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MAXIMIZING YIELD THROUGH INTEGRATION (I3)
IMPACTO DE LA DISPOSICIÓN FINAL DE DESPERDICIOS SÓLIDOS:
CALIDAD DEL AGUA
UNIDAD 5
De tu casa al vertedero y del vertedero a tu cuerpo
Nivel secundario
Autores: Betzaida Ortiz, Adaíl Alicea Martínez, José De Jesús Rosa
Revisores: Marta Fortis, Edwin Morera, Jorge Ortiz
Evaluadores: Milagros Bravo, Pascua Padró
MAYO 2013
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TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN 1
GUÍA DEL MAESTRO 2
Objetivos específicos de aprendizaje 3
Estándares, expectativas y especificidades por grado 3 – 5
Trasfondo 5 – 12
Glosario 12 – 13
Proceso educativo 14 – 31
Inicio 14
Actividad de exploración
Desarrollo 14 – 30
Actividad #1: el ciclo hidrológico
Actividad #2: Los procesos de infiltración y escorrentías
Actividad #3: Modelo para visualizar el proceso de
percolación de lixiviados
Actividad #4: No produzcas basura innecesariamente
Cierre 31
Actividad de Cierre
BIBLIOGRAFÍA 32
GUÍA DEL ESTUDIANTE 33 – 44
APÉNDICE
Pre/pos prueba 45 – 47
Información adicional
1
INTRODUCCIÓN
En esta unidad se presenta al participante1 una actividad para cada una de las partes
del proceso educativo: inicio, desarrollo y cierre, con el fin de entender el impacto de la
disposición final de desperdicios sólidos en la calidad del agua. Los temas que se
abordan en esta unidad forman parte del currículo de ciencias con la integración de la
matemática en los grados 7mo y 8vo primordialmente, pero se atienden hasta el 12mo.
Se utiliza el contexto del agua como eje principal alrededor del cual se trabajan los
conceptos.
Se presentan actividades que sirven para desarrollar un modelo del ciclo hidrológico
dando énfasis a algunos de los procesos de este ciclo que ocurren en un sistema de
relleno sanitario (vertedero). Esto les servirá para desarrollar un modelo para visualizar
el proceso de percolación de líquidos producidos por los desperdicios sólidos. En el
caso de la integración de las matemáticas, se Identificarán y construirán una gráfica de
los diversos desperdicios sólidos que se pueden encontrar en un cuerpo de agua que
relacione una variable cuantitativa (por ciento por masa) con una variable categórica
(clase de material).
Profundizando en temas de pertinencia académica y de importancia socio-ambiental se
pretende que los maestros, y luego sus estudiantes, logren el entendimiento de estos
temas estudiados y reconozcan la importancia que tiene la ciencia en la sociedad. Se
espera que al final de la unidad, el participante sea capaz de transferir lo aprendido al
salón de clases e integrar las matemáticas y las ciencias de manera eficaz.
Para el mejor entendimiento de la unidad se hace uso de los tres principios de
aprendizaje: conocimiento previo, profundidad y meta-cognición, los cuales servirán de
apoyo al maestro a la hora de desarrollar el tema dentro del salón de clases.
Trabajando con este contexto aprenderemos de procesos científicos que son
pertinentes y podremos desarrollar proyectos de investigación.
1 Se utilizará el masculino para referirnos a los/as maestros/as, los/as estudiantes, los/as participantes y
el/la capacitador/a.
2
GUÍA DEL MAESTRO
3
MATERIA: Ciencias y Matemáticas
NIVEL/GRADO: Nivel secundario / Grados: 7mo a 12mo
MACRO CONCEPTOS DE CIENCIA Y MATEMÁTICAS: Conservación de la materia
(Ciencias), representación gráfica de datos (Matemáticas)
CONCEPTO PRINCIPAL: contaminación del agua
CONCEPTOS SECUNDARIOS: ciclo hidrológico, infiltración, escorrentías, lixiviados,
gráficas
CONTENIDO PREVIO: desperdicios sólidos, sistemas de relleno sanitario (vertederos)
OBJETIVOS ESPECÍFICOS DE APRENDIZAJE:
A través de la unidad, los participantes:
Desarrollarán un modelo del ciclo hidrológico dando énfasis a algunos de los
procesos de este ciclo que ocurren en un sistema de relleno sanitario (vertedero).
Desarrollarán un modelo para visualizar el proceso de percolación de líquidos
producidos por los desperdicios sólidos.
Identificarán y construirán una gráfica de los diversos desperdicios sólidos que se
pueden encontrar en un cuerpo de agua que relacione una variable cuantitativa (por
ciento por masa) con una variable categórica (clase de material).
ESTÁNDARES Y EXPECTATIVAS DE GRADO
Séptimo grado
Ciencias
Naturaleza de la Ciencia, Tecnología y Sociedad
NC.7.2 Utiliza las matemáticas para la solución de problemas y como
herramienta en el análisis científico.
NC.7.2.4 Recopila y organiza información de tablas de datos.
4
NC.7.2.5 Construye gráficas de barra, lineal, circular y pictóricas.
Las Interacciones
I.7.6 Explica cómo el ser humano puede influir en equilibrio ecológico de las
poblaciones.
I.7.6.2 Identifica el efecto de la contaminación sobre las poblaciones.
Matemáticas
Numeración y Operación
4.0 Resuelve problemas relacionados con razones, proporciones y
porcentajes.
N.OE.7.4.4 Representa, estima y resuelve problemas que involucran
razones, proporciones o por cientos (incluyendo por cientos
menores que 1 y mayores que 100).
Análisis de Datos y Probabilidad
17.0 Organiza y resume datos de dos variables, examina los datos de estos
atributos y clasifica cada atributo como variable categórica o variable
numérica.
E.RD.7.17.3 Explica las ventajas de las diferencias de representar datos.
Octavo Grado
Ciencia
Naturaleza de la Ciencia, Tecnología y Sociedad
NC.8.4 Valora y muestra aprecio por la vida y la naturaleza proporcionando un
ambiente de paz y una mejor calidad de vida.
NC.8.4.1 Reconoce que el estudio del mundo físico es una forma de
mejorar la calidad de vida del ser humano.
Los Sistemas y los Modelos
SM.8.4 Utiliza recursos tecnológicos para hacer simulaciones de sistemas y
modelos naturales y artificiales.
Noveno Grado
Ciencia
Naturaleza de la Ciencia, Tecnología y Sociedad
NC.9.1 Aplica la metodología científica para la solución de problemas.
5
NC.9.1.5 Analiza cómo el pensamiento científico se fundamenta en
comunicar los hallazgos en forma oral y escrita.
La Estructura y los Niveles de Organización de la Materia
EM.9.4 Reconoce que el flujo de agua en la superficie y debajo de la Tierra es
el proceso que más fluye en dar forma al paisaje.
EM.9.4.1 Explica el proceso del ciclo del agua.
EM.9.4.6 Identifica formas de contaminación del agua superficial y
subterránea.
Ciencias Ambientales
Los Sistemas y los Modelos
SM.A.1.3 Explica la importancia de los procesos que ocurren en los ciclos del
agua, de carbono y de nitrógeno mediante el uso de diagramas y
modelos.
Las Interacciones
I.A.2 Evalúa cómo las actividades del ser humano afectan a los
ecosistemas.
I.A.2.2 Explica como el ser humano contamina el suelo, el agua y el
aire.
La Conservación y el Cambio
C.A.1 Propone alternativas que ayuden a preservar nuestros ecosistemas para
generaciones futuras.
C.A.1.2 Analiza y selecciona alternativas que contribuyen a controlar y
evitar los efectos de los contaminantes del aire, agua y suelo
sobre la salud humana.
TRASFONDO
Los seres humanos han visto el recurso del agua como algo que la naturaleza nos
provee, sin costo. Sin embargo, el agua potable, entiéndase como el agua disponible
para el consumo humano, está escaseando cada vez más. Hablamos de escasez
como ausencia en la cantidad de agua que no será apta para el consumo humano
6
debido a la contaminación del recurso. El agua está expuesta a diversos factores que
la hacen perjudicial para el consumo humano. Por ejemplo, el agua que existe para
consumo humano constituye el 0.4% del agua disponible del planeta Tierra. Si el agua
está expuesta a contaminantes (desperdicios sólidos, sustancias químicas orgánicas e
inorgánicas, entre otros) deja de estar disponible para el consumo. Las plantas de
tratamiento que existen en el País tratan las aguas para potabilizarla y hacerla
disponible para el consumo humano.
Existen muchas formas en que el agua contaminada, sin ser tratada, puede llegar a
nuestros hogares. Por ejemplo, en eventos de lluvia es común observar el
desbordamiento de los alcantarillados sanitarios a través de los registros de la
Autoridad de Acueductos y Alcantarillados (AAA) (ver Lámina # 1) muchas veces
debido a la presencia de obstrucciones provocadas por desechos que no debieron ser
lanzados a los alcantarillados. Esto lleva aguas negras de los alcantarillados a las
aceras y otros cuerpos de agua aledaños. Algunos de estos cuerpos de agua
receptores son las fuentes de abasto de las plantas de tratamiento de agua potable.
Otra forma es cuando emisiones gaseosas de sustancias químicas provenientes de
fábricas, centrales eléctricas y vehículos, se disuelven en el agua de lluvia formando la
lluvia ácida.
Lámina # 1: Registro de la Autoridad de Acueductos y Alcantarillados
A medida que aumenta la población, el uso del agua también aumentará trayendo en
adición el problema de la insuficiencia en los abastos del recurso. Cerca de un tercio
del agua que utilizamos cada día va directamente al inodoro. El uso indiscriminado del
7
agua va acompañado de una disposición indiscriminada de basura. Los desechos de
alimentos muchas veces van al agua, mediante los usos de trituradores de alimentos, y
en algunos casos, de forma directa como es el ejemplo de los aceites. Esto puede
traer como resultado el que los alcantarillados se bloqueen, lo que traería en algún
momento que la basura pudiera volver a tu casa o contaminar ríos y quebradas
aledaños.
El 55% de los bloqueos son causados por los clientes, situación que podría disminuir si
las personas dispusieran mejor de la basura en sus casas y lugares de trabajo. Una
forma de disponer de las grasas y aceites es permitir que se sequen colocándolas en
papel y luego disponiéndolas a la basura. En muchos hogares las grasas van
directamente a cuerpos de agua aledaños, promoviendo su degradación. En primer
lugar las grasas, aceites y otros productos de esta índole no deben llegar al agua.
Debemos lograr una disposición efectiva de los posibles contaminantes del agua. De
esta forma evitaríamos que las aguas contaminadas regresen a nuestro hogar y nos
afecten la salud.
Ley de Conservación de la Materia
La Ley de la Conservación de la Materia se le atribuye a Antoine Laurent Lavoisier
(1743-1794), un químico francés que propuso la ley en 1789. Fue uno de los pocos
químicos de su tiempo que valoró plenamente la importancia de que la masa de los
productos de una reacción química debe ser igual a la masa de los reactantes, lo que
coincide con los siguientes enunciados de la ley, “en cualquier cambio de estado, la
masa total se conserva” o “la materia ni se crea ni se destruye en cualquier reacción
química” (Tamir & Ruiz, 2005).
Residuos sólidos urbanos (RSU)
Composición de los RSU
Los residuos producidos por los habitantes urbanos comprenden basura, muebles y
electrodomésticos viejos, embalajes y desperdicios de la actividad comercial, restos del
8
cuidado de los jardines, la limpieza de las calles, etc. El grupo más voluminoso es el de
las basuras domésticas. La basura suele estar compuesta por:
materia orgánica.- son los restos de plantas procedentes de la limpieza de
jardines o de la preparación de los alimentos junto a la comida que sobra.
papel y cartón.- periódicos, revistas, publicidad, cajas y embalajes, etc.
plásticos.- botellas, bolsas, embalajes, platos, vasos y cubiertos desechables,
etc.
vidrio.- botellas, frascos diversos, vajilla rota, etc.
metales.- latas, botes, etc.
otros
En las zonas más desarrolladas la cantidad de papel y cartón es más alta,
constituyendo alrededor de un tercio de la basura, seguida por la materia orgánica. En
cambio, si el país está menos desarrollado la cantidad de materia orgánica es mayor -
hasta las tres cuartas partes en los países en vías de desarrollo- y mucho menor la de
papeles, plásticos, vidrio y metales.
Para un buen diseño de recogido y tratamiento de la basura es necesario tener en
cuenta, las variaciones según los días y las épocas del año. En los lugares turísticos
las temporadas altas suponen un aumento muy importante en los residuos producidos.
También épocas especiales como fiestas y ferias, acontecimientos deportivos
importantes, etc., producen altas cantidades de basura. En verano la proporción de
materia orgánica suele ser mayor, mientras que en invierno aumenta la proporción de
cenizas.
Recogido y tratamiento de los RSU
Gestionar adecuadamente los RSU es uno de los mayores problemas de muchos
municipios en la actualidad. El manejo moderno de los RSU incluye varias fases:
9
Recogida selectiva- La
utilización de contenedores que
recogen separadamente el papel
y el vidrio está cada vez más
extendida y también se están
poniendo otros contenedores
para plásticos, metal, baterías,
etc. En las comunidades más
avanzadas en la gestión de los RSU en cada domicilio se disponen de los
distintos residuos en diferentes bolsas de acuerdo al tipo de desperdicio. Estas
comunidades dependen de este trabajo previo del ciudadano separando los
diferentes tipos de basura. En esta fase hay que cuidar que no se produzcan
roturas de las bolsas y contenedores, colocación indebida, derrame de basuras
por las calles, etc. También se están diseñando camiones para la recogida y
contenedores con sistemas que facilitan la comodidad y la higiene en este
trabajo.
Recogida general- La bolsa general de basura, en
aquellos sitios en donde no hay recogida selectiva, o
la que contiene lo que no se ha puesto en los
contenedores específicos, se deposita en
contenedores o en puntos especiales de las calles y
desde allí es transportada a los vertederos o a las
plantas de selección y tratamiento.
Plantas de selección- En los vertederos más
avanzados, antes de tirar la basura general, pasa por
una zona de selección en la que, en parte
manualmente y en parte con máquinas se le retiran
10
latas (con sistemas magnéticos), cosas voluminosas, etc.
Reciclaje y recuperación de materiales- Lo ideal sería
recuperar y reutilizar la mayor parte de los RSU. Con el
papel, telas, cartón se hace nueva pasta de papel, lo que
evita talar nuevos árboles. Con el vidrio se puede fabricar
nuevas botellas y envases sin necesidad de extraer más
materias primas y, sobre todo, con mucho menor gasto de
energía. Los plásticos se separan, porque algunos se pueden usar para fabricar
nueva materia prima y otros para construir objetos diversos.
Compostaje- La materia orgánica
fermentada forma la composta que se puede usar
para abonar suelos, alimentar ganado, construir
carreteras, obtener combustibles, etc. Para que se
pueda utilizar sin problemas es fundamental que la
materia orgánica no llegue contaminada con
sustancias tóxicas. Por ejemplo, es muy frecuente que tenga exceso de metales
tóxicos que hacen inútil la composta para usos biológicos al ser muy difícil y cara
su eliminación.
