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ACTIVIDADES PARA QUÍMICA Una propuesta diferente. CERVELLI DE VIDARTE F. CARBAJALES DE KATZ GÓMEZ DE SARRIA MERIDA DE ORTEGA NOVIK DE WOLF WEISSMANN /\ r _l L_ ~i r~ - S, _„„_, ^ ° O A lo & EDICIONES COLIHUE ACTIVIDADES PARA QUÍMICA I Una propuesta diferente. Responde a los programas del 1° curso de Química de la Enseñanza Media (3° E.N.E.T., 4° Bachillerato) Grupo Curie. Integrado por las profesoras: Ana Laura Cervelli de Vidarte Elsa Haydée Gómez de Sarria Emilse Mentía de Ortega Esther Novik de Wolf * Asesoramiento pedagógico: Lie. Hilda Weissmann Asesoramiento Técnico-Científico: Lie. Juana Fernández Carbajales de Katz. EDICIONES COLIHUE en < I A manera de introducción Este libro intenta brindarles una forma diferente de aprender. Es la síntesis de muchos y pacientes ensayos con jóvenes como ustedes que creían que química era irremediablemente una materia aburrida, llena de símbolos y fórmulas incomprensibles. Nuestro propósito, por el contrarióos ayudarlos a descubrir cuántos proce- sos químicos forman parte de su vida cotidiana y cómo el conocerlos permite entender cada vez con mayor profundidad la realidad con la que conviven. Tratamos de hacerlo a través de propuestas nuevas pero por sobre todo confian- do en su propia capacidad para resolver problemas, encontrar soluciones y plantearse nuevos interrogantes. Pensamos también que este trabajo debe ser grupal ya que en el diálogo, cotejando resultados, defendiendo sus hipótesis y conclusiones, el aprendizaje se irá enriqueciendo cada vez más. Las Autoras E INTRODUCCIÓN GUIA1: Comenzando a ver de otro modo algunas cosas. CONTENIDOS TEMÁTICOS Primeras etapas del método científico. Observación. Descripción. Formulación de hipótesis. Comenzando a ver de otro modo algunas cosas "Y, al principio, todo fue curiosidad." (Asimov) Tal vez sea hoy el primer encuentro conciente de Uds. con la Químicay por eso será, sin duda, muy significativo para su futura relación con ella. Comencemos: Materiales: Gradilla. Tubo de ensayo con tapón de goma con un sistema material desconocido (libro del profesor). En el tubo de ensayo tapado hay un sencillo sistema material, que Uds. desconocen. No lo toquen; simplemente obsérvenlo con atención y anoten todo lo que vayan viendo: aspecto, color, cantidad... No olviden ningún detalle. 1 Ahora pueden sacarlo de su soporte. Sin destaparlo piensen en todas las acciones a las que pueden someterlo y realícenlas. Anoten todo cambio que se produzca. ¿Pueden Uds. formular hipótesis acerca de qué es lo que produjo los cambios y por qué? Mientras discuten no se olviden de dejar reposar el sistema en la gradilla. Anoten todos los interrogantes que surjan. ¿Podrían idear experimentos sencillos para comprobar si pueden acelerar o retardar los cambios? ¡Llegó el momento de confrontar las conclusiones e interrogantes con las de los otros grupos! ¡Cuántas dudas surgieron en su primera práctica de química! ¡No desesperarse! Más adelante volveremos a encontrarnos con este enigmático sistema; la percepción de Uds. será más aguda, tendrán más conocimientos, podrán respon- der con seguridad a algunos de los interrogantes y seguramente surgirán muchos más... 10 TEMA I PARA DISCUTIR EN GRUPO: A orillas de un río, un reto a la inventiva. GUIA1: Poniendo en práctica nuestras ideas. PARA SEGUIR PROFUNDIZANDO GUIA 2: Para los que quieran clarificar. GUIA 3: A orillas del mar, un nuevo desafío. PARA SEGUIR PROFUNDIZANDO CONTENIDOS TEMÁTICOS 8 c I Sistemas heterogéneos. Métodos de separación: sedimentación y decantación, filtración. Métodos de clarificación de coloides: floculación. Sistemas homogéneos. Métodos de fraccionamiento: destilación. PARA DISCUTIR EN GRUPO A orillas de un río - un reto a la inventiva r "En total, como entidad física, aproximadamente el 71% del peso de nuestro cuerpo es agua; y esta agua, evaporándose y fluyendo de la superficie de nuestro cuerpo, expelida en forma de vapor en nuestra respiración, debe ser continuamente repuesta si hemos de seguir viviendo. Por nuestra garganta pasa, cada año, una cantidad de agua igual a cinco veces nuestro peso; durante nuestra vida, suponiendo un lapso normal bebemos aproximadamente 26000 litros de agua".01 Nuestra supervivencia depende entonces del agua. Imaginen que han ido a pescar a un río de lecho barroso y se les acabó la provisión de agua. En los alrededores no hay poblaciones grandes ni Industrias. ¿Cómo harían para conseguir agua potable en una situación como ésta? ¿Podrían arreglarse con los materiales que llevaron para pescar o los que encuentren a su alrededor? Hagan una breve descripción de lo que resolverían hacer y una lista de los materiales que utilizarían. 