Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas

LOS SISTEMAS MATERIALES Eugenio Ordoño Domínguez I.E.S. JOSÉ RODRIGO BOTET Manises Introducción: La materia se puede clasificar de manera general en dos tipos de sistemas materiales: homogéneos y heterogéneos.

Objetivos: • • •

Aprender a trabajar en el laboratorio. Conocer la diferencia existente entre sistema material homogéneo y heterogéneo. Diseñar procedimientos de separación de mezclas heterogéneas.

Relación del tema propuesto con el currículo del curso: Esta practica relacionada con el tema sistemas materiales del curso de 3º de ESO de Física y Química

Material: • Reactivos: zumo, agua, sal común (cloruro sódico), aceite, harina, sémola de trigo, fideos de trigo. • Probetas de 25 y 50 ml. • Coladores de cocina de distinto tamaño de orificio. • Embudo de decantación. • Balanza. • Varilla de vidrio. • Espátulas o cucharas. • Cristalizadores

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Procedimiento: 1. Vamos a preparar diferentes sistemas materiales, para ello seguiremos los pasos siguientes: a) Con una balanza medimos las masas de las probetas que vamos a usar b) Se introducen en con una probeta 15 ml de harina y en otra 15 ml de fideos. c) Con la balanza medimos la masa de estas probetas y calculamos la masa de la sustancia (para calcular la masa de la sustancia que hay en la probeta, se resta a la masa de la probeta llena la masa de la probeta vacía). d) Mezclamos en una de las dos probetas, los fideos con la harina y volvemos a medir el volumen y la masa de la mezcla. e) Repetimos los pasos anteriores con: • Harina (15 ml) y sémola (15 ml). • Harina (15 ml) y sal (15 ml). • Sémola (15 ml) y fideos (15 ml). • Sémola (15 ml) y sal (15 ml). • Harina (5 ml) y agua (25 ml). • Sal (5 ml) y agua (25 ml). • Agua (15 ml) y aceite (15 ml). • Agua (15 ml) y zumo (15 ml). 6. Completa las tablas siguientes. Harina

Fideos

Harina + Fideos

Harina

Sémola

Harina + Sémola

Harina

Sal

Harina + Sal

Volumen Masa probeta vacía Masa probeta con sustancia Masa sustancia Densidad

Volumen Masa probeta vacía Masa probeta con sustancia Masa sustancia Densidad

Volumen Masa probeta vacía Masa probeta con sustancia Masa sustancia Densidad

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Sémola

Fideos

Fideos + Sal

Sémola

Sal

Sémola + Sal

Harina

Agua

Harina + Agua

Sal

Agua

Sal + Agua

Agua

Aceite

Agua + Aceite

Agua

Zumo

Agua + Zumo

Volumen Masa probeta vacía Masa probeta con sustancia Masa sustancia Densidad

Volumen Masa probeta vacía Masa probeta con sustancia Masa sustancia Densidad

Volumen Masa probeta vacía Masa probeta con sustancia Masa sustancia Densidad

Volumen Masa probeta vacía Masa probeta con sustancia Masa sustancia Densidad

Volumen Masa probeta vacía Masa probeta con sustancia Masa sustancia Densidad

Volumen Masa probeta vacía Masa probeta con sustancia Masa sustancia Densidad

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2. Vamos intentar separar los sistemas que antes hemos preparado, para ello seguiremos los pasos siguientes: a) Coge un colador e intenta separar los sistemas siguientes: • • • • • • • •

Harina y fideos. Harina y sémola. Harina y sal Sémola y fideos Sémola y sal Sal y agua Agua y aceite. Agua y zumo.

Si no puedes, prueba con otro colador de mayor o menor orificio. ¿Has podido separar todos sistemas? b) Coloca con cuidado dentro de un embudo de decantación la mezcla de aceite y agua, déjala reposar (hasta que finalices los puntos siguientes) y abre la llave con cuidado para separar el aceite del agua.