Vertido- El procedimiento más usual, de
disponer de las basuras –aunque no el
mejor, suele ser depositarlas en vertederos.
Aunque se usen buenos sistemas de
reciclaje o la incineración, al final siempre
quedan restos que deben ser llevados a
vertederos. Es esencial que los vertederos
estén bien construidos y utilizados para minimizar su impacto negativo al
medioambiente. Uno de los mayores riesgos es que contaminen las aguas
11
subterráneas y para evitarlo se debe impermeabilizar bien el suelo del vertedero
y evitar que las aguas de lluvias y otras salgan del vertedero sin tratamiento,
arrastrando contaminantes al exterior. Otro riesgo está en los malos olores y la
concentración de gases explosivos producidos al fermentar las basuras. Para
evitar esto se colocan dispositivos de recogida de gases que luego se queman
para producir energía. También hay que cuidar cubrir adecuadamente el
vertedero, especialmente cuando termina su utilización para disminuir los
impactos visuales.
Incineración- Quemar la
basura tiene varias ventajas, pero
también algún inconveniente. Entre
las ventajas está el que se reduce
mucho el volumen de vertidos
(quedan las cenizas) y el que se
obtienen cantidades apreciables de energía. Entre las desventajas está el que
se producen gases contaminantes, algunos potencialmente peligrosos para la
salud humana, como las dioxinas. Existen incineradoras de avanzada tecnología
que, si funcionan bien, reducen mucho los aspectos negativos, pero su
construcción y operación suele ser costosa y para que sean rentables deben
tratar grandes cantidades de basura.
CONCEPCIONES ERRÓNEAS
A continuación se exponen algunas de las ideas erróneas relativas al ciclo hidrológico:
1. Evaporación y precipitación: el agua se evapora únicamente de los mares y
océanos cuando hace calor. Sin embargo, no consideran el papel desempeñado
por el Sol dentro del ciclo (Cardak, 2009).
12
2. Muchos alumnos no entienden la diferencia entre aire y vapor de agua y suelen
pensar que las nubes están formadas únicamente por vapor de agua (Bar y
Travis, 1991, Bar y Galili, 1994).
3. Porosidad y permeabilidad: Las aguas subterráneas se almacenan en grandes
lagos subterráneos (Agelidou et al., 2001).
4. Flujo de las aguas subterráneas: se trata o bien de aguas estáticas que
“capturadas” en las rocas no se mueven, o bien de aguas dinámicas que forman
ríos subterráneos (Agelidou et al., 2001). En muchos casos ni siquiera son
consideradas como parte del ciclo del agua (Fernández-Ferrer et al., 2008).
5. Aguas superficiales y escorrentía superficial. No se han detectado grandes
errores, aunque sería importante incidir más sobre la acción modeladora del
agua en el paisaje.
6. Factor antropogénico: la mayoría de los alumnos no consideran la afección que
el ser humano causa en las aguas superficiales y subterráneas. (Ben-zvi-Assarf
y Orion, 2005).
GLOSARIO
Aguas superficiales: son aquellas que circulan sobre la superficie del suelo. Estas se
producen por la escorrentía generada a partir de la precipitación o por el afloramiento
de aguas subterráneas. Pueden presentarse en forma correntosa, como en el caso de
corrientes, ríos y arroyos, o quietas si se trata de lagos, reservorios, embalses, lagunas,
humedales, estuarios, océanos y mares.
Antropogénico: se refiere a los efectos, procesos o materiales que son el resultado de
actividades humanas a diferencia de los que tienen causas naturales sin influencia
humana.
Escorrentías: es un término geológico de la hidrología, que hace referencia a la lámina
de agua que circula sobre la superficie en una cuenca de drenaje, es decir la altura en
milímetros del agua de lluvia escurrida y extendida.
Infiltrar: introducir suavemente un líquido entre los poros de un sólido.
13
Lixiviado: es el líquido filtrado a través de los residuos sólidos u otros medios y que ha
extraído, disuelto o suspendido materiales a partir de ellos, pudiendo contener
materiales potencialmente dañinos.
Percolar: un líquido que se mueve a través de un medio poroso.
pH: El pH (potencial de hidrógeno) es una medida de acidez o alcalinidad de
una disolución. El pH indica la concentración de iones hidronio [H3O+] presentes en
determinadas sustancias. La sigla significa "potencial de hidrógeno"
(pondus Hydrogenii o potentia Hydrogenii; del latín pondus, n. = peso; potentia, f. =
potencia; hydrogenium, n. = hidrógeno). Este término fue acuñado por el
químico danés Sørensen, quien lo definió como el logaritmo negativo en base 10 de
la actividad de los iones hidrógeno.
Turbidez: El agua puede ser turbia cuando recibe una determinada cantidad de
partículas que permanecen algún tiempo en suspensión. Esto puede ocurrir como
consecuencia de la lluvia que arrastra partículas de tierra hacia el río o como resultado
de actividades del hombre tales como, minería (extracción de arena) y desagüe de
residuos industriales. La turbidez de un río o depósito de agua puede ser confirmada
recogiendo muestras de agua en un vidrio transparente que, después de permanecer
en reposo por algunos minutos, podrá presentar una determinada cantidad de material
depositado en el fondo sólidos sedimentables.
PRE-PRUEBA
Se entregará a cada participante una pre-prueba y
se le dará un máximo de 15 minutos para
contestarla de manera individual.
14
PROCESO EDUCATIVO
INICIO
ACTIVIDAD DE EXPLORACIÓN
El capacitador procederá con la discusión de las
siguientes preguntas de inquirir:
¿De dónde viene el agua?
¿Llegará el día en que el agua en nuestro
planeta Tierra se termine?
¿Por qué piensas esto?
Se puede aplicar la técnica de Assessment “One Minute Question” para acaparar las
respuestas de todos los participantes. Luego de hecha la pregunta se le dará a los
participantes un minuto para que contesten la misma en una pizarrita. Levantarán la
misma y el capacitador leerá las respuestas rápidamente. Vea las respuestas y
deténgase en las que más se alejen de lo que espera. Este inicio se utilizará para que
los participantes ofrezcan conocimiento informal acerca del ciclo del agua. Este es el
momento para estar pendiente de las concepciones erróneas que traen los
participantes y comenzar a aclararlas.
Se presentará el Video #1 titulado “El ciclo del agua” el cual sólo tiene música
instrumental asociada a él, es simplemente una animación del ciclo hidrológico sin
presentar escritas las partes del mismo.
http://www.youtube.com/watch?v=3Cl6jCDWWYI
DESARROLLO
Actividad #1: El ciclo hidrológico (Hoja de trabajo #1)
Objetivo: Diagramar el movimiento del agua a través de la naturaleza.
Instrucciones:
1. Utilizando el siguiente diagrama, integre al mismo un esquema del movimiento
del agua a través de la naturaleza. Debe ser realizado de forma individual.
15
2. Mientras los participantes realizan el trabajo, el capacitador estará observando el
nivel de ejecución de cada uno de ellos, para luego colocarlos en grupos
cooperativos según su nivel de ejecución, logrando con esto, tener grupos
heterogéneos como homogéneos para el momento de realizar la tarea completa.
3. El capacitador los dividirá en grupos de un máximo de 4 participantes (garantizar
que haya al menos uno de ciencias y uno de matemáticas).
4. Discutirán sus diagramas individuales.
5. Luego se procederá a pedirle que cada grupo cooperativo desarrolle en un
papelote un modelo del ciclo hidrológico y posteriormente lo colocarán en las
paredes del salón de clase para que todo el grupo completo pueda observar.
6. Cada grupo presentará su modelo.
El capacitador retoma las preguntas del inicio:
¿De dónde viene el agua?
¿Llegará el día en que el agua en nuestro planeta Tierra se termine?
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Distribución del agua en el planeta Tierra
El capacitador pide a los participantes que estimen la distribución de agua en la Tierra:
¿Dónde está la mayor cantidad de agua? (en los océanos)
o Aproxima el por ciento en que se encuentra (97%)
¿Dónde está la menor cantidad de agua? (aguas superficiales)
o Aproxima el por ciento en que se encuentra (0.6%)
¿Qué son las aguas superficiales? (agua que transcurre sobre la superficie
terrestre)
El capacitador presentará el siguiente diagrama
(http://jum.jumapam.gob.mx/wpontent/uploads/2011/10/lamina_agua_planeta.jpg&imgr
efurl=http://jumapam.gob.mx/cultura-del-agua/distribucion-de-agua-en-el-planeta)
17
¿Cómo comparan sus respuestas con los datos presentados?
En esta etapa de preguntas se puede aprovechar para trabajar el concepto de la
Conservación de la Materia para integrar los conceptos al tema medular. Se espera
que los participantes indiquen que al igual que la materia ni se crea ni se destruye, solo
se transforma, así mismo el agua como materia, se transforma sólo en su aspecto
físico, pero sigue siendo agua.
Finalizada la discusión, el capacitador pregunta:
¿Qué procesos del ciclo hidrológico podrían verse influenciados por la
presencia de desperdicios sólidos?
Permita que los participantes contesten. Se espera que los participantes
indiquen que todos los procesos podrían verse influenciados.
El capacitador guiará las siguientes preguntas:
De los procesos que componen el ciclo hidrológico,
¿Cuáles están relacionados al transporte de los desperdicios sólidos en el
agua?
La escorrentía es el transporte de mayor importancia, sin embargo en los
demás procesos del ciclo el transporte ocurre de forma lenta pero a través
de todo el ciclo hidrológico.
¿Cómo se relacionan estos procesos?
La misma gota que comenzó en alguno de los procesos pasará a través
de todo el ciclo. No hay un comienzo, ni un final sino como la palabra
lo indica, es un ciclo.
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Actividad # 2: Los procesos de infiltración y escorrentías (Hoja de trabajo # 2)
Los participantes simularán los procesos de infiltración y escorrentías para
relacionarlos al transporte de desperdicios sólidos. Desarrollarán y examinarán el
siguiente modelo en donde se presenta del ciclo hidrológico a partir de los dos
procesos de enfoque.
Ciclo Hidrológico
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Materiales por grupo:
1 caja plástica de acrílico 30”x12”x12” (caja para granja de hormigas)
1 paquete de plastilina
1 pedazo de tela de tul 12”x12”
1 paquete de algodón
1 metro de papel celofán transparente o gris
1 libra de arena
2 litros de agua
1 paquete con 4 colores vegetales (amarillo, verde, rojo y azul)
1 probeta de 100 mL
1 balanza digital
Procedimiento:
1. El capacitador entregará a cada participante una hoja de papel en la cual diseñarán
un modelo del ciclo hidrológico con los materiales que se les presentarán.
2. En grupo y en un papelote, dibujarán el modelo que más se ajuste a sus diseños y
que en consenso sea el mejor que represente su modelo.
3. El capacitador pasará por las mesas observando y dando sugerencias si los grupos
tienen duda en el diseño.
4. El capacitador dividirá a los participantes en grupos de un máximo de 4 (garantizar
que haya al menos uno de ciencias y uno de matemáticas).
5. Cada grupo recibirá los materiales indicados.
6. Se utilizará una caja (granja de hormigas, ver lámina # 2) transparente en donde se
echará 32 onzas de agua en la parte inferior, representando las aguas
subterráneas.
Lámina # 1: Caja trasparente-
Granja de Hormigas
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7. En el agua se echarán pequeñas bolas de papel de celofán representando la
estructura del subsuelo, que sean suficientes para ayudar a mantener la arena en la
parte intermedia y que no se mezcle con el agua.
8. Se utilizará un pedazo de tela de tul que permitirá el flujo de agua a través de la
arena y por las bolitas de papel celofán.
9. Luego, como capa intermedia, se echará 50 gramos de arena, representando el
suelo.
10. En la capa superior se colocará plastilina, representando una capa casi
impermeable de la superficie de la Tierra.
11. A la plastilina se le harán pequeños orificios por donde se infiltrarán las aguas y
además se demarcará una topografía de cuenca para representar un río o
quebrada.
12. Luego que el modelo esté desarrollado se pedirá a cada grupo que indique lo que
ocurrirá en el modelo cuando se vierta una solución de agua con color vegetal.
13. Se procede y se observará el proceso de infiltración y de escorrentías.
14. Cada grupo contestará las preguntas en la Hoja de trabajo #2
1. ¿Qué procesos del ciclo hidrológico se observaron a través de la actividad?
2. ¿Qué le ocurre al agua en el ciclo hidrológico?
3. ¿Cómo el agua recoge y transporta los desperdicios sólidos a través del ciclo?
15. Los participantes presentarán los modelos desarrollados discutiendo los dos
procesos del ciclo hidrológico y cómo éstos se relacionan al transporte de
desperdicios sólidos.
El capacitador comienza la discusión para presentar un diagrama del ciclo hidrológico
en el cual se integre el impacto de los desperdicios sólidos (puede utilizar una flecha o
símbolo para presentar el impacto). Con este modelo (Figura #2) se pretende que los
participantes puedan observar cómo las aguas que se descargan en los hogares fluyen
a través de escorrentías por la superficie de la tierra y culminan en los cuerpos de agua
y cómo las aguas infiltran a las zonas subterráneas contaminándolas.
21
Se les preguntará a los participantes:
¿Qué pasaría si en este proceso intervienen los desperdicios sólidos? ¿Cómo esto
varía en el campo y en la ciudad?
Figura #2
https://www.google.com/search?q=contaminacion+del+agua+subterranea
Es importante, por medio del desarrollo del modelo, que los participantes reflexionen
mediante una discusión socializada acerca de las preguntas realizadas en la
introducción:
¿Cuáles de los procesos de ciclo hidrológico están relacionados al transporte de
los desperdicios sólidos en el agua?
¿Cómo se relacionan estos procesos?
¿Qué sucede con el agua una vez que entra en el ciclo?
Cuando el agua cambia de estado, ¿qué sucede?
¿Se conserva el agua en el ciclo?
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Actividad # 3: Modelo para visualizar el proceso de percolación de lixiviados
(Hoja de trabajo #3)
Objetivos
Como parte de esta actividad se pretende que los participantes desarrollen un modelo
donde puedan visualizar el proceso de percolación de los lixiviados, método por el cual
los contaminantes pueden llegar a cuerpos de agua en zonas subterráneas.
Descripción de la actividad
¿Qué se entiende por lixiviado? (Para conocimiento inicial del capacitador)
Lixiviado según el Instituto de Ciencias Humanas, Sociales y Ambientales-CONICET es
el líquido filtrado a través de los residuos sólidos u otros medios y que ha extraído,
disuelto o suspendido materiales a partir de ellos, pudiendo contener materiales
potencialmente dañinos.
El capacitador realiza a los participantes las siguientes preguntas de inquirir:
¿Qué se puede formar en el fondo de un zafacón o una bolsa de basura
cuando se rompen, se descomponen o se mezclan algunos desperdicios
sólidos?
Se espera que los participantes contesten que se forman líquidos. Una vez contestada
la pregunta anterior, se les pregunta
¿Qué características pueden tener esos líquidos?
¿Qué podría contener esos líquidos?
¿En qué otro lugar se puede observar la presencia de esos líquidos?
¿Qué procesos ocurrieron?
Se desarrollará una discusión socializada con los participantes acerca de la generación
de desperdicios sólidos. Los lixiviados se producen como resultado de la
descomposición y la presencia de distintos componentes de los desperdicios sólidos.