12 "' "Agua, espejo de la ciencia", de K.S. David y J.A. Day, Eudeba, 1970, pág. 9 03 •5 ¿Beberían el agua con confianza sabiendo que no hay poblados ni indus- trias? ¿Por qué? En caso de que los hubiera, ¿sería igual la situación si estuvieran río arriba o río abajo? Fundamenten la respuesta. . ¡ i» \ . í I I .^,,--: i ^ - Río Uruguay. República Argentina 13 Poniendo en práctica nuestras ideas Ahora van a hacer algo similar a lo propuesto, pero en el laboratorio. Frente a Uds. tienen un recipiente con agua proveniente de un río o un pantano. Comiencen por observarla y describan el sistema. No prueben el sabor. Para separar las impurezas podrían filtrar. ¿Pueden intentar previamente eliminar algunas por otro método? Si es así, háganlo e indiquen cuál es éste y en qué se fundamenta. 14 ' Ahora, como harán siempre que inicien una actividad experimental, deberán controlar si disponen de todos los materiales que se indican. Materiales: •f- Pote de plástico de aproximadamente 250 mi, o botella de plástico transparente. ¿, Clavo de 2 mm de diámetro. Cuchillo. Canto rodado o trozos de ladrillo de 5 a 10 mm de diámetro. Carbón vegetal en trozos de 5 a 8 mm. Arena preferentemente gruesa. Polvo de carbonilla bien fino. Tela de algodón (todos los materiales de relleno muy bien lavados previamente). Tijera. Recipiente de hojalata. Varilla de plástico o vidrio para guiar el líquido, (puede ser una cuchara de plástico o acero inoxidable). Frasco chico de vidrio. Soporte apropiado para el filtro. Embudo. Papel de filtro. Vasos. Agua turbia. Pinza o broche de madera. < I Instrucciones para el armado de un filtro <n_i_ - Antes de armar el filtro siguiendo el esquema preparen lo siguiente: 1) Perforen con un clavo caliente, sostenido por un broche, el fondo de la botella o pote; (si se trata de una botella orten con un cuchillo caliente según indica el esquema): 8 I A E o C\ 2) Calcinen la arena colocándola al fuego en una lata hasta que se ponga oscura y corra libremente. Esto es para eliminar sustancias orgánicas. 3) Armen el filtro apisonando bien los materiales de granulos más pequeños con ayuda del frasquito. 15 r VARILLA SOPORTE -POLVO DE CARBONILLA -TELA - ARENA -TELA -TROZOS DE CARBÓN (2 cm.) -TELA DE ALGODÓN -CANTO RODADO (2 cm.) Utilizando filtros Una vez todo listo, y teniendo a manóla varilla de vidrio para guiar el líquido, pueden prepararse para comenzar la filtración. Reserven una pequeña cantidad del líquido original como testigo. Del resto colocarán no más de 250 mi en un vaso y lo filtrarán en el filtro que armaron. Distribuyanse las tareas de modo que mientras que unos controlan esto, otros preparan un filtro con el material de laboratorio (embudo y papel de filtro). Filtren ahora otra oorción guiándose con los siguientes esquemas. 16 < I < < •5 ,-3 Si el líquido no quedó del todo límpido no deben preocuparse porque ésta no es una condición indispensable para que el agua sea potable. Si quieren clarificarlo resérvenlo para la clase siguiente. Ahora, si necesitaran bebería, tendrían que pensar en tomar alguna pre- caución porque puede estar contaminada por algún microorganismo indeseable. Anoten lo que harían. 17 PARA SEGUIR PROFUNDIZANDO ¿De dónde proviene el agua que utilizanen su hogar? ¿A qué operaciones fue sometida para su potabilización? ¿Tiene buen sabor? ¿Tiene algún olor extra- ño? ¿Hace buena espuma con el jabón? Confeccionen un pequeño informe sobre esto. 18 00 - I Algunas de las operaciones que mencionaron, ¿tienen similitud con algo de lo hecho en el laboratorio? •a- Una última pregunta: ¿por qué es muy importante usar detergentes biode- gradables? S 19 Para los que quieran clarificar "Si Aristóteles hubiera guisado, mucho más hubiera escrito." (Sor Juana Inés de la Cruz) No a todos les resulta agradable beber agua turbia aunque sepan que es potable. Algo similar ocurre con las grandes cocineras que no se conforman con obtener caldo sabroso sino que también exigen que sea límpido. Les proponemos seguir las indicaciones de esta receta que encontramos en un buen libro de cocina: (Agregar al caldo) "...dos claras batidas ligeramente en media taza de agua; poner esto a fuego lento, revolviendo de cuando en cuando, hasta que suelte el hervor, dejándolo después hervir despacio por unos 20 minutos; sacarlo del fuego y pasarlo por una servilleta". (Petrona C. de Gandulfo) Materiales: Una taza de caldo de carne o de gallina desgrasado y lo que indica la receta; para la pequeña cantidad de caldo con que trabajamos alcanzará con una clara de huevo, y para nuestro objetivo, basta con hervir solamente dos o tres minutos. En vez de servilleta utilizarán el filtro armado por Uds. Reserven en un tubo de ensayo una muestra del caldo como testigo. Hagan lo que indica la receta y anoten todo lo que observan mientras realizan esta actividad. ¿Podrían explicar lo que va sucediendo? 