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Cuestiones 1. En los casos de los sistemas preparados, di los que son homogéneos y heterogéneos. 2. Compara la suma de los volúmenes de las sustancias antes de mezclarlas y después de la mezcla, ¿son iguales?, en que casos lo son y en cuales no. 3. Compara la suma de las masas de las sustancias antes de mezclarlas y después de la mezcla, ¿son iguales?, en que casos lo son y en cuales no. 4. Compara las densidades de las sustancias antes de mezclarlas y después de la mezcla, ¿son iguales? 5. Intenta explicar las diferencias. 6. ¿Cómo separarías las sustancias anteriores después de haberlas mezclado? 7. ¿Qué es más fácil separar un sistema homogéneo o heterogéneo?

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NOTAS PARA EL PROFESOR Procedimiento: Formar grupos de 2 a 4 alumnos.

Tiempo necesario para desarrollar esta práctica: 2-3 sesiones de 55 minutos.

Finalidad de la práctica: La finalidad de la práctica, es que los alumnos: 1. Aprendan a trabajar con seguridad en un laboratorio. 2. Aprendan a diferenciar entre sistemas homogéneos y heterogéneos. 3. Comprendan que cuando se mezclan dos o mas sustancias la masa total coincide con la resultante de la adición de las masas iniciales. 4. Comprendan que cuando se mezclan dos o mas sustancias, a diferencia de las masas, el volumen final no siempre coincide con la resultante de la adición de los volúmenes iniciales. Puede ser menor o igual. 5. Que la diferencia entre estos valores es menor siempre en el caso de sistemas homogéneos que en los heterogéneos. 6. Conozcan los métodos de separación de los sistemas materiales. 7. Descubran que los métodos de separación de sistemas heterogéneos son mediante métodos físicos mas sencillos que en el caso de los sistemas homogéneos.

Otras consideraciones: Se han ajustado los volúmenes para que siempre la suma teórica sea 30 ml, pero en el caso de la sal o la harina con agua se ha disminuido su volumen y aumentado el del agua para que se disuelvan totalmente los sólidos.

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Cuestiones iniciales: a. ¿Qué es la densidad? b. ¿Qué es un sistema heterogéneo? c. ¿Qué es un sistema homogéneo? d. Si tenemos dos sustancias y las mezclamos, ¿la suma de los volúmenes de las sustancias antes de mezclarlas y después de la mezcla, son iguales? e. Si tenemos dos sustancias y las mezclamos, ¿la suma de las masas de las sustancias antes de mezclarlas y después de la mezcla, son iguales? f. ¿Cómo separarías las sustancias siguientes después de haberlas mezclado? • Harina y fideos. • Harina y sémola. • Harina y sal • Sémola y fideos • Sémola y sal • Sal y agua • Agua y aceite. • Agua y zumo.

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Análisis de la práctica: Los objetivos buscados en esta práctica eran: 1. Consolidar el conocimiento del concepto de densidad, ya que aunque se estudia en cursos anteriores (incluso al inicio del curso en 3º de ESO de Física y Química), está poco asimilado por parte de los alumnos. 2. Conocer que cuando realizamos un experimento las masas son aditivas, pero que no es así en el caso de los volúmenes. 3. Aprender a distinguir entre un sistema homogéneo y uno heterogéneo. 4. Conocer algunos métodos de separación de la materia. La práctica estaba planteada para que los alumnos, una vez leída y con sus propios conocimientos fueran capaces de realizarla, ya que el grado de dificultad y peligrosidad de la misma era mínima. Las instrucciones que se dieron fueron mínimas. Acabada la práctica con los alumnos, he observado los fallos siguientes: 1. Los alumnos no leen comprensivamente las prácticas y tienden a hacerlas sin saber que han de hacer. Por lo que mi idea inicial de que hiciesen solos la práctica sin mi intervención, tuve que cambiarla e intervenir dando consignas antes de empezar la misma. 2. Los alumnos tienen la manía de sumar los volúmenes de manera que ese es el valor del volumen de las diferentes mezclas, es decir siempre 30 ml. Hay que repetir reiteradamente que este valor se mide con la probeta para que cambien el valor. 3. Los alumnos miden los volúmenes en las probetas sin fijarse en el material que meten en ellas y se encuentran con problemas a la hora de mezclar sustancias como los fideos y la harina, ya que al principio intentan mezclarlos añadiendo los fideos (que muchas veces están en la probeta mas pequeña) sobre la harina, con los problemas de mezcla que conlleva. Pero además de los fallos observados en el trabajo de los alumnos he observado que: 1. Los alumnos se encuentran motivados por el hecho de ir al laboratorio. 2. Una vez realizada la práctica, los alumnos relacionan mejor el tema del currículo cuando se habla la clase teórica. 3. Como esta parte del currículo también se da en Ciencias de la Naturaleza de 1º de ESO, esta práctica o la misma partida en dos y simplificada o una similar, debería hacerse en este curso, aunque se vuelva a realizar en 3º de ESO. 4. Esta práctica se debe de complementar con otra en la que traten el resto de métodos de separación: cromatografía, destilación,…. Si se hace una única práctica con todos los métodos sería muy larga su realización.