Las figuras a continuación son ejemplos de dónde comúnmente se pueden observar
23
estos líquidos. Una vez los lixiviados están presentes, estos pueden transportarse a los
cuerpos de agua y contaminarlos.
Nota: El capacitador puede tener las láminas 1, 2 y 3 en una presentación en power
point o en transparencias.
Lámina # 1: Lixiviados
presentes en un vertedero.
Láminas # 2 y #3: Camión de basura depositando los desperdicios sólidos en el
vertedero.
Lámina # 2
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Lámina # 3
Materiales por grupo:
0.25 litros de arena
1 paquete con los 4 colores vegetales de color amarillo, verde, rojo y azul
1 botella de agua vacía transparente de 0.5 litros
1 vaso plástico transparente de 7 onzas
0.5 litros de agua
1 tachuela
Procedimiento:
Para esta actividad el participante:
1. Utilizará una botella de agua transparente que se llenará a la mitad (0.25 L) de
arena. La arena representará la capa de la Tierra que representa el suelo por
donde se pueden infiltrar los contaminantes.
2. Luego, se utilizarán mezclas de agua con color vegetal azul, rojo, amarillo y
verde, cada uno representando un contaminante. El color verde representará el
ácido de batería; el color azul, aceite de auto; el color rojo, tinte de pelo; y el
color amarillo, medicamentos.
3. Cada una de las mezclas de estos líquidos se verterá en el envase transparente.
Esto simbolizará los componentes presentes en los lixiviados.
25
4. Luego, se hará un pequeño orificio en la parte inferior del envase plástico
transparente utilizando la tachuela.
5. El orificio del envase transparente se colocará sobre el vaso de manera que el
líquido producido de la mezcla de los distintos colores vegetales (simbolizando
contaminantes) caiga al vaso.
Con este modelo se pretende que los participantes puedan observar el proceso por el
cual los líquidos pasan por la arena o tierra y se depositan en el vaso ejemplificando la
percolación de lixiviados a otros lugares, como por ejemplo, los cuerpos de agua
subterráneos.
Es importante que por medio del modelo los participantes desarrollen una discusión
socializada en grupo general acerca de las preguntas realizadas al inicio del desarrollo
de la actividad:
¿Qué se puede formar de la descomposición y mezcla de algunos
desperdicios sólidos? (líquidos)
¿Qué podría contener esos líquidos?
¿En dónde comúnmente se puede observar la presencia de esos líquidos?
Al finalizar la actividad se provee un espacio para que los participantes presenten los
modelos desarrollados mostrando el proceso de percolación de lixiviados. Como parte
de la presentación se realiza un proceso de discusión y reflexión grupal acerca de los
conceptos de lixiviados y percolación.
Aplicación:
Se le presenta al participante la siguiente situación hipotética:
Pepito observó que el jueves pasado, día en que se recoge la basura en su
comunidad, pasó frente a su casa el camión de basura y dejó sobre el pavimento un
líquido verdoso y maloliente. Cuando salió el sol, éste secó el pavimento y el olor
incrementó provocando que los vecinos sacaran las mangueras de sus hogares y
lavaran la calle.
Nos preguntamos:
26
¿Qué materiales pudieron estar presentes en el camión de basura que
produjeron ese líquido? (El capacitador podría incentivar a desarrollar
investigación para determinar este compuesto).
¿Cómo se llama el líquido que se produjo de la mezcla de algunos de los
desperdicios sólidos en el camión?
¿Crees que con utilizar el agua para “limpiar” las calles se resolvió el problema
del líquido presente en la calle? Explica.
¿Cómo piensas que terminará este problema?
NOTA: Si el término lixiviados no surge de las respuestas de los participantes, el
capacitador trae el término a la discusión de la clase. Es pertinente que el capacitador,
luego de realizadas las actividades anteriores, provea un espacio de 15 minutos para
discutir la diferencia entre los términos de infiltración y percolación, ya que estos
conceptos se pueden prestar para confusión. A continuación una definición simple de
ambos conceptos:
Infiltrar- introducir suavemente un líquido entre los poros de un sólido.
Percolar – dicho de un líquido: moverse a través de un medio poroso.
Preguntas:
El agua en el ciclo, ¿cómo va de un proceso al otro?
¿El agua que entra al ciclo se mantiene en la misma cantidad durante todo el
proceso? Explica utilizando los procesos de infiltración y percolación.
27
Actividad #4: No produzcas basura innecesaria (Hoja de trabajo # 4)
Objetivo: Crear conciencia acerca del problema de la basura y su impacto en nuestras
aguas.
Materiales:
lápices de colores
reglas
papel cuadriculado
papelote
marcadores
Procedimiento:
1. Los participantes formarán grupos de 4 ó 5 personas asegurándose que haya al
menos uno de ciencias y uno de matemáticas.
2. A cada grupo se les entregará tres tablas con datos obtenidos de tres comunidades:
una en Toa Alta cercana al Hoyo de Minga, otra aledaña al Pozo de Jacinto y otra
llamada Jurutungo Viejo.
A continuación se muestra la tabla con los datos de la RSU para el Hoyo de Minga; los
componentes encontrados dados en el por ciento por peso.
Tabla 1: Datos residuos sólidos urbanos RSU – Hoyo de Minga
Componente % por peso
materia orgánica 47.69
papel y cartón 19.26
plástico 7.18
vidrio 3.45
metales 5.16
maderas 1.06
otros 16.2
Total 100
28
Tabla 2: Datos RSU para el Pozo de Jacinto
Componente % por peso
materia orgánica 49.91
papel y cartón 16.45
plástico 7.77
vidrio 3.11
metales 5.93
maderas 1.82
otros 15.01
Total 100
Tabla 3: Datos RSU para el Barrio Jurutungo Viejo
Componente % por peso
materia orgánica 52.52
papel y cartón 13.94
plástico 8.06
vidrio 4.03
metales 6.12
maderas 0.97
otros 14.36
Total 100
3. En un papel cuadriculado construye una gráfica de barras que contenga los datos de
las tablas #1, #2 y #3 utilizando la siguiente rúbrica.
29
Rúbrica de corrección de gráficas
Criterio Escala
1. Escribe el título de la gráfica
mencionando la variable
categórica (clase de material) y la
variable cuantitativa (por ciento
por masa).
8
2. En el eje correspondiente al por
ciento, establece una escala
numérica que incluya al menos un
rango de 0% a 40%.
4
3. En el eje para las categorías,
separa un intervalo de igual
longitud (tamaño) para cada clase
de material.
2
4. Identifica los ejes con el nombre
de las variables correspondientes.
4
5. Dibuja las barras para cada
material aproximando la altura o
longitud de la barra en
concordancia con la escala
numérica.
2
TOTAL
20
30
Preguntas:
¿Cuál es el componente de los RSU encontrados en el Hoyo de Minga que tiene
mayor y menor porcentaje?
Como ciudadano comprometido con el ambiente ¿Qué podrías hacer para
reducir el componente de mayor porcentaje?
¿Cuál es el componente de los RSU encontrados en el Pozo de Jacinto que
tiene mayor y menor porcentaje?
Como ciudadano comprometido con el ambiente ¿Qué podrías hacer para
reducir el componente de mayor porcentaje?
¿Cuál es el componente de los RSU encontrados en el Barrio Jurutungo Viejo
que tiene mayor y menor porcentaje?
Como ciudadano comprometido con el ambiente ¿Qué podrías hacer para
reducir el componente de mayor porcentaje?
Conclusión
Discute con tus compañeros de grupo y determina conclusiones a partir de la gráfica.
¿Cómo se puede reducir el componente de mayor porcentaje en los tres lugares: Hoyo
de Minga, Pozo del Jacinto y Barrio Jurutungo Viejo?
¿Qué alternativas de solución propondrías como ciudadano aledaño a estos lugares?
31
CIERRE
Presentar el Video #2: “Cuida el agua: estás a tiempo”.
Se realiza una discusión socializada donde los participantes, luego de ver el video,
responden las siguientes preguntas:
¿Qué se puede hacer para impedir que los materiales generados lleguen a
nuestros cuerpos de agua?
Utilizando el ciclo hidrológico y lo aprendido en la capacitación, explica qué
ocurriría de llegar desperdicios sólidos a nuestros cuerpos de agua.
POS PRUEBA
Los participantes contestarán la pos prueba en un máximo
de 15 minutos. Luego se discutirá.
HOJA DE REACCION EVALUATIVA
El capacitador le entregará la hoja de reacción a cada participante la cual completará y
le devolverán.
32
BIBLIOGRAFÍA
Lev S. Kuchment, (2004). “The Hydrological Cycle and Human Impact in It”, in Water
Resources Management, [Eds. Arjen Y. Hoekstra, and Hubert H.G. Savenije], in
Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS), Developed under the Auspices
of the UNESCO, Eolss Publishers, Oxford ,UK, [http://www.eolss.net]
Real Academia Española. Definiciones. Recuperado el 7 de junio de 2012 de,
www.rae.es/rae.html
United States Geological Survey. “The Water Cycle - Water Science for Schools”.
Recuperado el 18 de junio de 2012, de
http://ga.water.usgs.gov/edu/watercycle.html
“What Goes Around Comes Around: Water Cycle. Lessons and Activities Investigating
Human Activities Impacting the Water Cycle”. Recuperado el 18 de junio de
2012, de http://msteacher.org/epubs/science/science13/actInvestigating.aspx
Páginas electrónicas
www.stwater.co.uk/fattrap
www.vernier.com
Ciclo del Agua: http://www.youtube.com/watch?v=3Cl6jCDWWYI
La gotita viajera: http://www.youtube.com/watch?v=gB3pz32Da5k
33
GUÍA DEL ESTUDIANTE
34
Actividad #1: El ciclo hidrológico (Hoja de trabajo #1)
Objetivo: Diagramar el movimiento del agua a través de la naturaleza.
Instrucciones:
1. Utilizando el siguiente diagrama, integre al mismo un esquema del movimiento del
agua a través de la naturaleza. Debe ser realizado de forma individual.
2. Mientras los participantes realizan el trabajo, el capacitador estará observando el
nivel de ejecución de cada uno de ellos, para luego colocarlos en grupos cooperativos
según su nivel de ejecución, logrando con esto, tener grupos heterogéneos como
homogéneos para el momento de realizar la tarea completa.
3. El capacitador los dividirá en grupos de un máximo de 4 participantes (garantizar que
haya al menos uno de ciencias y uno de matemáticas).
4. Discutirán sus diagramas individuales.
5. Luego se procederá a pedirles que cada grupo cooperativo desarrolle en un papelote
un modelo del ciclo hidrológico y posteriormente lo colocarán en las paredes del salón
de clase para que todo el grupo completo pueda observar.
6. Cada grupo presentara su modelo.
35
Actividad # 2: Los procesos de infiltración y escorrentías (Hoja de trabajo # 2)
Los participantes simularán los procesos de infiltración y escorrentías para
relacionarlos al transporte de desperdicios sólidos. Desarrollarán y examinarán el
siguiente modelo en donde se presenta del ciclo hidrológico a partir de los dos
procesos de enfoque.
Ciclo Hidrológico
36
Materiales por grupo:
1 caja plástica de acrílico 30”x12”x12” (caja para granja de hormigas)
1 paquete de plastilina
1 pedazo de tela de tul 12”x12”
1 metro de papel celofán transparente
1 libra de arena
2 litros de agua
1 paquete con 4 colores vegetales (amarillo, verde, rojo y azul)
1 probeta de 100 mL
1 balanza digital
Procedimiento:
1. El capacitador dividirá a los participantes en grupos de un máximo de 4
(garantizar que haya al menos uno de ciencias y uno de matemáticas).
2. Cada grupo recibirá los materiales indicados.
3. Se utilizará una caja (granja de hormigas, ver lámina # 1) transparente en donde
se echará 32 onzas de agua en la parte inferior, representando las aguas
subterráneas.
Lámina # 1: Caja Trasparente- Granja de Hormigas
37
4. En el agua se echarán pequeñas bolas de papel de celofán representando la
estructura del subsuelo, que sean suficientes para ayudar a mantener la arena
en la parte intermedia y que no se mezcle con el agua.
5. Se utilizará un pedazo de tela de tul que permitirá el flujo de agua a través de la
arena y por las bolitas de papel celofán.
6. Luego, como capa intermedia, se echará 50 gramos de arena, representando el
suelo.
7. En la capa superior se colocará plastilina, representando una capa casi
impermeable de la superficie de la Tierra.
8. A la plastilina se le harán pequeños orificios por donde se infiltrarán las aguas y
además se demarcará una topografía de cuenca para representar un río o
quebrada.
9. Luego que el modelo esté desarrollado se pedirá a cada grupo que realice una
predicción de lo que ocurrirá en el modelo cuando se vierta una solución de
agua con color vegetal.
10. Se procede y se observará el proceso de infiltración y de escorrentías.
11. Cada grupo contestará las siguientes preguntas:
¿Qué procesos del ciclo hidrológico se observaron a través de la actividad?
¿Qué le ocurre al agua en el ciclo hidrológico?
¿Cómo el agua recoge y transporta los desperdicios sólidos a través del ciclo?
¿Cómo se afecta la calidad de esta agua?
38
Actividad # 3: Modelo para visualizar el proceso de percolación de lixiviados
(Hoja de trabajo #3)
Objetivo
Como parte de esta actividad se pretende que los participantes desarrollen un modelo
donde puedan visualizar el proceso de percolación de los lixiviados, método por el cual
los contaminantes pueden llegar a cuerpos de agua en zonas subterráneas.
Materiales por grupo:
0.25 litros de arena
1 paquete con los 4 colores vegetales de color amarillo, verde, rojo y azul
1 botella de agua vacía transparente de 0.5 litros
1 vaso plástico transparente de 7 onzas
0.5 litros de agua
1 tachuela
Procedimiento:
Para esta actividad el participante:
1. Utilizará una botella de agua transparente que se llenará a la mitad (0.25 L)
de arena. La arena representará la capa de la Tierra que representa el suelo
por donde se pueden infiltrar los contaminantes.
2. Luego, se utilizarán mezclas de agua con color vegetal azul, rojo, amarillo y
verde, cada uno representando un contaminante. El color verde representará
el ácido de batería; el color azul, aceite de auto; el color rojo, tinte de pelo; y
el color amarillo, medicamentos.
3. Cada una de las mezclas de estos líquidos se verterá en el envase
transparente. Esto simbolizará los componentes presentes en los lixiviados.
4. Luego, se hará un pequeño orificio en la parte inferior del envase plástico
transparente utilizando la tachuela.
5. El orificio del envase transparente se colocará sobre el vaso de manera que
el líquido producido de la mezcla de los distintos colores vegetales
(simbolizando contaminantes) caiga al vaso.
39
Preguntas:
¿Qué se puede formar de la descomposición y mezcla de algunos desperdicios
sólidos?
¿Qué podría contener?
¿En dónde comúnmente se puede observar la presencia de esos líquidos?
Aplicación: situación hipotética:
Pepito observó que el jueves pasado, día en que se recoge la basura en su
comunidad, pasó frente a su casa el camión de basura y dejó sobre el pavimento
un líquido verdoso y maloliente. Cuando salió el sol, éste secó el pavimento y el
olor incrementó provocando que los vecinos sacaran las mangueras de sus
hogares y lavaran la calle.