20 Comparen el caldo filtrado con el que reservaron. ¿En qué se diferencian? ¿Qué función creen que cumplió la clara de huevo? De la misma manera que clarificaron el caldo podrían intentar hacerlo con el agua turbia. Utilizarán alumbre, que es un clarificante mineral de fácil adquisición. Materiales: Agua turbia de la clase anterior. Un filtro armado por el equipo. Vari/la de vidrio. Alumbre en polvo. Cucharita, Vaso. 21 Reserven una muestra de agua como testigo. Coloquen una cucharadita chica de alumbre en el agua turbia y agiten bien. En este caso no es necesario calentar pero sí esperar un cierto tiempo (aproximadamente 20 min.). ¿Se produ- cen cambios? Si los hay, observen lo que ocurre, filtren, comparen con la muestra testigo y elaboren un breve informe. Si no hay cambios consulten con su profesor, quien podrá ayudarlos a entender el fenómeno y sugerirles alguna modificación en la técnica. Observen ahora los dos tubos testigo. Piensen qué* hay de común en el efecto que produjo el agregado de la clara de huevo en un caso y de alumbre en el otro. ¿Podrían tratar de representar la fase dispersa en cada uno de los esque- mas siguientes? CALDO CALDO DESPUÉS DE AGREGAR CLARA DE HUEVO Y CALENTAR CALDO FILTRADO 22 Ahora les proponemos analizar entre todos el resultado de las experiencias y tratar de comprender por qué en ciertos casos el filtro es suficiente para retener impurezas mientras que en otros casos el filtro es ineficaz. Piensen en el tamaño de las partículas de la fase dispersa y elaboren una hipótesis. «s •5 rQj u. 1 23 A orillas del mar - un nuevo desafío Esta vez han ido a pescar ai mar y ya son expertos en potabilizar agua. ¿Servirá para el agua de mar la misma técnica que para el agua de río? Ya tienen práctica en la experiencia, de modo que pueden iniciarla, pero antes discutan con sus compañeros de equipo lo que creen que va a ocurrir. Anoten sus previsiones, para después compararlas coael resultado experimental. Materiales: Dispositivo para filtrar. Agua de mar o similar (libro del profesor). Hagan la experiencia y prueben una gota del filtrado. ¿Sucedió lo que esperaban? Respondan explicando si todo ocurrió según sus previsiones o si hubo algo inesperado. 24 ¿Qué hacer ahora? En primer lugar miren bien todo lo que tienen en el campamento o en la casa en que habitan y piensen qué podrían hacer. Describan cuidadosamente todo lo que harían e indiquen qué materiales utilizarían. a Ahora traten de adaptar la experiencia al material de que disponen en la escuela. Reúnan los materiales, decidan la manera en que van a trabaiar. Podrán armar un aparato como el de la figura. ERLENMEYER TELA METÁLICA RECIPIENTE CON AGUA FRÍA 25 Materiales: Agua de mar o similar. Vaso de precipitado Materiales que figuran en el esquema. Describan lo más cuidadosamente posible la experiencia. ¿Cómo es el agua que obtuvieron ahora? ¿Es límpida'o turbia? Prueben una gota. ¿Es salada? Anoten todas sus observaciones. Si la práctica con el agua de mar fue más difícil traten de encontrar la razón de esto. 26 PARA SEGUIR PROFUNDIZANDO oe U Para que ei agua sea apta para beber, ¿no debe contener nada disuelto? Averigüen. Pueden encontrar una orientación si se proveen de etiquetas de las distintas marcas de agua mineral que hay en el comercio. Otra pista: en algunos lugares, en las paredes de los recipientes en que se hierve agua, algo se deposita. ¿Qué es? ¿De dónde proviene? Si necesitan agua pura ¿podrían obtener ésta a partir de infusiones de té o café o del líquido que queda de hervir verduras y legumbres? Y por fin: ¿De dónde sacan los astronautas el agua para beber? 3 27 TEMA II I (j PARA DISCUTIR EN GRUPO: ¿Qué información nos dan los puntos de fusión y de ebullición? GUIA1: Determinando el punto de solidificación de una sustancia. GUIA 2: Determinando el punto de fusión de una sustancia. GUIA 3: Determinando el punto de ebullición de una sustancia. GUIA 4: ¿Cómo se determina el peso específico de un trozo de vidrio? PARA DISCUTIR EN GRUPO GUIA 5: Ante la misma dificultad que aquel estudiante. CONTENIDOS TEMÁTICOS ¡ Identificación de sustancias. Constantes físicas. • Punto de fusión. • Punto de ebullición. • Peso específico. PARA DISCUTIR - , . . ., , .EN GRUPO ¿Que información nos dan los puntos de fusión y de ebullición? ¿Qué información nos dan los puntos de fusión y de ebullición? 1.