Talleres experimentales






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Rubén D. Osorio G. Alfonso Gómez García

Experimentos divertidos de química

para jóvenes



Medellín, 2004

2

Presentación

Los niños son extremadamente curiosos acerca del funcionamiento de las cosas y del mundo que les rodea. Vale la pena preguntarse si esa característica ha sido suficientemente explorada. En general, los contenidos científicos para niños y adolescentes son de calidad y presentación inadecuados, no permiten el establecimiento de relaciones significativas con el entorno y no favorecen la adquisición de una visión más clara de la actividad científica, con sus ventajas y limitaciones.

En nuestro país, por ejemplo, los libros didácticos son una de las principales fuentes de información relacionada con la ciencia y la adquisición de un conocimiento básico sobre su funcionamiento. Sin embargo, esos libros contienen errores conceptuales graves y con frecuencia la ciencia se presenta como algo completamente desvinculado de la vida cotidiana. En la televisión y en los cómics, otras dos fuentes de información científica para el público adolescente, es frecuente la imagen del científico loco, descuidado, con bata blanca y cuyo trabajo es inventar cosas sin aplicación posible. Otras veces, el científico es un hombre perverso, cuyos descubrimientos o inventos resultan maléficos para la humanidad y el planeta.

Teniendo como premisa la importancia de desarrollar el interés por la ciencia en la comunidad de jóvenes, la realización de talleres experimentales puede ser un instrumento util para la educación científica no formal. En particular, una actividad de extensión orientada específicamente al público adolescente ofrece la posibilidad de que éste asocie el carácter lúdico con la corrección del contenido. Una adecuada combinación de esos dos elementos la hace útil, tanto para la lectura individual como para ser comentada en la escuela.

Cada vez que un joven observa su entorno cotidiano probablemente esté inclinado a pensar que sólo algunas de las cosas que percibe están realmente relacionadas con la ciencia química. Piénsese por ejemplo en el aire: éste se compone de varios elementos químicos que son materia prima imprescindible de muchas reacciones químicas. En efecto, la reacción del ozono en las altas capas de la atmósfera con los peligrosos rayos ultravioleta hace posible que exista la vida en la tierra. ¿Y qué pensar de los jeans y las camisetas? Se fabrican a partir de compuestos químicos naturales como lana, algodón o lino o de compuestos sintéticos obtenidos en los laboratorios. ¿Y el cuerpo humano? En él se llevan a cabo miles de reacciones que le hacen crecer y desarrollarse. Aún nuestra inteligencia se debe a la química y cada objeto que existe en el universo tiene con ella una relación especial.

La química es el estudio de las sustancias, sus propiedades y sus transformaciones. El químico conoce acerca de ellas después de muchos siglos de acumulación de observaciones sobre el comportamiento de la materia. De modo que la observación es una actividad importante para el químico y a través de mediciones cuidadosas, las observaciones pueden realizarse y sistematizarse. Y todo esto tiene lugar en el laboratorio. Toda la información que se tiene acerca de la química, todos los hechos, principios, leyes y teorías que los jóvenes aprenden en el aula de clase, son el resultado de experimentos hechos en los laboratorios.

Sin embargo, las ideas previas o preconcepciones de los alumnos sobre los fenómenos químicos generalmente no coinciden con las explicaciones científicas y perduran si no se detectan y hacen explícitas para identificar sus límites o contradicciones. De ahí la importancia de que el docente aprenda a explorar las ideas previas de sus estudiantes con objeto de que sepa claramente el punto desde donde parte y cuáles ideas debe modificar para acercarlos al conocimiento científico. Pero no basta con explorarlas; para que se logren aproximaciones a las explicaciones científicas, el docente debe “convencer” al alumno de que existen otras respuestas a sus interrogantes, producto de la ciencia, que vale la pena indagar. Una de las formas de lograrlo es provocando un conflicto cognitivo que deberá ser conceptual, procedimental y/o de actitud. En este punto, lo primero que el joven debe reconocer son sus propias preconcepciones e identificar cuáles de ellas lo conducen a errores frecuentes; considerando que probablemente esas preconcepciones y errores existen entre los otros jóvenes y compañeros de la escuela secundaria.