Nos preguntamos:
¿Qué materiales pudieron estar presentes en el camión de basura que
produjeron ese líquido?
40
¿Cómo se llama el líquido que se produjo de la mezcla de algunos de los
desperdicios sólidos en el camión?
¿Crees que con utilizar el agua para “limpiar” las calles se resolvió el problema
del líquido presente en la calle? Explica.
¿Cómo piensas que terminará este problema?
41
(Hoja de trabajo # 4)
Actividad #4: No produzcas basura innecesaria
Objetivo: Crear conciencia acerca del problema de la basura y su impacto en nuestras
aguas.
Materiales:
lápices de colores
reglas
papel cuadriculado
papelote
marcadores
Procedimiento
1. Los participantes formarán grupos de 4 ó 5 personas asegurándose que haya al
menos uno de ciencias y uno de matemáticas.
2. A cada grupo se les entregará tres tablas con datos obtenidos de una
comunidad en Toa Alta cercana al Hoyo de Minga, la comunidad aledaña al
Pozo de Jacinto y la comunidad Jurutungo Viejo.
A continuación se muestra la tabla con los datos de los RSU para el Hoyo de Minga, de
los componentes encontrados por el por ciento del peso.
Tabla 1: Datos de la composición de los Residuos Sólidos Urbanos RSU – Hoyo
de Minga
Componente % por peso
materia orgánica 47.69
papel y cartón 19.26
plástico 7.18
vidrio 3.45
metales 5.16
maderas 1.06
Otros 16.2
Total 100
42
Tabla 2: Datos de la composición de los Residuos Sólidos Urbanos RSU - Pozo
de Jacinto
Componente % por peso
materia orgánica 49.91
papel y cartón 16.45
plástico 7.77
vidrio 3.11
metales 5.93
maderas 1.82
otros 15.01
Total 100
Tabla 3: Datos de la composición de los Residuos Sólidos Urbanos RSU - Barrio
Jurutungo Viejo
Componente % por peso
materia orgánica 52.52
papel y cartón 13.94
plástico 8.06
vidrio 4.03
metales 6.12
maderas 0.97
otros 14.36
Total 100
43
3. En un papel cuadriculado construye una gráfica de barras que contenga los datos de
las tablas #1, #2 y #3 utilizando la siguiente rúbrica.
Rúbrica de corrección de gráficas
Criterio Escala
1. Escribe el título de la gráfica mencionando la variable
categórica (clase de material) y la variable cuantitativa (por
ciento por masa).
8
2. En el eje correspondiente al por ciento, establece una escala
numérica que incluya al menos un rango de 0% a 40%.
4
3. En el eje para las categorías, separa un intervalo de igual
longitud (tamaño) para cada clase de material.
2
4. Identifica los ejes con el nombre de las variables
correspondientes.
4
5. Dibuja las barras para cada material aproximando la altura o
longitud de la barra en concordancia con la escala numérica.
2
TOTAL 20
Preguntas:
¿Cuál es el componente del Hoyo de Minga que tiene mayor y menor
porcentaje?
Como ciudadano comprometido con el ambiente ¿Qué podrías hacer para
reducir el componente de mayor porcentaje?
44
¿Cuál es el componente del Pozo de Jacinto que tiene mayor y menor
porcentaje?
Como ciudadano comprometido con el ambiente ¿Qué podrías hacer para
reducir el componente de mayor porcentaje?
¿Cuál es el componente del Barrio Jurutungo Viejo que tiene mayor y menor
porcentaje?
Como ciudadano comprometido con el ambiente ¿Qué podrías hacer para
reducir el componente de mayor porcentaje?
Conclusión
Discute con tus compañeros de grupo y determina conclusiones a partir de la gráfica.
¿Cómo se puede reducir el componente de mayor porcentaje en los tres lugares: Hoyo
de Minga, Pozo del Jacinto y Barrio Jurutungo Viejo?
¿Qué alternativas de solución propondrías como ciudadano aledaño a estos lugares?
Escriba en un papelote en grupo que investigaciones propondrían para un
problema ambiental como este.
45
PRE/POS PRUEBA
46
UNIDAD 5: De tu Casa al Vertedero y del Vertedero a tu Cuerpo
PRE/POS PRUEBA
SEUDÓNIMO: ____________________________________ FECHA: ______________
Instrucciones: Los participantes contestarán individualmente la prueba en un máximo
de 15 minutos.
1. ¿De dónde viene el agua?
2. Completa en el siguiente diagrama el ciclo del agua:
47
3. ¿Cómo se relaciona el agua con los desperdicios según el diagrama antes
completado?
4. ¿Qué se puede formar en el fondo de un zafacón o una bolsa de basura cuando
se rompe, cuando se descomponen o cuando se mezclan algunos desperdicios
sólidos? Describe lo que se forma.
5. ¿Infiltración y percolación son sinónimos? Explica.
6. ¿En qué porcentaje piensas que esta el agua en los océanos en comparación
con el resto del planeta?
i
MAXIMIZING YIELD THROUGH INTEGRATION (I3)
IMPACTO DE LA DISPOSICIÓN FINAL DE DESPERDICIOS SÓLIDOS:
CALIDAD DEL AGUA
UNIDAD 6
Análisis del agua
Nivel secundario
Autores: Betzaida Ortiz, Adaíl Alicea Martínez, José De Jesús Rosa
Revisores: Marta Fortis, Edwin Morera, Jorge Ortiz
Evaluadores: Milagros Bravo, Pascua Padró
MAYO 2013
ii
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN 1
GUÍA DEL MAESTRO 2
Objetivos específicos de aprendizaje 3
Estándares, expectativas y especificidades por grado 3 – 6
Trasfondo de ciencias y matemáticas 6 – 11
Proceso Educativo 12 – 31
Inicio 12 – 13
Actividad de exploración
Desarrollo 13 – 28
Actividad #1: Análisis físicos y químicos de la calidad del
agua
Actividad #2: ¿Indigestión?
Actividad de extensión: Comparando las
concentraciones de H+ (Hidronio) cuando cambia el pH
de una solución acuosa
Cierre 29 – 31
Actividad de Cierre
BIBLIOGRAFÍA 32
GUÍA DEL ESTUDIANTE 33 – 44
APÉNDICE 45 – 46
Pre/pos prueba
Información adicional
1
INTRODUCCIÓN
En esta unidad se presenta al participante1 una actividad para cada una de las partes
del proceso educativo: inicio, desarrollo y cierre, con el fin de entender el impacto de la
disposición final de desperdicios sólidos en la calidad del agua. Los temas que se
abordan en esta unidad forman parte del currículo de ciencias con la integración de la
matemática en los grados 7mo y 8vo primordialmente, pero se atienden hasta el 12mo.
Se utiliza el contexto del agua como eje principal alrededor del cual se trabajan los
conceptos.
Se presentan actividades que sirven para desarrollar experimentos en el laboratorio
que permitan la medición de diferentes parámetros físicos y químicos de calidad de
agua de manera que se pueda concluir qué cambios en estos parámetros afectan la
calidad de la misma. Es necesario que para mantener unos niveles de calidad de agua
altos se cumplan con los estándares de cada uno de estos parámetros. En el caso de
la integración de las matemáticas, se rrealizarán estimaciones de ocurrencia de
eventos, respecto a las actividades y relacionarán la razón de valores entre logaritmos
y exponentes.
Profundizando en temas de pertinencia académica y de importancia socio-ambiental se
pretende que los maestros, y luego sus estudiantes, logren el entendimiento de estos
temas estudiados y reconozcan la importancia que tiene la ciencia en la sociedad. Se
espera que al final de la unidad, el participante sea capaz de transferir lo aprendido al
salón de clases e integrar las matemáticas y las ciencias de manera eficaz. Para el
mejor entendimiento de la unidad se hace uso de los tres principios de aprendizaje:
conocimiento previo, profundidad y meta-cognición, los cuales servirán de apoyo al
maestro a la hora de desarrollar el tema dentro del salón de clases.
Trabajando con este contexto aprenderemos sobre procesos científicos que son
pertinentes y podremos desarrollar proyectos de investigaciones futuras.
1 Se utilizará el masculino para referirnos a los/as maestros/as, los/as estudiantes, los/as participantes y
el/la capacitador/a.
2
GUÍA DEL MAESTRO
3
MATERIA: Ciencia y Matemática
NIVEL/GRADO: Secundario / Grados 7mo-12mo
MACRO CONCEPTO DE CIENCIA: Las propiedades físicas y químicas de la materia
CONCEPTO PRINCIPAL: Calidad de agua
CONCEPTOS SECUNDARIOS: turbidez, color, sabor, olor, temperatura, pH, medición,
estimación y función logarítmica.
CONTENIDO PREVIO: agua potable, acidez, reglas de seguridad, definición de
logaritmo
OBJETIVOS ESPECÍFICOS DE APRENDIZAJE:
A través de la unidad, los participantes:
Analizarán y desarrollarán experimentos de laboratorio que permitan la medición
de diferentes parámetros físicos y químicos de calidad de agua de manera que
se pueda concluir que cambios en estos parámetros afectan la calidad de la
misma.
Realizarán estimaciones de ocurrencia de eventos, respecto a las actividades y
relacionarán la razón de valores entre logaritmos y exponentes.
ESTÁNDARES Y EXPECTATIVAS
Cada actividad de esta unidad está alineada a los Estándares de Contenido y
Expectativas de Grado que se cubren según el Programa de Ciencias y el Programa de
Matemáticas del Departamento de Educación de Puerto Rico.
CIENCIAS
Séptimo grado
Naturaleza de la Ciencia, Tecnología y Sociedad
4
NC.7.1.2 Realiza observaciones cuantitativas y cualitativas.
NC.7.4 Utiliza herramientas tecnológicas para la búsqueda de información en
la solución de problemas e investigaciones científicas.
Octavo grado
Naturaleza de la Ciencia, Tecnología y Sociedad
N.C.8.7 Utiliza prácticas seguras en el manejo de sustancias, instrumentos y
equipo de laboratorios.
NC.8.7.2 Utiliza correctamente equipos e instrumentos.
La Conservación y el Cambio
N.C.8.1.2 Reconoce que los sistemas naturales sufren y producen cambios.
Noveno grado
Naturaleza de la Ciencia, Tecnología y Sociedad
N.C.9.2 Utiliza instrumentos de medición para obtener información y la expresa
en diferentes unidades de medida.
Undécimo grado
Naturaleza de la Ciencia, Tecnología y Sociedad
NC.11.1 Utiliza los conceptos, principios y metodología científica en la
investigación para contestar preguntas sobre la ciencia de la vida.
N.C.11.4 Utiliza prácticas de seguridad en los laboratorios de Ciencia y en el
campo de la investigación.
Ciencias Ambientales
Naturaleza de la Ciencia, Tecnología y Sociedad
NC.A.1 Aplica destrezas matemáticas y los procesos de la ciencia en el uso
de la metodología científica.
NC.A.2.2 Propone formas efectivas para concienciar y promover posibles
soluciones a problemas ambientales tales como contaminación al aire,
agua, manejo de desperdicios, protección de especies y recursos al
igual que el desarrollo sostenible.
NC.A.3 Utiliza prácticas de seguridad en los laboratorios, actividades de
campo y en la investigación.
5
NC.A.3.3 Aplica y explica el procedimiento correcto en el uso de los
aparatos científicos disponibles en el laboratorio.
NC.A.3.5 Conoce y aplica procedimientos correctos para la
recolección y manipulación de muestras de agua, suelo y
aire.
La Estructura y los Niveles de Organización de la Materia
E.M.A.3.9 Explica la importancia del agua para los organismos y la necesidad de
proteger este recurso.
Matemáticas
Numeración y Operación
N.SN. 7.4.2 Interpreta y utiliza razones en diferentes contextos para mostrar las
relaciones de dos cantidades usando la notación apropiada (a/b, a:b).
N.SN.7.4.3 Describe una proporción como dos razones equivalentes, escribe y
resuelve una proporción al solucionar problemas que se relacionen con
factores de conversión de escalas y medidas, por cientos y
probabilidades.
Algebra
A.CA.8.8.2 Analiza situaciones matemáticas y del mundo real, determina si
puede describirse por un modelo lineal, y determina la razón de
cambio constante y desarrolla e interpreta la función lineal que
modela la situación.
Medición
M.UM.7.14.2 Compara pesos, capacidades, medidas geométricas, tiempos y
temperaturas dentro y entre sistemas de medidas.
M.UM.8.12.2 Determina cómo las medidas son afectadas por cambios en la
escala y sus dimensiones.
Análisis de datos y probabilidad
E.RD.7.16.1 Formula una pregunta simple que involucre dos atributos.
E. RD. 7.17.3 Identifica, describe y construye gráficas para representar datos de
dos variables (tablas para dos variables, diagramas de caja
6
paralela, diagramas de tallo y hoja dobles para una variable
categórica y una variable numérica; y diagramas de dispersión,
con la línea de tendencia apropiada.
E.RD.7.16.4 Identifica dos atributos donde recolectar los datos, decide cómo
medir estos atributos para responder la pregunta formulada y
determina el proceso de recolección de datos.
E.RD.7.17.1 Clasifica cada atributo como variable cuantitativa o cualitativa.
TRASFONDO DE CIENCIAS
El agua se define como una sustancia cuyas moléculas están formadas por la
combinación de un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno; es líquida, inodora, insípida
e incolora (RAE, 2012). Es un componente esencial para los organismos vivos. Sin
embargo, con un aumento en población, en las actividades humanas, contaminación
atmosférica, contaminación del suelo, como por ejemplo, por desperdicios sólidos, la
calidad del agua puede verse afectada y por ende, la salud humana. Los desperdicios
sólidos, ya sea por los lixiviados que se producen o por los mismos desperdicios,
pueden contaminar las aguas superficiales y las subterráneas ocasionando una
disminución en la calidad del agua.
Para garantizar la calidad del agua es necesario que ésta cumpla con una serie de
parámetros físicos, químicos y biológicos. Los parámetros físicos incluyen aspectos de
color, olor, sabor, turbidez y temperatura, mientras que los parámetros químicos
incluyen medidas de pH, oxígeno disuelto, salinidad y dureza. En el caso de los
parámetros biológicos se miden por presencia de coliformes totales y fecales. Es
necesario que para mantener unos niveles de calidad de agua altos se cumplan con los
estándares de cada uno de estos parámetros.