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Análisis de los resultados: Las cuestiones iniciales se realizaron, al principio y se repitieron al finalizar la práctica, y los resultados obtenidos son: 1. ¿Qué es la densidad? INICIAL FINAL BIEN MAL NS/NC BIEN MAL NS/NC 42,67 28,57 28,57 60,87 8,70 30,43 2. ¿Qué es un sistema heterogéneo? INICIAL FINAL BIEN MAL NS/NC BIEN MAL NS/NC 33,33 42,86 23,81 65,22 34,78 0 3. ¿Qué es un sistema homogéneo? INICIAL FINAL BIEN MAL NS/NC BIEN MAL NS/NC 33,33 52,38 14,29 69,57 30,43 0 4. Si tenemos dos sustancias y las mezclamos, ¿la suma de los volúmenes de las sustancias antes de mezclarlas y después de la mezcla, son iguales? INICIAL FINAL BIEN MAL NS/NC BIEN MAL NS/NC 47,62 38,10 14,29 78,26 21,74 0 5. Si tenemos dos sustancias y las mezclamos, ¿la suma de las masas de las sustancias antes de mezclarlas y después de la mezcla, son iguales? INICIAL FINAL BIEN MAL NS/NC BIEN MAL NS/NC 52,38 23,81 23,81 52,17 47,83 0 6. ¿Cómo separarías las sustancias siguientes después de haberlas mezclado? INICIAL FINAL BIEN MAL NS/NC BIEN MAL NS/NC Harina y fideos. 57,14 4,76 38,10 100,00 0,00 0,00 Harina y sémola. 42,86 0,00 57,14 91,30 4,35 4,35 Harina y sal 19,05 0,00 80,95 65,22 17,39 17,39 Sémola y fideos 19,05 0,00 80,95 95,65 4,35 0,00 Sémola y sal 14,29 4,76 80,95 83,33 4,17 12,50 Sal y agua 38,10 14,29 47,62 73,91 17,39 8,70 Agua y aceite. 28,57 9,52 61,90 78,26 8,70 13,04 Agua y zumo. 4,76 4,76 90,48 69,57 17,39 13,04

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Como se puede ver de los datos los alumnos han reforzado la mayoría de los conocimientos que se pretendía consolidar. Los datos obtenidos por los alumnos se reflejan en las tablas siguientes y se puede sacar las siguientes conclusiones: 1. Los datos obtenidos para la densidad no coinciden con los reales, cosa que era de esperar. 2. Las densidades para las distintas sustancias medidas por cada grupo suelen ser similares, aunque existen algunas discrepancias por errores en las pesadas que los alumnos no se han dado cuenta de su existencia. 3. Se observa que se cumple la aditividad de las masas y no la de los volúmenes, aunque los alumnos no consideran que exista la aditividad ya que no da exactamente al mismo valor, pero no tienen en cuenta las perdidas producidas en e trasvase de las sustancias de una probeta a otra. 4. A pesar de remarcarlo, existen grupos que el volumen de la mezcla no lo han medido de la probeta donde han hecho la mezcla, y suman los volúmenes iniciales de las sustancias antes de mezclar, por eso da 30 ml siempre. 5. A pesar de comentarlo varias veces, los alumnos no han medido con la probeta el volumen tomado de las sustancias iniciales, esto se nota en que los volúmenes de las mismas siempre coinciden con los dados en la práctica y excepto en una de las medidas. Por lógica estos valores no ha sido exactos en la mayoría de los casos, siendo una fuente de errores de los datos y cálculos.