También es fundamental que el docente sea consciente de las habilidades del pensamiento científico que motivan al adolescente para entender la visión que del mundo tiene la Química y lo acerque a la forma de pensar propio de esta disciplina. Habilidades como el manejo de herramientas y materiales para ampliar el alcance de los sentidos humanos, el manejo y selección crítica de fuentes de información diversas para completar ideas, el diseño y construcción de aparatos sencillos, la aplicación de conocimientos relevantes sin la ayuda de claves contextuales, son algunos ejemplos de los propósitos que este proyecto tiene para los jóvenes de nuestro medio.

La enseñanza de las ciencias en la actualidad plantea la urgente necesidad de relacionar conceptos básicos, generalmente abstractos, con situaciones de la vida cotidiana y de este modo motivar a los estudiantes por esta área del conocimiento. En la medida que el estudiante entienda la importancia que la comprensión de los modelos y la investigación científica le significa para su desarrollo personal y su relación con el entorno, podrá realizar el esfuerzo y la dedicación que el aprendizaje de las ciencias requiere.

El medio ambiente es precisamente este entorno, el cual está experimentando cambios notables a causa de las diversas actividades del hombre, que es necesario comprender. Es tarea urgente hacer asequible el conocimiento científico a todos los niveles comunitarios para evitar que la sociedad se encasille en un medio consumidor de energía y de tecnología, sin conciencia de su responsabilidad social.

Se define "medio ambiente" como el ámbito biofísico en el que interactúan la energía solar, el aire, el agua, la tierra, la fauna, la flora, los minerales y el espacio, es decir, la superficie disponible para la actividad humana. En este ámbito se dan todos los elementos y formas de vida, de la cual depende incluso la actividad humana.

Dentro de los objetivos generales de los planes de estudio se pretende establecer vínculos entre el alumno, la sociedad y el conocimiento científico. Así se permitirá al profesor un proceso de enseñanza activa en el cual el estudiante observe, describa, clasifique, infiera, mida, comunique, interprete y formule preguntas con el objeto de comprender el medio y las ciencias involucradas con su comprensión y entendimiento. Este proceso debería estar centrado en la experimentación.

Las ciencias del medio ambiente en su sentido más amplio, es la ciencia de las interacciones complejas entre los medios terrestres, atmosféricos, acuáticos y de los seres vivos. Por lo tanto incluye muchas disciplinas tales como: química, biología, geografía, ciencias sociales, física, entre otras.

El medio ambiente en el que todos los seres humanos debemos vivir ha sido afectado en gran medida y muchas veces en forma irreversible, por la tecnología. Consideramos que el estudio de los efectos que la tecnología produce en el medio ambiente puede ser aplicado en forma inteligente para que contribuya a mejorar las condiciones de vida en la Tierra. De este modo, aire, tierra, agua, vida, y tecnología estarían fuertemente interconectados.

Las anteriores argumentaciones permiten sugerir que la experimentación debe representar para el joven una actividad divertida y excitante. En esta época en la que infortunadamente el laboratorio tradicional de química ofrece un conjunto de experimentos que no tienen una relación evidente con los problemas del mundo real, es que el presente manual adquiere un sentido importante e innovador.

Contenido

1 Coca-Cola® con gas



Indagando ...

Se sabe que una gaseosa contiene cierta cantidad de gas a una presión mayor que la presión atmosférica. Si se aumenta la temperatura, la cantidad de gas disuelto disminuye.



¿Qué vamos a hacer?

Recogeremos e identificaremos el dióxido de carbono disuelto en una gaseosa y comprobaremos sus propiedades ácidas.