- Recurriendo a sus conocimientos acerca de puntos de fusión y de ebullición, completen la tabla siguiente: SUSTANCIA CLORO METANOL CLORURO DE POTASIO HIERRO P. FUSIÓN EN°C -101,0 -98 772 1535 P. EBULLICIÓN EN°C -34,1 66 1407 2800 ESTADO DE AGREGACIÓN A TEMPERATURA AMBIENTE 2- En la tabla figuran a continuación los puntos de fusión y de ebullición de las siguientes sustancias: etanol (alcohol común), cloruro de sodio e hidrógeno. Traten de ubicar cada sustancia en el lugar de la tabla que le corresponda. SUSTANCIA P. FUSIÓNEN°C -115 -259,1 808 P. EBULLICIÓN EN°C 78 -252,7 1465 30 -5 a Determinando el punto de solidificación de una sustancia A temperatura ambiente el benceno se encuentra en estado líquido. ¿Qué tendrían que hacer para solidificarlo? La técnica que les sugerimos es la siguiente: Materiales: Dos vasos de precipitación o dos frascos de boca ancha. Tubo de ensayo. Gradilla. Termómetro. Reloj con segundero. Benceno. Mezcla frigorífica (hielo y sal gruesa). - En un vaso de precipitado coloquen mezcla frigorífica hasta 2 cm de altura. - Coloquen benceno en un tubo de ensayo, hasta 2 cm de altura y sumerjan el bulbo del termómetro en el benceno. - Anoten en la tabla correspondiente el primer registro de temperatura. - Introduzcan el tubo de ensayo en el vaso de precipitado, y agreguen mezcla frigorífica, rodeando al tubo. Agiten permanentemente el benceno con el termó- metro y no lo retiren en ningún momento. El termómetro no debe tocar las paredes ni el fondo del tubo. 31 ¿Por qué creen que es necesario agitar, no retirar el termómetro, ni dejar que toque el tubo? - Registren en la tabla cada 30s la temperatura leída y también toda otra observa- ción que les parezca importante. - Consideren concluido el trabajo cuando la temperatura alcance el valor de -2°C. 32 REGISTRO N° a TEMPERATURA EN°C OBSERVACIONES 33 - Representen los valores obtenidos en el sistema de ejes coordenados.REGISTRO N° Discutan entre Uds. los resultados obtenidos. ¿Qué parte del gráfico representa un solo estado de agregación? 34 ¿Qué parte del gráfico representa coexistencia de dos estados? ¿Cuál es el punto de solidificación buscado? u ción? ¿Todos los grupos obtuvieron el mismo valor para el punto de solidifica- 8 I ío'ada de arrabio Altos Hornos Zapia Jujuy. Argentina. 35 Determinando el punto de fusión de una sustancia Ahora, el benceno rodeado por la mezcla frigorífica está en estado sólido, a una temperatura de °C. ¿Cómo provocarían su fusión? ¿Bastará con retirarlo de la mezcla frigorífica? Materiales: Tubo con el benceno solidificado. Termómetro. Reloj con segundero. Prueben secando cuidadosamente el tubo y organicen las tareas como en la experiencia anterior, tomando los mismos recaudos en cuanto a la posición del termómetro y agitación. ¿Por qué creen que es necesario secar el tubo? 36 ¿Cuál es la fuente de calor? . Registren la temperatura cada 30 s. Completen la siguiente tabla. REGISTRO N° TEMPERATURA EN°C OBSERVACIONES 37 REGISTRO N° TEMPERATURA EN°C OBSERVACIONES Consideren concluido e trabajo cuando la temperatura sea aproximada- 10°C. - Vuelquen los datos en el sistema de ejes coordenados y hagan la represen- tación gráfica. 38 •o "T* TEMP. EN°C 1 1 mmSiiMSmimií :;;;;;;;;;;;;';:;;;;;;;;;:;;;;;;;;;;;:'!!!!!:£:;:;:;;::;; + l::g::::|:íí:fí ::§::::: ::gg::::::::|í:| | = ¿Cuál es el punto de fusión del :i¡l|liiil!:ii |||:|:::T:::|:||;|:|::|:::::::¡||:: REGISTRO N° benceno? 39 Comparen los resultados con los de la experiencia anterior. ¿Cómo justifican esta respuesta? ¿Hay algún dato que les haya llamado la atención? Discutan entre todos los resultados. 40 Determinando el punto de ebullición de una sustancia Antes de comenzar a trabajar discutan en el grupo el significado de los términos evaporación y ebullición. ¿Aclararon las diferencias? ¿A qué conclusio- nes llegaron? Evaporación: Ebullición: Ahora comiencen la experiencia. í Materiales: Mechero. Trípode. Tela metálica. Erlenmeyer con tapón de goma perforado. Termómetro. Tubo de desprendimiento. Algodón. Gotero o pipeta. 2 vasos. Reloj con segundero. Agua destilada. Trocitos de loza o bolitas de vidrio. 41 Armen el aparato según el esquema. ¿Tiene importancia la altura a la que está el bulbo del termómetro? ¿Por qué? Coloquen en el erlenmeyer el agua destilada. Agreguen algunos trocitos de loza o bolitas de vidrio, ¿Cuál será su función? 42 X, "3 1 o £ 3 Registren la primera temperatura antes de encender el mechero Organicen las tareas para completar la tabla siguiente, registrando datos cada minuto. REGISTRO N° TEMPERATURA EN°C OBSERVACIONES Vuelquen los resultados obtenidos en el sistema de eies coordenados. 43 REGISTRO N° ¿Cuál es el punto de ebullición de la sustancia? ¿Qué conclusiones pueden consignar? Discutan el resultado con los demás grupos. 44 03 I ¿Cómo se determina el peso específico de un trozo de vidrio? ¿Qué entienden ustedes por peso específico? ¿Qué magnitudes tendrán que relacionar? ¿En qué unidades se mide? ¿Qué instrumentos de medición utilizarán? Para determinar el peso específico necesitarán conocer el volumen del material, para lo cual pueden utilizar la conocida técnica de determinar el volumen por desalojo de agua. 45 1) El estudiante echa una piedra de D = 1,3 g/cm3 en el líquido. La piedra cae al fondo. Esto demuestra que el líquido no puede ser: a) acetona b) alcohol etílico c) benceno d) tetracloruro de carbono 2) El contenido del vaso se enfría luego a 3°C. El líquido no cambia de estado. Deduce entonces que el líquido no puede ser: a) acetona