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Harina 15 Volumen (mL) 62,652 Masa probeta (g) Masa probeta + sustancia (g) 69,617 6,965 Masa sustancia (g) 0,46 Densidad (g/mL)

1 Fideos 15 81,649 89,514 7,865 0,52

2 3 Mezcla Harina Fideos Mezcla Harina Fideos Mezcla 22 12 15 16,5 15 15 27 81,649 58,25 45,86 45,86 58,03 45,028 45,028 94,722 65,84 51,92 59,46 65,904 52,025 58,9 13,073 7,59 6,06 13,6 7,874 6,997 13,872 0,59 0,63 0,40 0,82 0,52 0,47 0,51

1 2 Harina Sémola Mezcla Harina Sémola 15 15 Volumen (mL) 45,86 58,25 Masa probeta (g) 54,67 70,75 Masa probeta + sustancia (g) 8,81 12,5 Masa sustancia (g) 0,59 0,83 Densidad (g/mL)

Harina 15 Volumen (mL) 58,305 Masa probeta (g) Masa probeta + sustancia (g) 66,658 8,353 Masa sustancia (g) 0,56 Densidad (g/mL)

1 Sal 15 45,835 62,469 16,634 1,11

Mezcla 18 45,86 67,07 21,21 1,18

3 Harina Sémola 15 15 58,03 45,028 65,904 58,688 7,874 13,66 0,52 0,91

Mezcla 22,5 45,028 66,57 21,542 0,96

2 3 Mezcla Harina Sal Mezcla Harina Sal Mezcla 29 15 15 28 15 15 19 45,835 81,6 58,25 81,6 58,03 74,43 74,43 70,62 89,59 79,2 106,44 65,45 89,281 96,575 24,785 7,99 20,95 24,84 7,42 14,851 22,145 0,85 0,53 1,40 0,89 0,49 0,99 1,17

Harina 15 81,126 92,283 11,157 0,74

4 Fideos 15 62,333 68,305 5,972 0,40

5 Fideos Mezcla 15 30 74,3 74,3 81,561 89,162 7,261 14,862 0,48 0,47

Mezcla 22 81,126 98,169 17,043 0,77

Harina 15 62,326 69,944 7,618 0,51

4 Harina Sémola 15 15 81,126 62,333 92,283 75,132 11,157 12,799 0,74 0,85

Mezcla 24 81,126 104,29 23,167 0,97

5 Harina Sémola Mezcla 15 15 30 62,326 74,3 74,3 69,944 88,029 95,282 7,118 13,729 20,982 0,47 0,48 0,70

4 Sal 15 58,242 73,171 14,929 1,00

Mezcla 25 45,86 66,678 20,818 0,83

Harina 15 62,326 69,449 7,123 0,47

Harina 15 45,86 53,886 8,026 0,54

5 Sal 15 74,43 90,252 15,822 1,05

Mezcla 30 74,43 98,486 24,056 0,80

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Sémola 15 Volumen (mL) 58,45 Masa probeta (g) Masa probeta + sustancia (g) 69,992 11,542 Masa sustancia (g) 0,77 Densidad (g/mL)

1 Fideos Mezcla Sémola 15 23 15 45,9 45,9 81,6 51,996 63,386 94,96 6,096 17,486 13,36 0,41 0,76 0,89

Sémola 15 Volumen (mL) 58,45 Masa probeta (g) Masa probeta + sustancia (g) 71,254 12,804 Masa sustancia (g) 0,85 Densidad (g/mL)

Harina 15 Volumen (mL) 45,9 Masa probeta (g) Masa probeta + sustancia (g) 48,356 2,456 Masa sustancia (g) 0,16 Densidad (g/mL)