Materiales



Plastilina

Solución de agua de cal (solución saturada de hidróxido de calcio)

Solución alcalina con indicador

Coca-Cola pequeña, helada

Azúcar

Botella de gaseosa de 1 L, vacía

Cubeta o recipiente de plástico

Cinta de enmascarar

Dos recipientes de plástico pequeños (se pueden obtener recortando la parte inferior de una botellita de agua mineral)

Espátula de madera

Manguera plástica delgada de 45 cm



Procedimiento

Llena con agua la botella plástica de un litro e inviértela en la cubeta

Coloca plastilina en un extremo de la manguera y el extremo libre introdúcelo dentro de la botella invertida

Destapa la gaseosa, adiciona una pequeña cantidad de azúcar e inmediatamente coloca el extremo de la manguera con la plastilina como se muestra en la figura



Observa el desprendimiento de gas y su acumulación en la botella invertida

Cuando la producción de gas sea lenta, marca con la cinta de enmascarar en el punto que delimita el volumen de gas recogido y, sin sacar la botella invertida, introduce el otro extremo de la manguera dentro del recipiente con solución de agua de cal. Observa qué ocurre

Retira de la solución de cal el extremo libre de la manguera e introdúcelo en la solución alcalina . Observa qué sucede

Retira la botella de la cubeta y llénala con agua hasta el punto marcado con la cinta. Mide el volumen de agua utilizando una probeta



¿Qué pasó?

El dióxido de carbono disuelto en la gaseosa reacciona con el agua de cal para dar carbonato de calcio, reacción característica para identificar el CO2:

Ca(OH)2 (ac) + CO2 (g) → CaCO3 (s) + H2O (l)

En la segunda parte del experimento se tiene una solución básica de color rosado debido a que contiene un indicador (fenolftaleína). Esta solución se torna incolora cuando el dióxido de carbono entra en contacto con ella, indicando que el gas tiene la capacidad de neutralizarla. El cambio de color corrobora el carácter ácido del gas.



Para pensar ...

¿Qué volumen de gas recolectaste de tu gaseosa? Compara con el volumen recogido por otros grupos ¿Cuál es la función del azúcar?

¿Será igual la cantidad de gas disuelto en las gaseosas envasadas en Medellín que en las envasadas en Barranquilla?

¿Para qué se le adiciona dióxido de carbono a las gaseosas? ¿Solamente para que produzcan espuma?

2 Los gases son unos “pesados”



Indagando ...

Todo gas tiene masa y ocupa un determinado volumen. El cociente entre la masa y el volumen de una sustancia pura se denomina densidad. Por regla general, la densidad de los gases a 0 °C y 1 atm (condiciones normales), es menor que la de los sólidos y la de los líquidos.



¿Qué vamos a hacer?

Estudiaremos la reacción que se lleva a cabo en el estómago cuando se ingiere un antiácido. Haremos reaccionar una pastilla de antiácido con agua y recogeremos el gas carbónico producido para determina su masa y su volumen. Con estos datos calcularemos la densidad del gas.

Materiales



Tableta de antiácido, Alka-Seltzer ®

Tubo de ensayo de 18 × 150 mm

Manguera delgada de 45 cm

Trozo de varilla de vidrio hueca de 5 cm

Tapón de caucho para tubo de ensayo, con un orificio

Botella de plástico de 250 mL C

Cubeta o recipiente de plástico

Cilindro graduado de 100 mL

Vaso de icopor de 10 onzas

Balanza sensible de 0.1 g a 0.01 g



Procedimiento

Pesa la tableta de antiácido y un tubo de ensayo con 10 mL de agua utilizando el vaso de icopor

Posiciona el tubo de ensayo empleando una pinza con nuez y un soporte como se muestra en la figura



Llena completamente con agua una botella de plástico transparente e inviértela, tapándola con el dedo pulgar o la palma de la mano, en una cubeta

Introduce el extremo libre de la manguera dentro de la botella invertida

Adiciona el antiácido, en trozos, dentro del tubo con agua y tápalo rápidamente Cuando haya cesado la producción de gas, marca con una cinta el nivel del agua dentro de la botella invertida y retira el tapón del tubo de ensayo

Pesa nuevamente el tubo de ensayo, con su contenido y sin el tapón

Retira la botella invertida de la cubeta y mide el volumen hasta la marca empleando una probeta

Determina la masa del gas recogido y su densidad a las condiciones del laboratorio



¿Qué pasó?

Un antiácido es una mezcla sólida de una base (bicarbonato de sodio), un ácido (ácido cítrico) y un analgésico, aspirina (ácido acetilsalicilico). Cuando esta mezcla de sustancias entra en contacto con el agua, reacciona para producir dióxido de carbono, citrato de sodio y acetilsalicilato de sodio en solución acuosa:


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