b) agua c) alcohol etílico d) benceno 3) Cuando calienta el vaso hasta ebullición del líquido no nota cambios en el sólido. Deduce que el sólido no puede ser: a) plomo b) galio c) manganeso d) platino 4) El estudiante comprueba que el metal es rayado por el platino. El metal ino puede ser: a) cinc b) plomo c) manganeso d) cadmio 5) Comprueba que la masa del metal es 215 g; cuando lo echa en un cilindro graduado que contiene 300 mi de agua, cae al fondo y eleva el nivel del agua hasta los 325 mi, Deduce que el metal es: a) cinc b) aluminio c) cadmio d) galio 6) El líquido desconocido no hierve cuando se lo calienta a 80°C. Deduce que el líquido es: a) alcohol etílico b)agua c) tetracloruro de carbono d) benceno Si a ustedes se les hubiera planteado el mismo problema ¿hubieran realiza- do las mismas experiencias? ¿En el mismo orden? Justifiquen sus respuestas. 48 oea \e la misma dificultad que aquel estudiante Materiales: Muestra de sustancia desconocida (libro del profesor). La sustancia que se les ha entregado no tiene rótulo. ¿Cómo identificarla? Se sabe que es una de las sustancias consignadas en la siguiente lista. 1 ¡ SUSTANCIA TETRACLORURO DE CARBONO ACIDO FÉNICO NAFTALENO ACIDO ACÉTICO GLACIAL CLOROFORMO ALUMINIO TRIETANOLAMINA CINC MERCURIO PARADICLORO- BENCENO P. DE FUSIÓN °C -23 43 80,2 16,7 -63,5 658 21,2 419 -39 53,5 P. DE EBULLICIÓN °C 76,7 182 217,9 118 61 2056 360 907 356,9 174,12 PESO ESPECIFICO g/cm3 1,595 1,071 1,162 — 1,484 2,6 1,12 7,14 13,59 -1,30 49 - Observen la sustancia dada y relacionen sus propiedades con los valores de la tabla. ¿Pueden eliminar algunas posibilidades? ¿Cuáles? Fundamenten las respuestas. - ¿Pueden anticipar cuáles son las alternativas posibles? -¿Necesitan realizar alguna determinación? ¿Cuál? - Planifiquen las experiencias necesarias para identificar la sustancia y anoten los pasos a seguir. 50 oo o Antes de su realización, consulten con el profesor el plan de experimenta- ción para evitar riesgos. í ¡ 51 A poner en práctica los planes Aceptada la planificación por el profesor, pueden realizar el trabajo. ¿A qué resultados arribaron? ¿Cuál es la sustancia? Fundamenten la respuesta anterior. Cuando crean haber resuelto el problema verifiquen con el profesor la respuesta. 52 TEMA III i 3 PARA DISCUTIR EN GRUPO ¿Todo cambia? GUIA1: ¿Analizamos algunos cambios? GUIA 2: Una fabricación divertida. GUIA 3: A la búsqueda de cambios químicos. PARA SEGUIR PROFUNDIZANDO. GUIA 4: Un cambio químico muy importante. GUIA 5: ¿Apagamos una vela? PARA SEGUIR PROFUNDIZANDO. GUIA 6: Una sola sustancia ¿puede dar lugar a una reacción química? PARA DISCUTIR EN GRUPO. GUIA 7: Modelos moleculares. CONTENIDOS TEMÁTICOS I 3 Cambios físicos. Cambios químicos. Propiedades extensivas. Propiedades intensivas. Combustión. Papel del oxígeno. Descomposición. Síntesis. PARA DISCUTIR EN GRUPO ¿Todo cambia? € € € € Observen a su alrededor con sentido crítico y traten de encontrar un objeto que esté cambiando mientras lo observan. ¿Cuál es? ¿Qué cambio advierten? i 1 Ahora elijan otro objeto que a simple vista no parezca cambiar, pero que Uds. sepan que está sufriendo modificaciones imperceptibles. ¿Cuál es? ¿De qué cambio se trata? Finalmente traten de encontrar algo que no sufra cambios bajo ninguna circunstancia. ¿Qué es? Fundamenten. Discutan entre todos las conclusiones. 54 ¿Analizamos algunos cambios? Les proponemos ahora provocar algunos cambios. Materiales: 2 trocitos de plomo. Martillo. Cuchillo. Clavo. Gradilla. Un tubo de ensayo. Pinza de madera. Mechero. Fósforos. q S De los dos trocitos de plomo de que disponen uno lo conservarán como testigo. Hagan una lista de propiedades extensivas y otra de propiedades intensi- vas que consigan determinar observando el trozo de plomo. 55 Realicen todos los cambios que puedan sobre el plomo usando solamente manos y herramientas y regístrenlos. Con la pinza de madera sujeten el tubo de ensayo. Coloquen en él el trocito de plomo y calienten fuertemente durante 1 minuto. Observen con atención lo que va sucediendo. Dejen enfriar y anoten lo observado. En los ensayos anteriores ¿qué propiedades se modificaron? ¿Se mantu- vieron las propiedades intensivas? Justifiquen. 56¿Seguimos experimentando? I Van a trabajar, ahora, con plomo y una nueva sustancia: yodo. o 1 PRECAUCIONES: EL YODO ES UNA SUSTANCIA VENENOSA Y CORROSI- VA. POR LO TANTO NO HAY QUE TOCARLO CON LA MANO NI ASPIRAR SUS VAPORES. 'YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY ¡ Materiales: Tubo del ensayo anterior que contiene plomo. Dos cristalitos de yodo. Pinza de madera. Varilla de vidrio. Mechero. Fósforos. Observando uno de los cristalitos de yodo traten de confeccionar una lista de propiedades intensivas y otra de extensivas. Reserven un cristalito de yodo como testigo. Si es necesario vuelvan a leer las precauciones y luego, ayudándose con la varilla, coloquen el cristalito de yodo en el tubo que contiene plomo. Usando la pinza de madera calienten durante 1 minuto. Dejen enfriar y anoten todas las observaciones posibles. 