1.3: El método científico

Objetivos de aprendizaje

• Identificar los componentes del método científico

Los científicos buscan respuestas a preguntas y soluciones a problemas mediante un procedimiento llamado método científico. Este procedimiento consiste en hacer observaciones, formular hipótesis y diseñar experimentos, que a su vez conducen a observaciones adicionales, hipótesis y experimentos en ciclos repetidos (Figura\(\PageIndex{1}\)).

Figura\(\PageIndex{1}\): El método científico. Como se muestra en este diagrama de flujo, el método científico consiste en hacer observaciones, formular hipótesis y diseñar experimentos. Un científico puede ingresar al ciclo en cualquier momento.

Las observaciones pueden ser cualitativas o cuantitativas. Las observaciones cualitativas describen propiedades o ocurrencias de formas que no se basan en números. Ejemplos de observaciones cualitativas incluyen los siguientes: la temperatura del aire exterior es más fría durante la temporada de invierno, la sal de mesa es un sólido cristalino, los cristales de azufre son amarillos y disolver un centavo en ácido nítrico diluido forma una solución azul y un gas marrón. Las observaciones cuantitativas son mediciones, que por definición consisten tanto en un número como en una unidad. Ejemplos de observaciones cuantitativas son los siguientes: el punto de fusión del azufre cristalino es de 115.21 °C, y 35.9 gramos de sal de mesa, cuyo nombre químico es cloruro de sodio, se disuelven en 100 gramos de agua a 20 °C; un ejemplo de observación cuantitativa fue la observación inicial que condujo a la moderna teoría de la extinción de los dinosaurios: se encontró que las concentraciones de iridio en sedimentos que datan de hace 66 millones de años eran 20 a 160 veces mayores de lo normal. El desarrollo de esta teoría es un buen ejemplo del método científico en acción (ver Figura\(\PageIndex{2}\) a continuación).

Después de decidir aprender más sobre una observación o un conjunto de observaciones, los científicos generalmente comienzan una investigación formando una hipótesis, una explicación tentativa para la (s) observación (es). La hipótesis puede no ser correcta, pero pone la comprensión del científico del sistema que se está estudiando en una forma que puede ser probada. Por ejemplo, la observación de que experimentamos períodos alternos de luz y oscuridad correspondientes a los movimientos observados del sol, la luna, las nubes y las sombras es consistente con cualquiera de dos hipótesis:

1. La Tierra gira sobre su eje cada 24 horas, exponiendo alternativamente un lado al sol, o
2. El sol gira alrededor de la Tierra cada 24 horas.

Se pueden diseñar experimentos adecuados para elegir entre estas dos alternativas. Para la desaparición de los dinosaurios, la hipótesis era que el impacto de un gran objeto extraterrestre provocó su extinción. Desafortunadamente (o quizás afortunadamente), esta hipótesis no se presta a pruebas directas por ningún experimento obvio, sino que los científicos recopilaron datos adicionales que o bien la respaldan o refutan.

Después de que se ha formado una hipótesis, los científicos realizan experimentos para probar su validez. Los experimentos son observaciones o mediciones sistemáticas, preferiblemente realizadas bajo condiciones controladas, es decir, en condiciones en las que cambia una sola variable. Por ejemplo, en el escenario de extinción de dinosaurios, se midieron concentraciones de iridio a nivel mundial y se compararon Un experimento debidamente diseñado y ejecutado permite al científico determinar si la hipótesis original es válida. Los experimentos a menudo demuestran que la hipótesis es incorrecta o que debe ser modificada. Luego se recolectan y analizan más datos experimentales, momento en el que un científico puede comenzar a pensar que los resultados son suficientemente reproducibles (es decir, confiables) para merecer ser resumidos en una ley, una descripción verbal o matemática de un fenómeno que permita predicciones. Una ley simplemente dice lo que sucede; no aborda la cuestión del por qué.

Un ejemplo de una ley, la Ley de proporciones definidas, que fue descubierta por el científico francés Joseph Proust (1754-1826), establece que una sustancia química contiene siempre las mismas proporciones de elementos por masa. Así, el cloruro de sodio (sal de mesa) siempre contiene la misma proporción en masa de sodio a cloro, en este caso 39.34% de sodio y 60.66% de cloro en masa, y la sacarosa (azúcar de mesa) es siempre 42.11% de carbono, 6.48% de hidrógeno y 51.41% de oxígeno en masa. Algunos compuestos sólidos no obedecen estrictamente la ley de proporciones definidas. La ley de proporciones definidas debería parecer obvia —esperaríamos que la composición del cloruro de sodio fuera consistente— pero el jefe de la Oficina de Patentes de Estados Unidos no la aceptó como un hecho hasta principios del siglo XX.