7
Calidad de agua
El término calidad del agua es un concepto selectivo y
complejo, difícil de definir en términos absolutos
puesto que se determina en función de usos
específicos. De esta forma, la calidad del agua puede
definirse como: la capacidad de un cuerpo de agua
para soportar apropiadamente usos benéficos,
entendiendo los usos benéficos como los modos en que se utilizada el agua por
humanos o vida silvestre; ya sea como, bebida o hábitat. (Más información
http://educasitios.educ.ar/grupo096/?q=node/63)
Turbidez: El agua puede ser turbia cuando recibe una
determinada cantidad de partículas que permanecen algún
tiempo en suspensión. Esto puede ocurrir como consecuencia
de la lluvia que arrastra partículas de tierra hacia el río o como
resultado de actividades del hombre tales como, minería
(extracción de arena) y desagüe de residuos industriales. La
turbidez de un río o depósito de agua puede ser confirmada recogiendo muestras de
agua en un vidrio transparente que, después de permanecer en reposo por algunos
minutos, podrá presentar una determinada cantidad de material depositado en el fondo
conocido como sólidos sedimentables. (http://www.sec-
coahuila.gob.mx/siplandi/basica/secundaria/CIENCIAS/Ciencias/Orientaciones/ENSEN
ANZA%20DE%20LA%20CIENCIA/quimica/Bloque1/exp3/Pistas/turbidez.htm)
Color: El color es una sensación que producen los rayos luminosos en los órganos
visuales y que es interpretada en el cerebro. Se trata de un fenómeno físico-químico
donde cada color depende de la longitud de onda.
Los cuerpos iluminados absorben parte de las ondas electromagnéticas y reflejan las
restantes. Dichas ondas reflejadas son captadas por el ojo y, de acuerdo a la longitud
de onda, son interpretadas por el cerebro. En condiciones de poca luz, el ser humano
sólo puede ver en blanco y negro. (http://definicion.de/color/#ixzz2DoRpaTzO)
8
Sabor: Del latín sapor, el sabor es la sensación que producen los alimentos u otras
sustancias en el gusto. Dicha impresión está determinada en gran parte por el olfato,
más allá de la respuesta del paladar y la lengua a los componentes químicos. Por eso
cuando una persona está congestionada siente que los alimentos no tienen sabor. Al
ingerirse un alimento, los dientes y las muelas desmenuzan el contenido. Ese proceso
desprende aromas que ascienden a la nariz a través de la faringe. Los sensores de la
lengua, mientras tanto, también captan los sabores de las sustancias químicas.
Los sensores situados en la lengua se conocen como papilas gustativas. Cada persona
tiene cerca de 10.000 papilas, capaces de detectar los sabores básicos (salado, dulce,
ácido o amargo). Los olores, en cambio, son muchos más variados.
(http://definicion.de/sabor/#ixzz2DoSSnIRJ)
Olor: El olor es una percepción de las sustancias químicas volátiles en el aire que
respiramos. Estimula las células receptoras en nuestro sistema olfativo. El cerebro
interpreta este estimulo como un olor. (http://env.alpha-
mos.com/es/odeurs_nuisances/definitions.php)
Temperatura: En física se define como la cualidad que
representa el estado térmico de los cuerpos y es un valor
indicativo de la energía cinética de las moléculas de
dichos cuerpos. Las substancias a elevadas temperatura
comunican energía calórica a todas las inmediatas y
próximas que están a más baja temperatura. Las
variaciones de temperatura producen en los cuerpos diversos fenómenos, como la
dilatación y contracción, variación en la resistencia eléctrica, etc., en las cuales se
basan los instrumentos destinados a su medición (termómetros).
Existen cuatro escalas de temperaturas: Celsius o centígrada, en la que se toma el 0°
coincidente con el punto de fusión del hielo y el 100° con el punto de ebullición del agua
a la presión atmosférica normal; cada una de las cien divisiones entre ambos puntos
constituye un grado centígrado (C). La escala Fahrenheit, en la que los puntos de
fusión del hielo y de ebullición del agua están en los 32 y 212, respectivamente, y cada
9
una de las 180 divisiones entre ambos puntos constituye un grado Fahrenheit (F). Esta
escala se usa solo en los países de habla inglesa.
(http://www.alegsa.com.ar/Definicion/de/temperatura_fisica.php)
pH: (Potencial de hidrógeno) es una medida
de acidez o alcalinidad de una disolución. El pH indica la
concentración de iones hidronio [H3O+] presentes en determinadas
sustancias. La sigla significa "potencial de hidrógeno"
(pondus Hydrogenii o potentia Hydrogenii; del latín pondus, n. =
peso; potentia, f. = potencia; hydrogenium, n. = hidrógeno). Este
término fue acuñado por el químico danés Sorensen, quien lo definió como el opuesto
del logaritmo en base 10 de la actividad de los iones hidrógeno.
(http://es.wikipedia.org/wiki/PH)
CONCEPCIONES ERRONEAS
A continuación se exponen algunas de las ideas erróneas relativas al agua:
Evaporación y precipitación: el agua se evapora únicamente de los mares y
océanos cuando hace calor. Sin embargo, no consideran el papel desempeñado
por el Sol dentro del ciclo (Cardak, 2009).
Muchos alumnos no entienden la diferencia entre aire y vapor de agua y suelen
pensar que las nubes están formadas únicamente por vapor de agua (Bar y
Travis, 1991, Bar y Galili, 1994).
Porosidad y permeabilidad: Las aguas subterráneas se almacenan en grandes
lagos subterráneos (Agelidou et al., 2001).
Flujo de las aguas subterráneas: se trata o bien de aguas estáticas que
“capturadas” en las rocas no se mueven, o bien de aguas dinámicas que forman
ríos subterráneos (Agelidou et al., 2001). En muchos casos ni siquiera son
consideradas como parte del ciclo del agua (Fernández-Ferrer et al., 2008).
10
Aguas superficiales y escorrentía superficial. No se han detectado grandes
errores, aunque sería importante incidir más sobre la acción modeladora del
agua en el paisaje.
Factor antropogénico: la mayoría de los alumnos no consideran la afección que
el ser humano causa en las aguas superficiales y subterráneas. (Ben-zvi-Assarf
y Orion, 2005).
El frío es algo que se puede transferir de un cuerpo a otro.
El calor y el frío son sustancias. (En el sentido de que son como el agua que
puede fluir dentro de una tubería, el frío y el calor pueden fluir dentro de un
metal)
Un cuerpo frío no contiene calor (frío se define como ausencia de calor)
Calor y temperatura se refieren a lo mismo.
Temperatura y calor no están relacionados con transferencia de energía.
La temperatura de un cuerpo depende de su tamaño.
El proceso de calentar siempre conduce a un aumento de temperatura.
El calor sólo se “mueve” de abajo hacia arriba (como la convección en el agua).
El punto de ebullición del agua es únicamente 100°C.
El hielo está a 0°C y no puede cambiar su temperatura.
El agua no puede estar a 0°C.
El vapor está a más de 100°C.
Los objetos que se calientan rápidamente no necesariamente se enfrían
rápidamente.
Las burbujas en el proceso de ebullición del agua contienen aire u oxígeno.
Materiales diferentes contienen la misma cantidad de calor.
TRASFONDO DE MATEMATICAS
Función logarítmica
La función logarítmica, dentro de las matemáticas es muy importante a pesar de su
poco conocimiento en otras disciplinas como la biología, la química, la economía, entre
otras. Esta función constituye un instrumento poderoso en la práctica del cálculo
11
numérico. Por ser la recíproca (función inversa) de la función exponencial, esta función
tiene más presencia en los fenómenos observables de la naturaleza. Así por ejemplo,
aparece en la reproducción de una colonia de bacterias, la desintegración de una
sustancia radiactiva, el crecimiento demográfico, la inflación, la capitalización de un
dinero colocado a interés compuesto, etc. La múltiple aplicabilidad de esta función solo
es reconocida a veces por los matemáticos y es menester llamar la atención en los
otros campos de la ciencia y su utilización en la sala de clases.
¿Qué es un Logaritmo?
Si y = , entonces, se define:
y se lee: “el logaritmo del número y en la base a es igual a x” (otra forma de leerlo es “el
logaritmo base a evaluado en y es igual a x”
¿Qué es una función logarítmica?
Una función es logarítmica si es del tipo: donde a > 0 es distinto de 1
Función logaritmo: log , 0 1ay x a
12
PRE-PRUEBA
Se entregará a cada participante una pre-prueba y se le dará
un máximo de 15 minutos para contestarla de manera
individual.
PROCESO EDUCATIVO
INICIO
ACTIVIDAD DE EXPLORACIÓN
El capacitador presentará a los participantes dos vasos de cristal transparente. El
primer vaso tendrá una solución de Kool-Aid® de uva mezclado con algún otro jugo que
lo haga parecer una sustancia que no merezca ser ingerida, y el segundo vaso tendrá
una mezcla de agua y peróxido de hidrógeno. Luego de que los participantes observen
los dos vasos con las mezclas, se realizarán las siguientes preguntas:
1. ¿De cuál de los dos vasos bebería su contenido? ¿Por qué?
2. ¿Qué tipo de análisis le realizaría a los contenidos?
3. ¿Qué sustancias podrían estar presentes en el vaso con color de ser ésta una
muestra tomada en el río cercano al Hoyo de Minga?
4. ¿Qué usted haría para que ese vaso contaminado deje de estarlo? ¿Cómo
removería el contaminante?
Utilice las pizarritas con marcadores para obtener de todos los participantes respuestas
instantáneas de algunas de las preguntas anteriores.
Debe identificar las concepciones erróneas e ir retándolas durante el desarrollo de la
capacitación.
13
Luego se realizará una discusión socializada acerca de la calidad de agua y los
parámetros que se utilizan para determinar la misma. Se debe obtener de los
participantes: los conceptos de color, sabor, olor, turbidez, pH; utilizando como ejemplo
el vaso con la mezcla de jugos y el vaso con la mezcla de agua y peróxido de
hidrógeno. Se trabajará con la importancia de estudiar los parámetros para determinar
si una sustancia es tóxica o peligrosa antes de entrar en contacto directo con la misma.
DESARROLLO
Actividad 1: Análisis físicos y químicos de la calidad del agua
(Hoja de trabajo #1)
Objetivo: Desarrollar pruebas de laboratorio para analizar la calidad del agua
Materiales por grupo:
2 vasos de cristal transparentes o vasos de análisis
1 galón de agua
1 botella de agua oxigenada (peróxido de hidrógeno)
1 sensor de pH (ver lámina # 1)
solución amortiguadora de ph 7.00
solución amortiguadora de ph 10.00
papel toalla
calculadora gráfica con programado easy data
interfase easy link
Procedimiento
1. Esta actividad se debe realizar en grupos de 4 ó 5 participantes.
2. Cada grupo debe tener un líder, un anotador y dos o tres investigadores. El líder
se hará cargo de los materiales que le provea el capacitador.
3. Coloca el sensor de pH en la interfase EASY LINK.
14
4. Conecta la interfase a la calculadora gráfica y asegúrate de que todos los cables
estén bien conectados. El programado EASY DATA se iniciará inmediatamente,
reconociendo el sensor correspondiente.
5. En el menú principal, selecciona SETUP y la opción pH. Selecciona Calib para
calibrar el instrumento. Escoge la opción Edit y en ella la opción Two point live.
6. Coloca la sonda del sensor de pH en una solución amortiguadora de pH 7.00.
Cuando la lectura de voltaje se estabilice, presiona Keep.
7. En Enter Reference, entra “7” como el valor de pH de esta solución y marca
OK.
8. Remueve el sensor de la solución amortiguadora y
enjuaga la sonda con agua destilada.
9. Inserta la sonda del sensor de pH en una solución amortiguadora de pH 10.00.
Cuando la lectura de voltaje se estabilice, presiona Keep.
10. En Enter Reference, entra “10” como el valor de pH de esta solución.
Selecciona OK en tres ocasiones para volver a la pantalla inicial.
11. En Setup, selecciona la opción Single Point para leer el valor de pH de tu
muestra.
12. Ya puedes utilizar el instrumento. Prepara un flujograma describiendo la
utilización del instrumento y entrégalo cuando se te solicite.
13. Recoge una porción de agua del ecosistema que tienes asignado. Inserta la
sonda en tu muestra de agua. Selecciona Start para iniciar la medida. Después
de 10 segundos, el valor del pH de la muestra aparecerá en la pantalla. Anótalo.
14. Repite la medida de pH en dos ocasiones adicionales.
15
15. Contesta las siguientes preguntas:
¿Fueron los resultados de tus muestras consistentes? ¿Por qué si o por qué
no?
¿Cómo explicas el valor de pH de tu muestra de agua?
¿Cómo explicas el valor de pH de tu muestra de agua oxigenada?
Comparte tus datos y observaciones con los otros cuatro grupos.
¿Qué investigaciones podrías realizar utilizando los procesos que realizaste?
La actividad puede proveer un espacio para que los participantes discutan acerca de lo
datos obtenidos de pH de las diferentes muestras y establezcan un escenario en el cual
las condiciones del ambiente sean distintas. Esto pudiera ser un trabajo de
investigación que pudieran realizar en la sala de clases.
16
Situación: En la siguiente foto observas que en un vertedero hay materia orgánica
mezclada con materia sólida desconocida (óvalo). ¿Sería viable utilizar ese material
vegetal como materia orgánica en una finca agrícola?
En este momento el capacitador comienza una discusión socializada con los
participantes utilizando el proceso de inquirir. Se les hará preguntas para explorar
conocimiento acerca del tema y corregir errores conceptuales. Al final de esta sección
aparece información relacionada a los temas preguntados.
Además de todos los contaminantes que pueden existir en un basurero, el efecto del
pH es otro agravante respecto a la calidad de agua.
¿Cómo el pH afecta la calidad del agua que ingerimos?
Hemos escuchado hablar de la lluvia ácida. Pero, ¿cómo se forma?, ¿qué condiciones
deben estar presentes?
17
En Puerto Rico, cercano a las petroquímicas, por ejemplo, existen lugares donde se ha
registrado lluvia de este tipo. ¿Cómo medimos esto?
En química, el pH es una medida de la actividad del ión de hidrógeno. Esto mide la
concentración del ión hidrógeno. El agua pura tiene un pH bien cercano a 7 a 25°C.
¿Qué significa ese número en término de la alcalinidad o acidez del agua pura?
Las soluciones con pH menor de 7 son consideradas ácidas, mientras las que tienen
pH mayor de 7 son consideradas alcalinas o básicas. La escala de pH va desde 1 que
sería considerado un ácido muy fuerte hasta 14 que sería una base muy fuetre.
¿Qué ejemplos conocen de sustancias ácidas o básicas en su diario vivir?
18
¿Cómo se obtiene ese valor del pH?
Los valores son obtenidos midiendo la diferencia en potencial entre el electrodo de
hidrógeno y un electrodo estándar como uno de cloruro de plata. Las medidas para pH
de soluciones acuosas pueden ser hechas con un electrodo de cristal y un metro de pH
o utilizando indicadores ya preparados para esto. Además, mediante una titulación que
es un método para determinar la cantidad de una sustancia presente en solución.
Lluvia ácida
La lluvia ácida se forma cuando la humedad en el aire se combina con los óxidos de
nitrógeno y el dióxido de azufre emitidos por fábricas, centrales eléctricas y vehículos
que queman carbón o productos derivados del petróleo. En interacción con el vapor de
agua, estos gases forman ácido sulfúrico y ácidos nítricos. Finalmente, estas
sustancias químicas caen a la tierra acompañando a las precipitaciones, constituyendo
la lluvia ácida.
Los contaminantes atmosféricos primarios que dan origen a la lluvia ácida pueden
recorrer grandes distancias, siendo trasladados por los vientos cientos o miles de
kilómetros antes de precipitar en forma de rocío, lluvia, llovizna, granizo, nieve, niebla o
neblina. Cuando la precipitación se produce, puede provocar importantes deterioros en
el ambiente.