57 Comparen el residuo del tubo de ensayo con las muestras testigo que aún conservan. ¿Qué propiedades se modificaron? ¿Tiene las mismas propiedades intensivas que el plomo? ¿Y que el yodo? ¿En qué se diferencian los cambios realizados? Averigüen a qué tipo de cambios se los denomina físicos y a cuáles químicos e intenten identificarlos en los cambios anteriores. 58 •o u Una fabricación divertida • ¿Tienen ganas de ir a pescar?... En caso afirmativo, les sugerimos, que revisen muy bien el equipo de pesca para ver si se olvidan de algo. ¡Seguro que necesitan alguna plomada de repuesto! Si les interesa podrían fabricarlas ustedes mismos con materiales de desecho. Materiales: Trozos de plomo. Una lata de conservas. Alambre de cobre o cualquir alambre flexible. Cucharas viejas o cualquier otro recipiente pequeño metálico. Una pinza. En los comercios del ramo se venden moldes para plomadas, pero se los puede suplir por tapitas de gaseosas, sin la cubierta plástica interior, o cucharas en desuso. PRECAUCIÓN: PARA EVITAR POSIBLES PROBLEMAS POR SALPICADU- RAS CONVIENE COLOCAR LOS MOLDES SOBRE TIERRA, CAPA DE ARENA O ENCIMA DE UNA TABLA DE MADERA. ,,,;.- ,_. • • , ... „ Corten trozos de 5 cm de alambré flexible y doblen por la mitad, en forma de U, separando un poco los extremos como se advierte en el esquema. Coloquen uno en cada molde de modo que la parte redondeada quede hacia afuera. Presionen una lata limpia y seca hasta hacerle una especie de pico vertedor. Coloquen en ella los trozos de plomo y calienten en la hornalla de la cocina. 59 . . i::.', •: - - • - - . : • - , ' • f.. -. - , . . . . . . . . . . . . ... . "' ' , i, ...... PRECAUCIÓN: EL PLOMO FUNDE A 327,5°C. POR ELLO HAY QUE PREVE- NIR ACCIDENTES O SALPICADURAS TENIENDO TODO PREPARADO Y A LA MANO. ES IMPORTANTE IMPEDIR QUE PARTICIPEN DE ESTA ACTIVI- DAD NIÑOS PEQUEÑOS. 'YYYYYYVYYYVY Una vez fundido el plomo sujeten la lata con una pinza o tenaza y vuelqúen- lo en los moldes con muchísimo cuidado. Traten de no cubrir la parte redondeada del gancho de alambre. Ahora deben dejar que se enfríe por completo y recién después desmoldar. Indiquen a continuación todo lo que crean conveniente, incluso si la pesca fue buena o no. 60 03 I1*1 Para terminar, dos interrogantes: - ¿Se pueden envasar alimentos en recipientes de plomo? - ¿Dejarían que un niño jugara con las plomadas o algún otro material de plomo? o = A la búsqueda de cambios químicos Ya han provocado un cambio físico y uno químico. Ahora les proponemos experimentar con una serie de materiales tratando de descubrir nuevos cambios químicos. Materiales: Pastilla efervescente. Clavo de hierro. Tela de nylon. Mechero. Frasco gotero con ácido clorhídrico. Agua. Pinza metálica. Cuchara. Gradilla con tubos de ensayo. Disponen de una pastilla de un antiácido, un trozo de tela de nylon y un clavo de hierro. Pueden ensayar con estos materiales calentando o utilizando como reactivos agua o ácido clorhídrico. ¡PUEDEN EXPERIMENTAR COMO QUIERAN! Para organizar mejor la información sobre los resultados de los ensayos, completen el siguiente cuadro: 62 <.! ACTIVIDADES PARA QUÍMICA I Alumnos . Curso Fecha / /. MATERIALES UTILIZADOS PASTILLA EFERV. + AGUA PASTILLA EFERV. + ACIDO CLORHÍDRICO PASTILLA EFERV. (CALOR) HIERRO + AGUA HIERRO + ACIDO CLORHÍDRICO HIERRO (CALOR) TELA DE NYLON + AGUA TELA DE NYLON + ACIDO CLORHÍDRICO TELA DE NYLON (CALOR) DURANTE EL CAMBIO DESPUÉS DEL CAMBIO OBSERVACIONES En la columna de observaciones consignen, de alguna manera, aquellos cambios que crean que son químicos. Discutan con el grupo las conclusiones. ¿Qué tienen en común los cambios que catalogaron como químicos? Intenten definir con sus propias palabras: Cambio químico. 64 PARA SEGUIR PROFUNDIZANDO - Escriban el nombre de alguna comida que les guste: • Piensen en todas las operaciones necesarias para la realización de dicha comida partiendo de los comestibles naturales. Hagan una lista mencionando las operaciones que crean que constituyen un cambio químico durante la elaboración de la misma. Indiquen por lo menos uno de los cambios químicos que puedan ocurrir en: • Una panadería Una peluquería de damas = Un automóvil en movimiento. 