2 3 4 5 Fideos Mezcla Sémola Fideos Mezcla Sémola Fideos Mezcla Sémola Fideos Mezcla 15 26 15 15 25 15 15 25 15 15 30 58,25 81,6 58,03 45,028 45,028 84,075 62,353 62,353 74,3 62,326 74,3 68,73 101,07 70,05 52,025 64,96 91,765 68,368 76,4 88,029 71,946 93,328 10,48 19,47 12,02 6,997 19,932 7,69 6,015 14,047 13,729 9,62 19,028 0,70 0,75 0,80 0,47 0,80 0,51 0,40 0,56 0,92 0,64 0,63

1 2 3 Sal Mezcla Sémola Sal Mezcla Sémola Sal 15 30 15 15 28 15 15 45,9 45,9 81,6 58,25 81,6 74,43 58,068 65,5 75,24 94,75 80,5 112,9 87,475 72,88 19,6 29,34 13,15 22,25 31,3 13,045 14,812 1,31 0,98 0,88 1,48 1,12 0,87 0,99

4 Mezcla Sémola Sal Mezcla Sémola 26 15 15 25 15 74,43 84,075 62,353 62,353 74,3 101,5 91,765 68,368 76,4 88,029 27,068 7,69 6,015 14,047 13,729 1,04 0,51 0,40 0,56 0,92

1 2 3 Agua Mezcla Harina Agua Mezcla Harina Agua Mezcla 15 25 5 25 27 5 25 29 58,45 45,9 81,6 58,25 81,6 74,432 58,069 74,432 83,353 72,179 84,21 87 108,47 79,571 82,752 103,77 24,903 26,279 2,61 28,75 26,87 5,139 24,683 29,338 1,66 1,05 0,52 1,15 1,00 1,03 0,99 1,01

Harina 5 45,86 61,278 15,418 3,08

4 Agua 25 58,242 76,618 18,376 0,74

Mezcla 25 45,86 73,768 27,908 1,12

5 Sal Mezcla 15 30 62,326 74,3 71,946 102,62 9,62 28,322 0,82 0,94

Harina 5 62,326 69,449 7,123 1,42

5 Agua Mezcla 25 30 74,3 74,3 99,16 101,82 24,86 27,523 0,99 0,92

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Sal 15 Volumen (mL) 58,45 Masa probeta (g) Masa probeta + sustancia (g) 71,042 12,592 Masa sustancia (g) 0,84 Densidad (g/mL)

1 2 Agua Mezcla Sal Agua Mezcla 15 27 5 25 29 45,9 45,9 58,25 81,6 81,6 65,794 76,665 65,52 107,12 112,53 19,894 30,765 7,27 25,52 30,93 1,33 1,14 1,45 1,02 1,07

Sal 5 58,069 63,232 5,163 1,03

3 Agua 25 74,431 101,15 26,719 1,07

Mezcla 30 74,431 105,99 31,554 1,05

Sal 5 45,86 63,323 17,463 3,49

4 Agua 25 58,242 70,518 12,276 0,49

Mezcla 25 45,86 75,58 29,72 1,19

Sal 5 62,326 74,4 12,374 2,47

5 Agua Mezcla 25 30 74,3 74,3 99,16 102,55 28,254 28,254 0,99 0,94

Agua 15 46,831 60,183 13,352 0,89

1 Aceite 15 81,669 96,333 14,664 0,98

Mezcla 29 81,669 109,89 28,223 0,97

Agua 15 81,6 95,22 13,62 0,91

2 3 4 5 Aceite Mezcla Agua Aceite Mezcla Agua Aceite Mezcla Agua Aceite Mezcla 15 29 15 15 28 15 15 30 58,25 81,6 74,43 58,068 74,43 74,3 63,326 74,3 73,85 111,25 89,193 72,184 101,74 99,16 73,16 103,26 15,6 29,65 14,763 14,116 27,307 24,86 10,834 28,956 1,04 1,02 0,98 0,94 0,98 1,66 0,72 0,97

