Consigue estos textos y comparte la lectura con algún compañero o familiar:
Chamizo, J.A. (2004). Grandes ideas de la ciencia del xx.
México: Dirección General de Publicaciones.
Y de la colección Libros del Rincón:
Nava, C. (2003). Un viaje por el siglo xx. México: sep-Santillana.
Ortega, M. (2003). Panorama del siglo xx, 1 y 2. México: sep-Santillana.
Vale la pena comentar que, como ya mencionamos, los trabajos de Lavoisier desarrollados a finales del siglo xviii permitieron establecer la famosa Ley de conservación de la materia. Durante un largo periodo esta ley mostró ser absolutamente válida, si bien, a principios del siglo xx, Albert Einstein encontró que esta ley no siempre se cumple, pues en ciertas circunstancias la materia puede transformarse en energía (¿recuerdas la ecuación E 5 MC2?). Esto pone de manifiesto algo muy importante en relación con el conocimiento científico: el conocimiento que la ciencia genera siempre está bajo constante escrutinio, y lo consideramos verdadero hasta que surge suficiente evidencia experimental que demuestra lo contrario (lo que sucede con bastante frecuencia).
A principios del siglo xix se consideraba que los átomos eran indivisibles, y hoy sabemos que eso no es cierto; hasta la década de 1960 se pensaba que el uso del insecticida conocido como ddt no generaba ningún riesgo a la salud, y actualmente su producción y uso están muy restringidos, pues sabemos que es peligroso. De igual manera, hoy sabemos que no es posible viajar a velocidades superiores a la de la luz, pero ¿qué sabremos mañana?
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Si la materia no se crea ni se destruye, ¿qué pasa entonces con todo lo que desechamos? Si se trata de basura orgánica, la naturaleza posee mecanismos para transformarla, pero si es inorgánica su acumulación puede generar un problema ambiental importante. Te invitamos a leer los siguientes documentos y a reflexionar acerca de cultivar nuestros hábitos para “reducir, reusar y reciclar”. www.redcicla.com/Articulos/guiaambiental.pdf http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/7992/4/CD-5281.pdf http://ecociencia.com/es/proyecto-9.html
Autoevaluación Al completar esta tabla sabrás si lograste dominar los aprendizajes señalados. Rellena el cuadro que corresponda a tu propia evaluación y comenta, en la última columna, la tarea necesaria para que logres el aprendizaje; comparte la tabla con tus compañeros y tu maestro.
INDICADOR DEL LOGRO
¿Argumentas la importancia del trabajo de Lavoisier al mejorar los mecanismos de investigación (medición de masa en un sistema cerrado) para la comprensión de los fenómenos naturales?
¿Identificas el carácter tentativo del conocimiento científico y las limitaciones producidas por el contexto cultural en el cual se desarrolla?
LO SÉ
(Tengo el conocimiento)
LO SÉ HACER
(Desarrollé las habilidades para representar y seguir procedimientos)
VALORO EL APRENDIZAJE COMENTARIOS
Sí Aún no Sí Aún no Sí No ¿Cómo lo lograré?
Evalúo mi avance
1. Explica con tus propias palabras la Ley de conservación de la materia: “La materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma”.
2. Explica por qué en una combustión parece que se pierde masa. ¿Se cumple la Ley de conservación de la materia durante la combustión? ¿Cómo podrías corroborarlo?
3. ¿Qué hubiera sucedido con el trabajo de Lavoisier si la
Revolución Francesa hubiera ocurrido 30 años antes y toda la aristocracia hubiera muerto en la guillotina? Explica. 4. Con base en tu respuesta anterior, ¿consideras que la ciencia se ve afectada por el entorno socioeconómico en que se desarrolla? Justifica tu respuesta. 5. Debate con tus compañeros qué conocimientos facilitaron llegar al enunciado de la Ley de conservación de la materia. 6. Usa el principio de la conservación de la materia y responde: ¿En cuál de las siguientes transformaciones culinarias consideras que ocurren cambios aparentes en la masa? Explica, en cada caso, por qué esperarías observar (o no observar) cambios y por qué puede ser útil reconocer los posibles cambios antes de que ocurran. a. La masa de un huevo que se pone a hervir en agua (con todo y cascarón) antes y después de cocerse. b. La masa de los frijoles antes y después de cocerlos (una vez drenada el agua). c. Tocino, frito hasta que quede crujiente. 7. En el caso del tocino, basándote en tu respuesta anterior y considerando la cantidad de grasas que éste aporta, ¿en cuál de sus formas es mejor consumirlo: crujiente o medio frito?, ¿por qué? 8. Vuelve a leer las preguntas de la sección “Explora” y complementa tus respuestas.