65 Un cambio químico muy importante ¿Qué pasó con el gran Zeppelin en 1937? ¿Qué sucedió con el Challenger en 1986? ¿Qué se podría utilizar en el medio dei campo, en plena noche, para alumbrar y calentarse? Todas estas preguntas tan diferentes entre sí están vinculadas, pues en las respuestas, implícitamente, se habla de un tipo especial de cambio químico: una reacción química denominada COMBUSTIÓN. Para comprender este tema vamos a utilizar un objeto muy conocido por ustedes: la vela. Seguramente muchas veces la han utilizado pero ¿alguna vez la observa- ron con sentido crítico? Material: Vela. 66 u o Consignen aquí todas las observaciones que puedan realizar acerca de una vela apagada. No dejen de anotar todo lo que observen aún aquello que consideren insignificante. Intenten anotar no menos de 20 observaciones. Enciendan ahora la mecha o pabilo. Consignen todas las observaciones que puedan realizar acerca de la vela encendida. Consignen, ahora, toaas ¡as observaciones posibles apagando la vela. ¿Apagamos una vela? ¿De qué manera se puede apagar una vela sin soplarla? Anoten diferentes maneras de realizarlo: La siguiente experiencia es muy sencilla y conocida. Por lo tanto se les presentan dos opciones: 1.- Si saben lo que ocurre, contesten directamente a las preguntas y pasen a la siguiente experimentación. 2.- Si tienen dudas realicen el ensayo. Materiales: 2 frascos diferentes uno de mayor volumen que el otro. 2 velas muy cortitas (5 ó 6 cm). Fijen en la mesada dos velas cortas. Enciéndanlas. Simultáneamente coloquen, boca abajo, un frasco sobre cada una. Describan lo que sucede en ambos casos: 68 ü á¡ •o o 1 U Elaboren una explicación ai respecto: El aire es una solución gaseosa. Los análisis de muestras secas dan un promedio de 78,1 % de nitrógeno, 20,9% de oxígeno, 0,03% de anhídrido carbóni- co y 0,9% de gases nobles. Los porcentajes están expresados en volumen. ¿Qué parte del aire creen Uds. que interviene en una combustión? Han enunciado una hipótesis. Para comprobarla les sugerimos realizar una experiencia: obtener oxígeno y probar su acción en una combustión. S I Materiales: Frasco de boca ancha, 30 mi. de agua oxigenada de 20 ó 30 volúmenes. Una punta de espátula de dióxido de manganeso (o pasta negra del interior de una pila seca). Pajíta de escoba o astilla de madera. En el frasco de boca ancha coloquen 1 cm. de altura de agua oxigenada. 69 Tengan a mano los fósforos y la pajita de escoba o astilla de madera. Agreguen en el frasco un cuarto de cucharadita de dióxido de manganeso. De inmediato tomen la pajita de escoba y enciéndanla por un extremo. Agiten suavemente hasta obtener una masa en ignición (brasa sin llama). Introdúzcanla dentro del frasco, donde se está produciendo oxígeno sin tocar las paredes. Anoten todo lo observado: ¿Cuál es el papel del oxígeno en las combustiones? En base a lo experimentado investiguen si el oxígeno secomportó como: combustible incombustible comburente PARA SEGUIR PROFUNDIZANDO - Imaginen la siguiente situación: en un recipiente hay alcohol. El recipiente está destapado y en contacto con el aire. ¿Se producirá la combustión7 ¿Por qué? 70 f u - Cuando estamos preparando un asado ¿por qué apantanamos el carbón? - Investiguen qué tipo de extinguidores de incendio hay en la escuela y cómo funcionan. - ¿Cómo reaccionarían si se produjese alguno de los siguientes casos? • Si se inflamara la ropa de un compañero. 1 Si se declarara un incendio en el laboratorio o en el aula (estudien el lugar viendo y consultando sobre supuestas medidas de seguridad y salidas de emergencia antes de contestar). 71 Averigüen qué combustible y qué comburente puede utilizar un cohete espacial. - ¿Por qué no se puede instalar un calefón o termotanque a gas en el baño? Una persona de bajos recursos, para calentarse, enciende un brasero en su habitación. ¿Existe algún peligro? • Averigüen qué ventajas posee la estufa de tiro balanceado con respecto a las otras. 72 O 3 CÍ Una sola sustancia ¿puede dar lugar a una reacción química? Es conveniente que comiencen por recordar lo que saPen acerca de sustancias y de reacción química. Discutan cada una de las expresiones y anoten sus conclusiones. Sustancia: c Reacción química: 73 La sustancia con la que intentaremos responder a nuestro interrogante es clorato de potasio. PRECAUCIONES: EL CLORATO DE POTASIO REQUIERE EXTREMAR LAS MEDIDAS DE SEGURIDAD. Es fundamental no someterlo a ninguna acción mecánica. Asimismo es imprescindible que el tubo en que se va a colocar esté perfectamente limpio y que en ningún momento se introduzcan en él otras sustancias que no estén indicadas. Materiales: 2 pastillas ó 2 puntas de espátula de clorato de potasio. 1 mi de solución de nitrato de plata. Agua destilada. Mechero. Soporte con agarradera. Gradilla. 5 tubos de ensayo. Tapón de goma perforado. Tubo acodado. Tubo de goma. Un cristalizador grande o un bol. 2 tapones de goma para tubo de ensayo. Pinza de madera. Astilla de madera. Miren bien el esquema y armen un aparato similar. Reserven la mitad del clorato de potasio y coloquen el resto en el tubo de ensayo como está indicado. 