La lluvia normalmente presenta un pH de
aproximadamente 5.65 (ligeramente ácido), debido a la
presencia del CO2 atmosférico, que forma ácido
carbónico, H2CO3. Se considera lluvia ácida si presenta
un pH de menos de 5 y puede alcanzar el pH del
vinagre (pH 3). Estos valores de pH se alcanzan por la presencia de ácidos como el
ácido sulfúrico, H2SO4, y el ácido nítrico, HNO3. Estos ácidos se forman a partir del
dióxido de azufre, SO2, y el monóxido de nitrógeno que se convierten en ácidos.
Los hidrocarburos y el carbón usados como fuente de energía, en grandes cantidades,
pueden también producir óxidos de azufre y nitrógeno y el dióxido de azufre emitidos
19
por fábricas, centrales eléctricas y vehículos que queman carbón o productos derivados
del petróleo.
Óxidos de Nitrógeno
El término óxidos de nitrógeno (NxOy) se aplica a varios
compuestos químicos binarios gaseosos formados por la
combinación de oxígeno y nitrógeno. El proceso de formación
más habitual de estos compuestos inorgánicos es la combustión
a altas temperaturas, proceso en el cual habitualmente el aire es el comburente.
Los óxidos de nitrógeno son liberados al aire desde el escape de vehículos
motorizados (sobre todo diésel y de mezcla pobre), de la combustión del carbón,
petróleo o gas natural, y durante procesos tales como la soldadura por arco,
galvanoplastia, grabado de metales y detonación de dinamita. También son producidos
comercialmente al hacer reaccionar el ácido nítrico con metales o con celulosa.
Los óxidos de nitrógeno, una vez liberados al aire por las combustiones (NOx) forman,
a través de reacciones fotoquímicas, contaminantes secundarios, por ejemplo el PAN
(nitrato de peroxiacetilo), formando el esmog fotoquímico o niebla tipo Los Ángeles,
típica de las zonas con gran concentración de vehículos de motor.
Los óxidos también indica varios compuestos cuya combinación viene del oxigeno
mezclado con el nitrógeno. Los óxidos de nitrógeno son usados en la producción de
ácido nítrico, lacas, tinturas y otros productos químicos, como combustibles para
cohetes, en la nitrificación de compuestos químicos orgánicos y en la manufactura de
explosivos. Los motores que más los producen son los diésel y los motores de mezcla
pobre.
Debido a sus efectos adversos en la salud se han regulado sus niveles con normas
ambientales y/o sanitarias.
20
Titulación ácido - base
La titulación es un método para determinar la cantidad de una sustancia presente en
solución. Una solución de concentración conocida, llamada solución valorada, se
agrega con una bureta a la solución que se analiza. En el caso ideal, la adición se
detiene cuando se ha agregado la cantidad de reactivo determinada en función de un
cambio de coloración en el caso de utilizar un indicador interno, y especificada por la
siguiente ecuación de la titulación.
NA VA = NB VB
Donde N y V es la normalidad y el volumen de ácido y de una base respectivamente. A
este punto se le llama punto de equivalencia (Umland, 2000, p.139).
Normalidad, es una forma química de expresar concentración, que equivale al numero
de Equivalentes de una sustancia disuelta en un litro de disolvente
Un equivalente es la unidad de masa que representa a la mínima unidad que puede
reaccionar. Por esto hay distintos tipos de equivalentes, según el tipo de reacción en el
que interviene la substancia formadora. Otra forma de definir al equivalente de una
sustancia es como la masa de dicha sustancia dividida por su peso equivalente.
El peso equivalente es el peso molecular de la sustancia dividido entre el número de
protones (si es un ácido), el número de hidroxilos (si es una base), el número de
ligandos (si es una especie formadora de complejos), o el número de electrones que
intercambia (si es un par redox).
En términos generales la reacción entre cantidades equivalentes de ácidos y bases se
llama neutralización o reacción de neutralización, la característica de una reacción de
neutralización es siempre la combinación de hidrogeniones que proceden del ácido,
con hidroxiliones procedentes de la base para dar moléculas de agua sin disociar, con
liberación de energía calorífica como calor de neutralización y formación de una sal.
21
En una expresión como la siguiente: Ácido + Base → Sal + Agua
Información adicional:
Un caso particular sería la reacción entre un ácido fuerte (HNO3) y una base débil
(Na2CO3).
2HNO3 + Na2CO3 → 2 NaNO3 + CO2↑ + H2O
Así pues, la titulación es un proceso en el cual la solución estándar (del patrón
primario) se combina con una solución de concentración desconocida para determinar
dicha concentración, la curva de titulación es la gráfica que indica como el pH de la
solución cambia durante el transcurso de la misma (el pH se gráfica contra el volumen
de base o ácido agregado).
Entonces podría entenderse como final de la titulación al momento en que el pH llegase
a 7, sin embargo, esto está en función de la “fuerza” del ácido o la base que se están
titulando.
Así cuando la neutralización se produce entre un ácido fuerte y una base fuerte, el pH
en el punto de equivalencia es 7 ya que todos los iones han sido neutralizados.
Por otra parte, cuando la reacción ocurre entre una base fuerte y un ácido débil, el
anión del ácido sufre una hidrólisis, por lo que el pH al que ocurre la neutralización es
mayor que 7. Y en la situación contraria, entre ácido fuerte y una base débil, el catión
de la base sufre una hidrólisis produciéndose iones hidronio, por lo que el pH es menor
que 7. Para determinar éste punto (de equivalencia), podemos utilizar la curva de
titulación potenciométrica de la reacción ácido-básica cuya gráfica resulta del pH del
sistema contra volumen de ácido o de base agregados en la titulación (Umland, 2000,
p.602).
En las titulaciones se pueden utilizar indicadores internos. Los indicadores son
compuestos orgánicos de estructura compleja que cambian de color en solución a
medida que cambia el pH. A continuación se describen algunos de ellos.
22
INDICADOR COLOR ÁCIDO RANGO DE pH COLOR ALCALINO
Azul de timol Rojo 1.2 – 2.8 Amarillo
Anaranjado de metilo Rojo 3.1 – 4.5 Amarillo
Verde de bromocresol Amarillo 3.8 – 5.5 Azul
Rojo de metilo Rojo 4.2 – 6.3 Amarillo
Papel de tornasol Rojo 5.0 – 8.0 Azul
Azul de bromotimol Amarillo 6.0 – 7.6 Azul
Azul de timol Amarillo 8.0 – 9.6 Azul
Fenolftaleína Incoloro 8.3 – 10.0 Rojo
Amarillo de alizarina Amarillo 10.0 – 12.1 Alhucema
Con esta tabla podemos comprobar que variando los indicadores nos puede llevar a
determinar el valor de pH aproximado de una solución.
Actividad 2: ¿Indigestión?
Objetivo: Se explora el comportamiento que tiene el pH de una solución acuosa
cuando se añaden tabletas de Alka Seltzer®.
Materiales por grupo:
1 vaso de cristal transparente de capacidad 400 mL
100 mL de agua potable
20 tabletas de Alka Seltzer®
1 sensor de pH
papel cuadriculado
Procedimiento:
1. En el vaso de cristal se vierten 100 mL de agua.
2. Utiliza la Tabla # 1para hacer tus estimaciones en la segunda columna de qué
ocurrirá con el pH del agua cuando se le añaden tabletas de Alka Seltzer.
Tabla #1
Número de tabletas de
Alka Seltzer añadidas
pH estimado
de la solución
pH
determinado
23
Número de tabletas de
Alka Seltzer añadidas
pH estimado
de la solución
pH
determinado
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
3. Se agrega una tableta de Alka Seltzer, se espera un minuto para que se diluya.
4. Se mide el pH de la solución.
5. Se registra la lectura en la tercera columna de la tabla.
6. Se repiten los pasos 3 al 5 hasta completar la tabla con 10 tabletas añadidas.
7. Utilizando los datos de la tabla, el participante deberá trazar una gráfica en el plano cartesiano, en donde la variable independiente es el número de tabletas y la variable dependiente el pH de la solución.
24
Gráfica # 1
8. Preguntas:
¿Que tipo de gráfica (lineal, cuadrática, exponencial o logaritmo)se muestra
en tu dibujo?
Si fueramos hacer el mismo procedimiento para 20 alka seltzer, ¿crees que
la gráfica sería la misma?
9. Para precisar el modelo, se repiten los pasos 3 al 5 hasta completar la tabla con
20 tabletas añadidas en total.
10. Utilizando los datos de la tabla (luego de añadir 11 a 20 tabletas), el participante
deberá trazar una gráfica 2 en el plano cartesiano, en donde la variable
independiente es el número de tabletas y la variable dependiente el pH de la
solución.
25
Gráfica # 2
11. Preguntas:
¿Que tipo de gráfica es la #2: lineal, cuadrática, exponencial o logaritmo?
Explica brevemente alguna diferencia o similitud que tiene la gráfica primera
versus la segunda?
En este punto, el capacitador deberá señalar que el comportamiento de la gráfica es
logarítmico, comentar que esto es debido a que el pH de una solución es definido en
términos de un logaritmo.
El capacitador puede dar la definición logarítmica del pH. El pH de una solución acuosa
se define en términos de la concentración de H+, denotada , como: .
26
Actividad de Extensión: Comparando las concentraciones de H+ (hidronio)
cuando cambia el pH de una solución acuosa
Situación hipotética:
La semana pasada se presentó en las noticias que en el río aledaño al Hoyo de Minga
aparecieron decenas de peces muertos. La Junta de Calidad Ambiental envió a los
inspectores a tomar muestras de agua para medir los parámetros de calidad. Al medir
el parámetro de pH se dieron cuenta que hubo una disminución de 2 unidades en
comparación con los niveles promedio conocidos del río (pH de 6 a 8). ¿Considera
usted que el cambio en pH haya sido la causa principal para la muerte de los peces?
Desarrollo:
1. Debemos calcular en que factor aumentó o disminuyó la concentración de H+
(hidronio) en las muestras de agua (correspondiente al cambio de 2 unidades en el
pH). Para esto, se utilizará la definición logarítmica de pH, la cual se presentó en la
actividad anterior.
2. El capacitador solicitará a los participantes que contesten lo siguiente:
Se considera una solución acuosa que ha sufrido un cambio de 2 unidades en el
pH, en este caso, de un pH inicial de 6.8 a un pH final de 4.8.
Se toman en cuenta la equivalencia fundamental entre logaritmos y exponentes:
27
El pH de una solución acuosa se define en términos de la concentración de H+
(Hidronio), denotada por , como : .
I. La concentración de H+ (Hidronio) inicial y concentración de H+ (Hidronio)
final , se pueden encontrar mediante los siguientes pasos. Identifique la
propiedad matemática utilizada en cada paso.
Sustitución del pH inicial en la definición
Multiplicando por (-1) en ambos lados de la igualdad
Equivalencia fundamental entre logaritmos y exponentes
Sustitución del pH final en la definición
Multiplicando por (-1) en ambos lados de la igualdad
Equivalencia fundamental entre logaritmos y exponentes
II. La razón
, para encontrar en términos de , se puede calcular como
sigue. Identifique la propiedad matemática utilizada en cada paso.
Dividiendo entre y sus valores respectivos
Propiedad de cociente de potencias con bases iguales
Multiplicando por en ambos lados de la igualdad
Brevemente puedes explicar qué significa el resultado anterior.
.
28
3. Luego de contestar las preguntas en el paso 2, se espera que los participantes
visualicen que una disminución de 2 unidades en el pH corresponde a un cambio
por un factor de 100 en la concentración de H+. Si los participantes no expresan
esta observación, entonces el capacitador deberá señalarlo.
4. Una vez los participantes hayan visualizado que una disminución de 2 unidades en
el pH corresponde a un cambio por un factor de 100 en la concentración de H+, el
capacitador debe señalar que es muy probable que la muerte de los peces haya
sido debida a este cambio drástico en la concentración de H+ en el agua del río.
29
CIERRE
Actividad de Cierre: Protegiendo nuestros recursos acuáticos
(Esta actividad puede servir de ejemplo para realizar un proyecto similar en su escuela
o comunidad)
Los participantes realizarán la lectura de la noticia publicada en TRASH NEWS.
Como proyecto se les solicitará a los participantes que desarrollen un opúsculo donde:
a. presenten un problema ambiental. (Esto relacionado a algún desperdicio sólido
que ellos hayan observado que esté afectando a los recursos hídricos en su
comunidad)
b. indiquen los factores adversos de dicho problema a los seres vivos
c. presenten alternativas para resolver dicha situación.
Sería conveniente que los participantes antes de la actividad observen diversos
cuerpos de agua si no es posible realizar un viaje de campo.
Al final de la actividad reflexione sobre los posibles efectos de mantener a la
comunidad informada acerca de las repercusiones que puede tener no hacer nada por
remediar la problemática.
TRASH NEWS
Agosto 2012 EDICIÓN ESPECIAL VOL. 5 NO. 5
Nuestros vertederos y su impacto en la calidad del agua
En nuestros basureros, como se muestra en la foto
de la izquierda, existen muchos desperdicios tanto
de origen vegetal y otros los cuales se pudieron
haber recuperado para evitar los grandes
30
volúmenes que se depositan en estas áreas. Estos materiales en la mayoría de las
ocasiones pueden luego de estar presentes en este lugar y estar en contacto con
sustancias peligrosas hacernos pensar si debemos removerlas y colocarlas en otro
lugar.
Algunos de los compuestos presentes en el lugar son ácidos de batería, aceites de
autos, tintes de cabello, agroquímicos entre otros. Una vez estos materiales llegan al
vertedero, por ejemplo, ¿sería pertinente tratar de utilizarlos en otro lugar? Por ejemplo,
¿podemos llevar materia vegetal de un vertedero
para utilizarla de composta en la agricultura?
Tenemos ante nosotros una situación ocurrida en
Toa Alta, Puerto Rico en el Hoyo de Minga, donde
los todos los líquidos residuales del vertedero
municipal se han mezclado y han llegado a las
comunidades de Jurutungo Viejo y Villa Sin Miedo en el mismo municipio. Tu
capacitadora fue como investigadora contratada por el Departamento de Recursos
Naturales y Ambientales (DRNA) a tomar unas muestras de los líquidos mezclados que
se han obtenido de allí. Este material es muy peligroso para el contacto humano; por lo
tanto, que tenga cuidado. A continuación realizaremos diversos estudios a las muestras
de agua que recolectó tu maestra. Se te proveerán los datos de los niveles apropiados
para que el agua sea potable (o sea, que pueda ser apta para el consumo humano).
Debes tomar en cuenta que la concentración en la que estos compuestos se
encuentren en el agua va a determinar su estado de peligro para que sea apropiada
para ingerirse. Tenga en mente que el agua es un recurso que se comporta en un ciclo.
Por esta razón, el agua que descargas del inodoro va al alcantarillado, de ahí pasa por
una Planta de Tratamiento que la desinfecta y se descarga en algún cuerpo de agua
permitiendo su reuso. Por lo tanto, el agua puede volver a tu hogar luego de ser
tratada. Debes tener esto en cuenta cuando vas a desechar artículos que resultan
tóxicos para el recurso.