Agua 15 Volumen (mL) 46,831 Masa probeta (g) Masa probeta + sustancia (g) 63,666 16,835 Masa sustancia (g) 1,12 Densidad (g/mL)

1 Zumo 15 81,669 97,084 15,415 1,03

Mezcla 30 45,831 78,21 32,379 1,08

Agua 15 81,6 96,74 15,14 1,01

2 3 4 5 Zumo Mezcla Agua Zumo Mezcla Agua Zumo Mezcla Agua Zumo Mezcla 15 29 15 15 30 15 15 30 58,25 81,6 74,43 58,068 74,43 74,3 62,326 74,3 71,7 109,26 89,276 73,794 104,62 89,196 76,246 101,55 13,45 27,66 14,846 15,726 30,19 14,896 13,92 27,25 0,90 0,95 0,99 1,05 1,01 0,99 0,93 0,91

Volumen (mL) Masa probeta (g) Masa probeta + sustancia (g) Masa sustancia (g) Densidad (g/mL)

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En relación a las cuestiones que se plantean al final de la práctica y que se tenían que contestar al entregar los resultados, las contestaciones de los alumnos son la siguiente: 8. En los casos de los sistemas preparados, di los que son homogéneos y heterogéneos. Los alumnos contestan bien en casi todos los casos, aunque alguno comete errores de catalogación en el caso de: • Harina y agua, que las cantidades estaban ajustadas para que se disolviese toda la harina, aunque al fina precipita, pareciendo una disolución homogénea. • Aceite y agua • Agua y zumo 9. Compara la suma de los volúmenes de las sustancias antes de mezclarlas y después de la mezcla, ¿son iguales?, en que casos lo son y en cuales no. Los alumnos contestan a esta pregunta correctamente atendiendo a los datos que han apuntado en su libreta, los que han puesto que su suma es de 30 ml contestan que siempre son iguales. Los que han medido el volumen final con la probeta reconocen la diferencia. 10. Compara la suma de las masas de las sustancias antes de mezclarlas y después de la mezcla, ¿son iguales?, en que casos lo son y en cuales no. En esta pregunta todos los alumnos contestan negativamente, ya que no se dan cuenta que la diferencia es muy pequeña y es atribuible a las perdidas por transvase entre probeta, ellos solo se fijan en los valores numéricos sin analizar nada mas. 11. Compara las densidades de las sustancias antes de mezclarlas y después de la mezcla, ¿son iguales? Todos indican que estas densidades son diferentes en todos los casos 12. Intenta explicar las diferencias. A esta pregunta los alumnos no son capaces de dar una explicación, lo que me sugiere dos posibles explicaciones: • Los alumnos no comprende lo que se les pregunta. • Es una pregunta que por falta de conocimientos no son capaces de responderla. Esto me indica que para años futuros se ha de reformular el enunciado de esta cuestión para que sea más compresible por parte de los alumnos. 13. ¿Cómo separarías las sustancias anteriores después de haberlas mezclado? En este puto todos los alumnos han contestado sin errores 14. ¿Qué es más fácil separar un sistema homogéneo o heterogéneo? En este tampoco ha habido errores al identificar que es el sistema heterogéneo.

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Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas

Conclusiones de la práctica: Una vez obtenidos todos los datos y analizados los resultados, se pueden sacar las siguientes conclusiones: 1. Se nota que los alumnos no han tenido prácticas de laboratorio durante los cursos anteriores de la ESO. Cosa que si ocurría hace pocos años. 2. Una vez realizada la práctica, los alumnos relacionan mejor el tema del currículo cuando se habla la clase teórica. 3. Como esta parte del currículo también se da en Ciencias de la Naturaleza de 1º de ESO, esta práctica o la misma partida en dos y simplificada o una similar, debería hacerse en este curso, aunque se vuelva a realizar en 3º de ESO. 4. Esta práctica se debe de complementar con otra en la que traten el resto de métodos de separación: cromatografía, destilación,…. Si se hace una única práctica con todos los métodos sería muy larga su realización.

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