74 o Enciendan el mechero y calienten el tubo productor, observando atenta- mente los cambios durante toda la experiencia. Después de 20 segundos intro- duzcan el extremo libre del tubo de goma en la cuba hidroneumática tratando de "pescar" con cada uno de los tubos de ensayo las burbujas que se desprenden. O! I O I ' ) LU § Continúen calentando durante 2 ó 3 minutos más. Luego retiren el tubo de goma de la cuba y recién después apaguen el mechero. Para conservar el contenido de ios tubos que tienen en la cuba hidroneumática es necesario taparlos apenas se retiran. Háganlo y coloquénlos en ia gradilla. Introduzcan la astilla de madera con un punto de ignición dentro de uno de ¡os tubos de ensayo que retiraron de la cuba. Observen. Repitan con e! otro si lo creen necesario. i ¡ ¿Qué suponen que hay en estos tubos? Ahora, antes de proseguir, consignen cuidadosamente todo lo que fue sucediendo. En el tubo productor: y en la cuba hidroneumática: Sintetizando la experiencia: ESTADO DE AGREGACIÓN COLOR ANTES CLORATO DE POTASIO DESPUÉS RESIDUO EN EL PRODUCTOR MATERIAL OBTENIDO EN LA CUBA 76 Ahora traten de elaborar una interpretación que responda al interrogante inicial: una sola sustancia ¿puede dar lugar a una reacción química? na I O S U A partir de esta experiencia ¿podrían Uds. afirmar que el clorato de potasio es una sustancia compuesta? Si les hubieran quedado algunas dudas les sugeri- mos una experiencia muy sencilla. Desarmen el aparato productor, retiren el tubo de ensayo con el residuo y agréguenle agua destilada hasta la mitad de su altura. Coloquen la muestra de clorato de potasio que reservaron en un tubo de ensayo limpio y agreguen agua destilada en cantidad igual que en el otro tubo. Calienten suavemente cada uno de los tubos, para lograr la disolución, tomándolos con la pinza de madera. Retírenlos del fuego y agreguen en cada uno 3 gotas de solución de nitrato de plata. ¿Qué sucedió? La sustancia contenida en ambos tubos ¿es la misma? Ahora ya están en condiciones de definir entre todos qué entienden por descomposición química. Para pensar: ¿Por qué creen que es necesario retirar el tubo de goma antes de apagar el mechero? 77 PARA DISCUTIR EN GRUPO En todos los trabajos de este tema Uds, pensaron en cambios, los provoca- ron y observaron. ¿Podrían explicar brevemente qué es lo que caracteriza a un cambio? ¿Qué caracteriza a un cambio físico? ¿Qué caracteriza a un cambio químico? 78 Los cambios químicos que üds. provocaron son sumamente diversos Esto hace que sea muy difícil encontrar una forma de clasificarlos a todos. •o- JC ¿ Vi_ c ) 1 i i En cuanto al número de reactantes y de productos se pueden distinguir, entre otras, las reacciones de síntesis y de descomposición. Traten de explicar estos términos en función del criterio antes mencionado. Síntesis: Descomposición: Ejemplifiquen cada caso con una reacción química que hayan efectuado en el laboratorio. Fundamenten. Recuerden las reacciones de combustión y completen la siguiente expre- sión incluyendo los términos: productos de combustión, combustible, comburente y calor: Hagan una lista de las reacciones químicas en las que se hayan producido sustancias gaseosas. 79 Modelos moleculares Han realizado ya varias experiencias en el laboratorio y encontraron para ello el material adecuado. Existen otros temas en que esto es imposible. ¿Podemos aislar átomos y moléculas para experimentar con ellos? Como esto es imposible, se usa la imaginación, tratando de hacer representaciones simplificadas de la realidad: modelos. Los modelos no son la realidad que queremos representar a través de ellos, y por eso, siempre adolecerán de carencias. Ese es el motivo por el cual utilizamos diferentes modelos de acuerdo con el objetivo de nuestro estudio. Con materiales caseros, les sugerimos la representación, mediante mode- los, de algunas reacciones de síntesis en las que puedan aplicar la hipótesis de Avogadro. Escriban dicha hipótesis. Materiales: Caja conteniendo "clips" y 3 tipos diferentes de ganchos construidos con trozos de alambre flexible según los esquemas o la imaginación de Uds. 80 es • Conviene tener no menos de 20 objetos de cada clase. Experimentalmente se comprueba que en iguales condiciones de temperatura y presión: 1 volumen de nitrógeno + 1 volumen de oxígeno—»- 2 vol.de compuesto gaseoso. Elijan los ganchos con los que se van a representar los elementos mencio- nados y traten de obtener modelos que se ajusten a la reacción anterior. No se olviden de tener en cuenta la atomicidad. Hagan un esquema del diseño obtenido. D ¡ ¿Podrían escribir la ecuación química que representa este proceso? Procedan de igual forma con cada uno de los siguientes casos. 2 vol. de cloro + 1 vol. de oxigeno »• 2 vol. de compuesto gaseoso 81 2 vol. de hidrógeno + 1 vol. de oxígeno •» 2 vol. de agua (vapor) 1 vol. de nitrógeno + 3 vol. de hidrógeno »• 2 vol. de amoníaco 2 vol. de cloro + 7 vol. de oxígeno *• 2 vol. de compuesto gaseoso 82 (O -q Para terminar, un interrogante: ¿Se les ocurre una forma de explicar las leyes de Proust y de Dalton utilizando los modelos anteriores? 83