31
Formato para el opúsculo:
En este formato de opúsculo deberás presentar de forma concisa la problemática en el
cual presentes una problemática relacionada
En la portada deberás colocar una foto que plantee una problemática de tu comunidad
al igual que debes dar un nombre a tu grupo de protección ambiental.
NOTA: Este documento se debe imprimir sobre papel reciclado o enviarse por la vía
virtual.
RÚBRICA
Puntuación Descripción Valor otorgado
3 Presenta los temas de contaminación en su
área demuestra haber consultado a la
literatura y presenta posibles soluciones al
problema con fundamentos.
2 Presenta temas de contaminación pero no
cita la literatura y presenta algunas ideas de
posibles soluciones.
1 Presenta meramente temas de
contaminación pero no presenta como
resolver los mismos ni cita a la literatura.
0 Presenta un listado de temas de
contaminación.
POS/PRUEBA
Se administrará la misma para contestarla en 15 minutos. Una vez finalicen se discutirá
la misma.
HOJA DE REACCION EVALUATIVA
Se entregará a cada participante. Una vez finalizada la devolverán al capacitador.
32
BIBLIOGRAFIA
Adams, J., et. al. (2010). Organización Mundial de la Salud. “Normas sobre agua,
saneamiento e higiene para escuelas en contexto de escasos recursos”.
Recuperado el 7 de junio de 2012, de http://whqlibdoc.who.int/publications/
2010/9789243547794_spa.pdf
E-Code of Federal Regulations. “TITLE 40--Protection of Environment. CHAPTER I--
ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY. Sub-Chapter D-Water Programs.
Part 142-National Primary Drinking Water Regulations Implementations”. ”.
Recuperado el 12 de junio de 2012, de http://ecfr.gpoaccess.gov/cgi/t/text/text-
idx?c=ecfr&sid=e60dd04aab911a367407f3c98e5510e2&tpl=/ecfrbrowse/Title40/
40cfr142_main_02.tpl
“El agua potable”. Recuperado el 7 de junio de 2012, de
http://www.elaguapotable.com/calidad_del_agua.htm
Mogollon, J.L. et. al. (1993). “Uso de los Parámetros Físico-Químicos de las Aguas
Fluviales como Indicadores de Influencias Naturales y Antrópicas”.
INTERCIENCIA 18(5): 249-254. Recuperado el 7 de junio de 2012, de
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Organización Mundial de la Salud. (2012). “Agua”. Recuperado el 7 de junio de 2012,
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“Standards & Risk Management”. Recuperado el 12 de junio de 2012, de
http://water.epa.gov/drink/standardsriskmanagement.cfm
RAE 2012, Real Academia Española: www.rae.es/ Definiciones. Recuperado 30 de
abril de 2013.
33
GUÍA DEL ESTUDIANTE
34
(Hoja de trabajo #1)
Actividad 1: Análisis físicos y químicos de la calidad del agua
Objetivo: Desarrollar pruebas de laboratorio para analizar la calidad del agua
Materiales por grupo:
2 vasos de cristal transparentes o vasos de análisis
1 galón de agua
1 botella de agua oxigenada (peróxido de hidrógeno)
1 sensor de pH (ver lámina # 1)
Solución amortiguadora de pH 7.00
Solución amortiguadora de pH 10.00
Papel toalla
Calculadora gráfica con programado EASY DATA
Interfase EASY LINK
Procedimiento
1. Esta actividad se debe realizar en grupos de 4 ó 5 participantes.
2. Cada grupo debe tener un líder, un anotador y dos o tres investigadores. El líder
se hará cargo de los materiales que le provea el capacitador.
3. Coloca el sensor de pH en la interfase EASY LINK.
35
4. Conecta la interfase a la calculadora gráfica y asegúrate de que todos los cables
estén bien conectados. El programado EASY DATA se iniciará inmediatamente,
reconociendo el sensor correspondiente.
5. En el menú principal, selecciona SETUP y la opción pH. Selecciona Calib para
calibrar el instrumento. Escoge la opción Edit y en ella la opción Two point live.
6. Coloca la sonda del sensor de pH en una solución amortiguadora de pH 7.00.
Cuando la lectura de voltaje se estabilice, presiona Keep.
7. En Enter Reference, entra “7” como el valor de pH de esta solución y marca
OK.
8. Remueve el sensor de la solución amortiguadora y
a. enjuaga la sonda con agua destilada.
9. Inserta la sonda del sensor de pH en una solución
a. amortiguadora de pH 10.00. Cuando la lectura de voltaje se estabilice,
presiona Keep.
10. En Enter Reference, entra “10” como el valor de pH de esta solución.
Selecciona OK en tres ocasiones para volver a la pantalla inicial.
11. En Setup, selecciona la opción Single Point para leer el valor de pH de tu
muestra.
12. Ya puedes utilizar el instrumento. Prepara un flujograma describiendo la
utilización del instrumento y entrégalo cuando se te solicite.
13. Recoge una porción de agua del ecosistema que tienes asignado. Inserta la
sonda en tu muestra de agua. Selecciona Start para iniciar la medida. Después
de 10 segundos, el valor del pH de la muestra aparecerá en la pantalla. Anótalo.
14. Repite la medida de pH en dos ocasiones adicionales.
36
Contesta las siguientes preguntas:
¿Fueron los resultados de tus muestras consistentes? ¿Por qué si o por qué
no?
¿Cómo explicas el valor de pH de tu muestra de agua?
¿Cómo explicas el valor de pH de tu muestra de agua oxigenada?
Comparte tus datos y observaciones con los otros cuatro grupos.
37
Hoja de trabajo # 2
Actividad 2: ¿Indigestion?
Objetivo: Se explora el comportamiento que tiene el pH de una solución acuosa cuando
se añaden tabletas de Alka Seltzer.
Materiales por grupo:
1 vaso de cristal transparente de capacidad 400 mL
100 mL de agua potable
20 tabletas de Alka Seltzer
1 sensor de pH
papel cuadriculado
Procedimiento:
1. En el vaso de cristal se vierten 100 mL de agua.
2. Utiliza la Tabla # 1para hacer tus estimaciones en la segunda columna de qué
ocurrirá con el pH del agua cuando se le añaden tabletas de Alka Seltzer®.
Tabla #1
Número de tabletas de
Alka Seltzer añadidas
pH
estimado
de la
solución
pH
determinado
0
1
2
3
38
Número de tabletas de
Alka Seltzer añadidas
pH
estimado
de la
solución
pH
determinado
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
3. Se agrega una tableta de Alka Seltzer®, se espera un minuto para que se diluya.
4. Se mide el pH de la solución.
5. Se registra la lectura en la tercera columna de la tabla.
6. Se repiten los pasos 3 al 5 hasta completar la tabla con 10 tabletas añadidas.
7. Utilizando los datos de la tabla, el participante deberá trazar una gráfica en el
plano cartesiano, en donde la variable independiente es el número de tabletas y
la variable dependiente el pH de la solución.
39
Gráfica #1
12. Preguntas:
¿Que tipo de gráfica (lineal, cuadrática, exponencial o logaritmo)se muestra
en tu dibujo?
Si fueramos hacer el mismo procedimiento para 20 Alka Seltzer®, ¿crees
que la gráfica sería la misma?
13. Para precisar el modelo, se repiten los pasos 3 al 5 hasta completar la tabla con
20 tabletas añadidas en total.
14. Utilizando los datos de la tabla (luego de añadir 11 a 20 tabletas), el participante
deberá trazar una gráfica 2 en el plano cartesiano, en donde la variable
independiente es el número de tabletas y la variable dependiente el pH de la
solución.
40
Gráfica #2
15. Preguntas:
¿Que tipo de gráfica es la #2: lineal, cuadrática, exponencial o logaritmo?
Explica brevemente alguna diferencia o similitud que tiene la gráfica primera
versus la segunda?
41
Actividad de Extensión: Comparando las concentraciones de H+ (Hidronio)
cuando cambia el pH de una solución acuosa
Situación hipotética:
La semana pasada se presentó en las noticias que en el río aledaño al Hoyo de Minga
aparecieron decenas de peces muertos. La Junta de Calidad Ambiental envió a los
inspectores a tomar muestras de agua para medir los parámetros de calidad. Al medir
el parámetro de pH se dieron cuenta que hubo una disminución de 2 unidades en
comparación con los niveles promedio conocidos del río (pH de 6 a 8). ¿Considera
usted que el cambio en pH haya sido la causa principal para la muerte de los peces?
Desarrollo:
5. Debemos calcular en que factor aumentó o disminuyó la concentración de H+
(Hidronio) en las muestras de agua (correspondiente al cambio de 2 unidades en el
pH). Para esto, se utilizará la definición logarítmica de pH, la cual se presentó en la
actividad anterior.
6. El capacitador solicitará a los participantes que contesten lo siguiente:
Se considera una solución acuosa que ha sufrido un cambio de 2 unidades en el
pH, en este caso, de un pH inicial de 6.8 a un pH final de 4.8.
Se toman en cuenta la equivalencia fundamental entre logaritmos y exponentes:
42
El pH de una solución acuosa se define en términos de la concentración de H+
(Hidronio), denotada por , como: .
I- La concentración de H+ (Hidronio) inicial y concentración de H+
(Hidronio) final , se pueden encontrar mediante los siguientes pasos.
Identifique la propiedad matemática utilizada en cada paso.
_____________________________________________
_____________________________________________
_____________________________________________
4 log _____________________________________________
4 log _____________________________________________
_____________________________________________
II- La razón
, para encontrar en términos de , se puede calcular
como sigue. Identifique la propiedad matemática utilizada en cada paso.
_____________________________________________
_____________________________________________
_____________________________________________
Brevemente explica qué significa el resultado anterior.
43
.
Actividad de Cierre: Protegiendo nuestros recursos acuáticos
Desarrolla un opúsculo donde presentes un problema, los factores adversos a los seres
vivos y alternativas para resolver dicha situación. Esto relacionado a algún desperdicio
sólido que hayas observado que esté afectando a los recursos hídricos en tu área.
TRASH NEWS
Agosto 2012 EDICIÓN ESPECIAL VOL. 5 NO. 5
Nuestros vertederos y su impacto en la calidad del agua
En nuestros basureros, como se muestra en la foto
de la izquierda, existen muchos desperdicios tanto
de origen vegetal y otros los cuales se pudieron
haber recuperado para evitar los grandes
volúmenes que se depositan en estas áreas. Estos
materiales en la mayoría de las ocasiones pueden
luego de estar presentes en este lugar y estar en
contacto con sustancias peligrosas hacernos pensar si debemos removerlas y
colocarlas en otro lugar.
Algunos de los compuestos presentes en el lugar son ácidos de batería, aceites de
autos, tintes de cabello, agroquímicos entre otros. Una vez estos materiales llegan al
vertedero, por ejemplo, ¿sería pertinente tratar de utilizarlos en otro lugar? Por
ejemplo, ¿podemos llevar material vegetal de un
vertedero para utilizarlo de composta en la agricultura?
Tenemos ante nosotros una situación ocurrida en Toa
Alta, Puerto Rico en el Hoyo de Minga, donde los todos
44
los líquidos residuales del vertedero municipal se han mezclado y han llegado a las
comunidades de Jurutungo Viejo y Villa Sin Miedo en el mismo municipio. Tu
capacitadora fue como investigadora contratada por el Departamento de Recursos
Naturales y Ambientales (DRNA) a tomar unas muestras de los líquidos mezclados que
se han obtenido de allí. Este material es muy peligroso para el contacto humano; por lo
tanto, que tenga cuidado. A continuación realizaremos diversos estudios a las muestras
de agua que recolectó tu maestra. Se te proveerán los datos de los niveles apropiados
para que el agua sea potable (o sea, que pueda ser apta para el consumo humano).
Debes tomar en cuenta que la concentración en la que estos compuestos se
encuentren en el agua va a determinar su estado de peligro para que sea apropiada
para ingerirse. Tenga en mente que el agua es un recurso que se comporta en un ciclo.
Por esta razón, el agua que descargas del inodoro va al alcantarillado, de ahí pasa por
una Planta de Tratamiento que la desinfecta y se descarga en algún cuerpo de agua
permitiendo su reuso. Por lo tanto, el agua puede volver a tu hogar luego de ser
tratada. Debes tener esto en cuenta cuando vas a desechar artículos que resultan
tóxicos para el recurso.
Formato para el opúsculo:
En este formato de opúsculo deberás presentar de forma concisa la problemática en el
cual presentes una problemática relacionada
En la portada deberás colocar una foto que plantee una problemática de tu comunidad
al igual que debes dar un nombre a tu grupo de protección ambiental.
NOTA: Este documento se debe imprimir sobre papel reciclado o enviarse por la vía
virtual.
Pedir a los participantes que luego de la actividad y en papelote, anoten posibles
investigaciones que podrían realizar con sus estudiantes en la sala de clases.
45
PRE/POS PRUEBA
46
UNIDAD 6 - Análisis del agua
PRE/POS PRUEBA
SEUDÓNIMO: _________________________________ FECHA: _____________
INSTRUCCIONES: Contestarán individualmente la prueba en un máximo de 15 minutos.
1. Un estudiante llegó al salón un día con un envase repleto de un líquido de
naturaleza desconocida que había recogido de un charco que había dejado el
camión de la basura. ¿Qué piensas tú como maestro que podrías hacer en tu
salón para aprovechar la oportunidad?
2. Menciona los parámetros que podrías utilizar para medir la calidad del agua.
3. ¿Qué tipo de gráfica se obtiene como resultado de medir el pH?
a. Cuadrática
b. Logarítmica
c. Parabólica
d. Lineal
47
INFORMACION
ADICIONAL
48
MAXIMIZING YIELD THROUGH INTEGRATION (I3)
La Función Logarítmica Anejo 1
Recuerde:
Resuelva los siguientes problemas:
1. Luis invierte $20,000 al 7% de interés compuesto mensualmente. ¿En cuánto tiempo la inversión de Luis se duplicará?
2. Con relación al problema anterior, ¿en cuánto tiempo se cuadruplicará?
3. De acuerdo con la “U.S. office of Immigration Stadistic” , habían 10.5 inmigrantes ilegales en los Estados Unidos en Mayo de 2005 y el número aumento a 11.3 millones para Mayo de 2007.
a. Determine la razón relativa de crecimiento si usamos el modelo 0
rtP P e
para el crecimiento poblacional. Redondee el resultado a tres lugares decimales.
INTERÉS COMPUESTO
Si un principal P se invierte a una tasa anual r compuesta n veces al año, entonces la
cantidad A en la cuenta al final de n periodos compuestos está dada por
1
ntr
A Pn
Observa que la tasa anual r debe expresarse en forma decimal, y t es años.
49
b. Utilice la contestación anterior para escribir una función que describa la población de inmigrantes ilegales en millones luego de 2005, y úselo para predecir cuándo la población de inmigrantes ilegales sea aproximadamente igual a 20 millones.
Escalas logarítmicas
INTENSIDAD DEL SONIDO: El oído humano puede escuchar sonidos con un amplio rango
de intensidades. El sonido más alto que una persona sana puede escuchar sin dañar el tímpano
tiene una intensidad de un trillón (1,000,000,000,000) de veces el sonido más suave que esa
misma persona puede escuchar. Si se usaran estas intensidades como una escala para medir el
volumen, habría un gran conflicto usando números desde cero hasta trillones, lo cual parece
complicado, si no es completamente tonto. Sabemos que las funciones logarítmicas aumentan
muy lentamente. Podemos tomar ventaja de esto para crear una escala de intensidad del sonido
que sea mucho más condensada y, por tanto, más manejable.