Mientras que una ley establece solo lo que sucede, una teoría intenta explicar por qué la naturaleza se comporta como lo hace. Es poco probable que las leyes cambien mucho con el tiempo a menos que se descubra un error experimental importante. En contraste, una teoría, por definición, es incompleta e imperfecta, evolucionando con el tiempo para explicar nuevos hechos a medida que se descubren. La teoría desarrollada para explicar la extinción de los dinosaurios, por ejemplo, es que la Tierra ocasionalmente se encuentra con asteroides pequeños y medianos, y estos encuentros pueden tener implicaciones desafortunadas para la continuidad de la existencia de la mayoría de las especies. Esta teoría de ninguna manera está probada, sino que es consistente con la mayor parte de la evidencia acumulada hasta la fecha. La figura\(\PageIndex{2}\) resume la aplicación del método científico en este caso.

Figura\(\PageIndex{2}\): Resumen de cómo se utilizó el método científico en el desarrollo de la teoría del impacto de asteroides para explicar la desaparición de los dinosaurios de la Tierra

Ejemplo\(\PageIndex{1}\)

Clasificar cada afirmación como una ley, una teoría, un experimento, una hipótesis, una observación cualitativa o una observación cuantitativa.

1. El hielo siempre flota sobre el agua líquida.
2. Las aves evolucionaron a partir de los dinosaurios.
3. El aire caliente es menos denso que el aire frío, probablemente porque los componentes del aire caliente se mueven más rápidamente.
4. Cuando se agregaron 10 g de hielo a 100 mL de agua a 25 °C, la temperatura del agua disminuyó a 15.5 °C después de que el hielo se fundió.
5. Se analizaron los ingredientes del jabón Ivory para ver si realmente es 99.44% puro, como se anuncia.

Dado: componentes del método científico

Preguntado por: clasificación de declaraciones

Estrategia: Consulte las definiciones de esta sección para determinar qué categoría describe mejor cada enunciado.

Solución

1. Esta es una declaración general de una relación entre las propiedades del agua líquida y sólida, por lo que es una ley.
2. Esta es una posible explicación del origen de las aves, por lo que es una hipótesis.
3. Se trata de una afirmación que trata de explicar la relación entre la temperatura y la densidad del aire con base en principios fundamentales, por lo que es una teoría.
4. La temperatura se mide antes y después de que se haga un cambio en un sistema, por lo que estas son observaciones cuantitativas.
5. Se trata de un análisis diseñado para probar una hipótesis (en este caso, la afirmación de pureza del fabricante), por lo que es un experimento.

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

Clasificar cada afirmación como una ley, una teoría, un experimento, una hipótesis, una observación cualitativa o una observación cuantitativa.

1. Se agregaron cantidades medidas de ácido a una tableta Rolaids para ver si realmente “consume 47 veces su peso en exceso de ácido estomacal”.
2. El calor siempre fluye de los objetos calientes a los más fríos, no en la dirección opuesta.
3. El universo estuvo formado por una explosión masiva que impulsó la materia al vacío.
4. Michael Jordan es el mejor tirador puro que jamás haya jugado basquetbol profesional.
5. La piedra caliza es relativamente insoluble en agua pero se disuelve fácilmente en ácido diluido con la evolución de un gas.
6. Las mezclas de gases que contienen más de 4% de hidrógeno en el aire son potencialmente explosivas.

Contestar a

experimento

Respuesta b

ley

Respuesta c

teoría

Respuesta d

hipótesis

Respuesta e

observación cualitativa

Respuesta f

observación cuantitativa

Debido a que los científicos pueden ingresar al ciclo que se muestra\(\PageIndex{1}\) en la Figura en cualquier momento, la aplicación real del método científico a diferentes temas puede tomar muchas formas diferentes. Por ejemplo, un científico puede comenzar con una hipótesis formada por la lectura sobre el trabajo realizado por otros en el campo, en lugar de hacer observaciones directas.

Es importante recordar que los científicos tienen una tendencia a formular hipótesis en términos familiares simplemente porque es difícil proponer algo que nunca antes se había encontrado o imaginado. Como resultado, los científicos a veces descuentan o pasan por alto hallazgos inesperados que no están de acuerdo con los supuestos básicos detrás de la hipótesis o teoría que se está probando. Afortunadamente, los hallazgos verdaderamente importantes están sujetos inmediatamente a la verificación independiente por parte de científicos de otros laboratorios, por lo que la ciencia es una disciplina autocorrectora. Cuando los alvarezes sugirieron originalmente que un impacto extraterrestre provocó la extinción de los dinosaurios, la respuesta fue escepticismo y desprecio casi universales. En solo 20 años, sin embargo, la naturaleza persuasiva de la evidencia superó el escepticismo de muchos científicos, y su hipótesis inicial ahora se ha convertido en una teoría que ha revolucionado la paleontología y la geología.

Resumen

Los químicos amplían sus conocimientos haciendo observaciones, realizando experimentos y probando hipótesis para desarrollar leyes para resumir sus resultados y teorías para explicarlas. Al hacerlo, están utilizando el método científico.

Definiciones Fundamentales en Química: https://youtu.be/SBwjbkFNkdw