La escala de decibeles para la intensidad del sonido es un ejemplo. El decibel, que recibe su
nombre en honor del inventor del teléfono, Alexander Graham Bell (1847-1922) se define como
sigue:
0
10logI
DI
Escala de decibeles (1)
donde D es el nivel de decibeles del sonido, I es la intensidad del sonido medida en vatios por
metro cuadrado (W/m2) e I0 es la intensidad del sonido menos audible que una persona joven
saludable promedio puede escuchar. Ese último sonido está estandarizado como 12
0 10I vatios
por metro cuadrado. En la Tabla 1 se enumeran algunas intensidades del sonido típicas
procedentes de fuentes familiares.
Intensidad del sonido
(A) Halla el número de decibeles de un murmullo con una intensidad de
sonido de 5.2 x 10-10
vatios por metro cuadrado, luego del tráfico pesado
a 8.5 x 10-4
vatios por metro cuadrado. Redondea tus respuestas hasta
dos cifras decimales.
(B) ¿Cuántas veces mayor es la intensidad del sonido del tráfico pesado
en comparación con un murmullo?
50
Tabla 1
Intensidad del sonido
(W/m2)
Sonido
1.0 x 10-12
Umbral de audición
5.2 x 10-10
Murmullo
3.2 x 10-6
Conversación normal
8.5 x 10-4
Tráfico pesado
3.2 x 10-3
Martillo hidráulico
1.0 x 100
Umbral de dolor
8.3 x 102
Avión a reacción
INTENSIDAD DE UN TERREMOTO: la energía liberada por el terremoto más violento
registrado, medida en julios, es cerca de 100 billones (100,000,000,000) de veces la energía
liberada por un sismo menor que apenas se siente. En 1935, el sismólogo de California Charles
Richter diseñó una escala logarítmica que lleva su nombre y aún se utiliza ampliamente en
Estados Unidos. La magnitud de un terremoto M en la escala Richter* está dada como sigue:
0
2log
3
EM
E
Escala Richter (2)
donde E es la energía liberada por el terremoto, medida en julios, y E0 es la energía liberada por
un sismo de referencia muy pequeño, la cual se ha estandarizado como4.4
0 10E julios
El poder destructivo de los terremotos respecto a las magnitudes en la escala Richter se presenta
en la Tabla 2.
51
Tabla 2
Magnitud en la escala
Richter
Poder destructivo
M < 4.5 Menor
4.5 < M < 5.5 Moderado
5.5 < M < 6.5 Fuerte
6.5 < M < 7.5 Mayor
7.5 < M Grande
*Originalmente, Richter definió la magnitud de un terremoto en términos de logaritmos de la
máxima amplitud de la onda sísmica, en milésimas de milímetro, medidas en un sismógrafo
estándar. La ecuación (2) da esencialmente la misma magnitud que Richter obtuvo para un
terremoto dado, pero en términos de logaritmos de la energía liberada por el terremoto.
VUELO DEL COHETE: la teoría del vuelo de un cohete usa matemáticas avanzadas y física
para demostrar que la velocidad v de un cohete al consumirse el combustible (agotarse el
suministro de combustible) está dada por
ln t
b
Wv c
W
Ecuación del cohete (3)
donde c es la velocidad de escape del motor del cohete, tW es el peso al momento del despegue
(combustible, estructura y carga) y bW es el peso al agotarse el combustible(estructura y carga).
Debido a la resistencia de la atmósfera terrestre, para el lanzamiento de un vehículo se requiere
como mínimo una velocidad de 9.0 kilómetros por segundo, para lograr la altitud mínima
necesaria para alcanzar una órbita estable. La fórmula (3) indica que para aumentar la velocidad
Intensidad de un terremoto
El terremoto de 1906 en San Francisco liberó
aproximadamente 5.96 x 1016
julios de energía.
Otro terremoto golpeó el área de la bahía justo
antes del tercer juego de la Serie Mundial de 1989,
liberando 1.12 x 1015
julios de energía.
(A) Determina la magnitud de cada terremoto en
la escala Richter. Redondea tus respuestas hasta
dos cifras decimales.
(B) ¿Cuántas veces liberó más energía el
terremoto de 1906 que el de 1989?
52
v, debe aumentarse la razón de peso t
b
WW
o la velocidad de escape c. La razón de peso puede
incrementarse con el uso de combustibles sólidos, y la velocidad de escape, mejorando los
combustibles sólidos o líquidos.
Teoría del vuelo de un cohete
Un cohete típico, de una sola etapa y con combustible sólido, puede tener una razón de peso
18.7t
b
WW
y una velocidad de escape de 2.38c kilómetros por segundo. ¿Alcanzaría este
cohete una velocidad de lanzamiento de 9.0 kilómetros por segundo?
Solución: Puede usarse la ecuación del cohete (3) con 2.38c y 18.7t
b
WW
ln
2.38ln(18.7)
t
b
Wv c
W
= 6.97 kilómetros por segundo
La velocidad de lanzamiento de un vehículo no alcanza a los 9.0 kilómetros por segundo
necesarios para ponerse en órbita. Esta es la razón para usar lanzadores de múltiples etapas: el
peso muerto de una etapa precedente puede ser lanzado al océano cuando la siguiente etapa
termina.
4. SONIDO ¿Cuál es el nivel de decibeles de
(A) el umbral de audición, 1.0 x 10-12
vatios por metro cuadrado?
(B) el umbral de dolor, 1.0 vatios por metro cuadrado? Calcula las respuestas con dos dígitos
significativos.
5. SONIDO ¿Cuál es el nivel de decibeles de
(A) una conversación normal, 3.2 x 10-6
vatios por metro cuadrado?
(B) un avión reacción con un mecanismo de poscombustión, 8.3 x 102 vatios por metro
cuadrado? Calcula las respuestas con dos dígitos significativos.
53
6. SONIDO Si la intensidad de un sonido de una fuente es 1,000 veces la de otro, ¿cuánto
mayor es el nivel de decibeles del sonido más alto respecto al más bajo?
7. SONIDO Si la intensidad de un sonido de una fuente es 10,000 veces la de otro, ¿cuánto
mayor es el nivel de decibeles del sonido más alto respecto al más bajo?
8. TERREMOTOS Uno de los terremotos más violentos registrados ocurrió en Colombia
en 1906, con una generación de energía de 1.99 x 1012
julios. ¿Cuál fue su magnitud en la
escala de Richter? Calcula la respuesta con una cifra decimal.
9. TERREMOTOS En Anchorage, Alaska, hubo un terremoto mayor en 1964 que liberó
7.08 x 1016
julios de energía. ¿Cuál fue su magnitud en la escala de Richter? Calcula la
respuesta con una cifra decimal.
10. TERREMOTOS El terremoto de 1933 en Long Beach, California , tuvo una lectura en
la escala de Richter de 6.3 y el de 1964 en Anchorage tuvo una lectura en la escala de
Richter de 8.3. ¿Cuántas veces fue más poderoso el terremoto de Anchorage que el de
Long Beach?
11. TERREMOTOS Generalmente, un terremoto requiere una magnitud superior a 5.6 en la
escala Richter para infligir daños graves. ¿Cuántas veces más poderoso que este fue el
gran terremoto de Colombia en 1906, que registró una magnitud de 8.6 en la escala de
Richter?
12. EXPLOSIÓN DE ENERGÍA La bomba atómica lanzada en Nagasaki, Japón, en agosto
de 1945, liberó cerca de 1.34 x 1014
julios de energía. ¿Cuál sería la magnitud de un
terremoto que libere tal cantidad de energía?
13. EXPLOSIÓN DE ENERGÍA La más grande y poderosa arma nuclear jamás detonada
fue probada por la Unión Soviética en octubre 30 de 1961, en una isla del mar Ártico. La
onda fue tan poderosa que hubo informes de ventanas rotas en Finlandia, a más de 700
millas de distancia. La detonación liberó 2.1 x 1021
julios de energía. ¿Cuál sería la
magnitud de un terremoto que liberara tal cantidad de energía?
14. ASTRONOMÍA Una erupción solar de tamaño moderado observada el 9 de julio de
1996, liberó suficiente energía para el consumo de EE.UU. por casi 23,000 años con los
niveles de consumo de 2001, 2.38 x 1021
julios. ¿Cuál sería la magnitud de un terremoto
que liberara tal cantidad de energía?
54
15. CONSTRUCCIÓN La energía liberada por una explosión típica en una construcción es
cerca de 7.94 x 105 julios. ¿Cuál sería la magnitud de un terremoto que liberara tal
cantidad de energía?
16. VEHÍCULOS ESPACIALES Un nuevo cohete con combustible sólido tiene una razón
de peso 19.8t
b
WW
y una velocidad de escape 2.57c kilómetros por segundo. ¿Cuál
es su velocidad al agotarse el combustible? Calcula la respuesta con dos cifras decimales.
17. VEHÍCULOS ESPACIALES Un cohete con combustible líquido tiene una razón de
peso 6.2t
b
WW
y una velocidad de escape 5.2c kilómetros por segundo. ¿Cuál es su
velocidad al agotarse el combustible? Calcula la respuesta con dos cifras decimales.
18. QUÍMICA La concentración de iones de hidrógeno de una sustancia está relacionada
con su acidez y basicidad. Debido a que las concentraciones de iones de hidrógeno varían
en un rango muy amplio, se usan logaritmos para crear una escala de pH comprimida, la
cual se define como sigue:
log[ ]pH H
donde [ ]H es la concentración de iones de hidrógeno, en moles por litro. El agua pura
tiene un pH de 7, lo cual significa que es neutra. Las sustancias con un pH menor que 7
son ácidas y las que tienen un pH mayor que 7 son básicas. Calcula el pH de cada
sustancia enumerada, dando la concentración de iones de hidrógeno indicada. Además,
indica si cada sustancia es ácida o básica. Calcula las respuestas con una cifra decimal.
(A) Agua de mar, 4.63 x 10-9
(B) Vinagre, 9.32 x 10-4
19. POBLACIÓN MUNDIAL Un modelo matemático para el crecimiento de la población
mundial en periodos cortos está dado por
0
rtP P e
donde P es la población después de t años, 0P es la población en 0t y se asume que la
población crece continuamente a la tasa anual r. ¿Cuántos años, al año más cercano,
55
tardará la población mundial en duplicarse, si crece continuamente a una tasa anual de
1.14%?
20. POBLACIÓN MUNDIAL Con base en el problema 19, comienza con una población
mundial de 6,800 millones de habitantes (la población estimada a marzo de 2009) y
suponiendo que la población crece continuamente una tasa anual de 1.14%, ¿cuántos
años, al año más cercano, pasarán antes de que haya solamente una yarda cuadrada de
tierra por persona? La Tierra cuenta con aproximadamente 1.7 x 1014
yardas cuadradas de
terreno.
21. INVESTIGACIÓN MÉDICA Una investigadora médica está probando un isótopo
radioactivo para usar en un nuevo proceso de imagenología. Ella encuentra que una
muestra original de 5 gramos decae a 1 gramo en 6 horas. Halla la vida media de la
muestra hasta tres dígitos significativos. [Recuerda que el modelo de la vida media es
/10 2( )t hA A donde 0A es la cantidad original y h es la vida media].
22. FECHADO CON CARBONO 14 Si 90% de una muestra de carbono 14 permanece
después de 866 años, ¿cuál es la vida media del carbono 14?
Mientras una planta o un animal permanecen vivos, el carbono 14 se mantiene en una
cantidad constante en sus tejidos. Sin embargo, después de morir, la planta o el animal dejan
de tomar carbono y el carbono 14 disminuye por decaimiento radioactivo. La cantidad que
queda puede modelarse con la ecuación 0.000124
0
tA A e donde A es la cantidad después de t
años, y A0 es la cantidad en el tiempo 0t . Usa este modelo para resolver los problemas 23
a 26.
23. FECHADO CON CARBONO 14 En 2003, científicos japoneses anunciaron el
comienzo de un esfuerzo para regresar a la vida a un mamut lanudo ya extinto, usando
técnicas de clonación modernas. Sus esfuerzos se enfocaron en un espécimen
especialmente bien conservado, descubierto congelado en el hielo siberiano. En muestras
cercanas de material vegetal, se encontró 28.9% de la cantidad de carbono 14 de una
muestra viva. ¿Cuál era la edad aproximada de estas muestras?
24. FECHADO CON CARBONO 14 En 2004, el arqueólogo Al Goodyear descubrió un
sitio en Carolina del Sur con evidencias del asentamiento humano más antiguo de
56
Norteamérica. El fechado con carbono 14 de material vegetal quemado indicó 0.2% de la
cantidad de carbono 14 de una muestra viva. ¿Cuál era la antigüedad de esa muestra?
25. FECHADO CON CARBONO 14 Muchos eruditos creen que los habitantes más
antiguos no nativos de Norteamérica fueron los vikingos que llegaron navegando desde
Islandia. Si un fragmento de una herramienta de madera encontrada y fechada en 2004
tenía 88.3% de la cantidad de carbono 14 de una muestra viva, ¿cuándo se fabricó esta
herramienta?
26. FECHADO CON CARBONO 14 En 1998, varios investigadores examinaron el Sudario
de Turín y encontraron fibras vegetales en el tejido que tenían 92.1% de la cantidad de
carbono 14 de una muestra viva. Si esto fue exacto, ¿cuándo se fabricó el tejido?
Nota: Los problemas fueron tomados del libro Barnett, R. A., Ziegler, M. R., Byleen, K. E. y
Sobecki, D. (2011). Precalculus: Seven edition. McGraw-Hill.
57
La Función Logarítmica Hoja de Trabajo 1
I. Evalúe los siguientes logaritmos utilizando la definición, corrobore
su contestación utilizando la calculadora gráfica.
3
5
10
10
16 36
12 64
1. log (81)
2. log (125)
3. log (0.001)
4. log (1,000)
5. log ( )
6. log ( )
58
La Función Logarítmica Hoja de Trabajo 2
Completa la tabla y conteste la pregunta
pH = -log([H+])
[H+] f ipH pH [ ]
[ ]
f
i
H
H
14 1 x 10-14 13 – 14 = -1
13
14
10
1010
13 1 x 10-13
12 1 x 10-12
11 1 x 10-11
10 1 x 10-10
9 1 x 10-9
8 1 x 10-8
7 1 x 10-7
6 1 x 10-6
5 1 x 10-5
4 1 x 10-4
3 1 x 10-3
2 1 x 10-2
1 1 x 10-1
0 1 x 100
a. ¿Cómo cambia la razón de la [H+] cuando el valor del pH disminuye una unidad?
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b. Complete la siguiente afirmación: “Si el valor del pH disminuye una unidad, entonces [ ] ____ [ ]f iH H ”.
c. ¿Cómo cambia la razón de la [H+] cuando el valor del pH disminuye dos unidades?
d. Complete la siguiente afirmación: “Si el valor del pH disminuye dos unidades, entonces [ ] ____ [ ]f iH H ”.
