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Experimentos sencillos para aprender química en el aula. CFIE Valladolid 2012

EXPERIMENTOS SENCILLOS PARA APRENDER QUÍMICA EN EL AULA

1ª Parte:

1. La escritura mágica Materiales y Reactivos: Cinco pinceles. Cinco vasos de precipitados. Tres pulverizadores. Papel de filtro. Amoniaco Fenolftaleina.

Nitrato de plomo Ioduro potásico. Hexacianoferrato(II) de potasio Nitrato de hierro (III) Tiocianato de amonio Sulfato de cobre(II)

El procedimiento Escribe, con la ayuda de pinceles, mensajes sobre cinco papeles de filtro previamente numerados, utilizando en cada caso una de en las cinco disoluciones acuosas numeradas de que dispones. A continuación espera que se seque el papel y verás que no puedes leer lo que escribiste en cada uno de ellos. Rocía entonces cada papel de filtro con la disolución reveladora correspondiente. Se observa que se hacen visibles los mensajes. Un haber revelado un papel, no sigas pulverizando con el resto de las disoluciones, excepto para el tercer papel, que tienes que pulverizar con las disoluciones que contiene nitrato de hierro y amoniaco (por este orden). Una vez que rebeldes el mensaje del cuarto papel espera que se seque y verás que el mensaje de nuevo desaparece. Vuelve a pulverizar con la misma disolución reveladora.

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Explicación Experimento uno (primer papel): el nitrato de plomo en reacciona con yoduro potásico dando lugar a ioduro de plomo (II), que es de color amarillo. Experimento dos (segundo papel): el exacianoferrato (II) de potasio, reacción con nitrato de hierro (III), se convierten en un compuestos denominado “azul de Prusia” que es de color azul muy intenso. Experimento tres (tercero papel): 1. Parte A: El tiocianato de amonio también reacciona con nitrato de Hierro (III), formándose compuesto de Hierro (III) con tiocianato, que es de color rojo intenso. 2. Parte B: En presencia y amoniaco el compuesto anterior no es estable, y, al descomponerse, el color rojo desaparece. Experiencia cuatro (cuarto papel): El amoniaco, que es una base, también reaccionan con la fenolftaleína, que, en medio básico pasa a colorearse de rosa. Si seca el papel tras pulverizar con amoniaco, el tono rosa desaparece porque el amoniaco se evapora. Si pulverizas de nuevo con amoniaco, el mensaje vuelve a aparecer. Experiencia cinco (quinto papel ): el amoniaco reacciona con el sulfato de cobre (II) formando un compuesto de cobre (II) con amoniaco, que es azul muy intenso.

2. Cromatografía: Material: Vaso de precipitados. Papel de filtro (Fase fija) Alcohol (fase móvil)

Tinta (muestra) Tubo de vidrio hueco.

Procedimiento Recortamos un trozo de papel de filtro y dibujamos en el centro una mancha de tinta con los rotuladores. Hacemos un agujero en el centro del papel de filtro y por él metemos un tubito de papel de filtro que haremos pasar por tubo du vidrio para darle consistencia. Por último ponemos el papel sobre el vaso de precipitados con alcohol, de manera que el extremo de tubito con el papel quede dentro del alcohol. El alcohol sube por el tubito de papel por capilaridad, y llega a la mancha de tinta. Al desplazarse por el papel de filtro el alcohol arrastra la tinta generando unas franjas de colores.

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3. Huellas dactilares: Materiales y Reactivos: Papel de filtro. Crema de manos. Iodo.

Matraz Erlenmeyer. Mecher

Procedimiento: En esta práctica vamos a utilizar el proceso físico de la sublimación para revelar una huella dactilar. Impregnar con un poco de crema la huella dactilar de un dedo, y la presionamos sobre un extremo de la tira de papel de filtro. Posteriormente introducimos la tira de papel en el erlenmeyer que contiene el iodo sólido y lo taparemos con un tapón. A continuación lo calentamos suavemente a la llama para provocar la sublimación del yodo, cuyo vapor se impregnará en la huella y permitirá revelarla 4. Una experiencia con la col lombarda. Materiales y reactivos Jugo de col lombarda Gradilla con tubos de ensayo. Cuentagotas Limón Vinagre.

Bicarbonato. Detergente fregar. Aspirina. Almax. Amoniaco

Procedimiento En esta experiencia vamos a comprobar la función indicadora del jugo de la col lombarda. Para ello, vamos a poner en los tubos de ensayo el jugo de la lombarda y añadiremos con el cuentagotas disoluciones de diferentes sustancias de la vida cotidiana. Al contrastar el color que adquiere la mezcla con los colores de una escala de Ph podremos determinar el grado de acidez o basicidad de la sustancia testada.

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2ª Parte: Me lo contaron y lo olvidé, lo vi y lo entendí, lo hice y lo aprendí. Confucio Confuncio fue un filosofo chino que vivió hace 2500 años cuyo pensamiento puede expresar la necesidad de experimentar con los alumnos para descubrir el maravilloso mundo de la química y que muestren más interés para comprender las explicaciones teóricas. Se trata de utilizar el método científico como punto de partida de nuestras explicaciones. Captamos la atención de los alumnos con una pregunta sugerente y ellos mismos deberán lanzar una hipótesis que comprobaremos en el aula, adjuntando la explicación científica de lo observado. 1. ¿Podemos poner un globo sobre una llama sin que se reviente? Materiales: 2 globos fósforos una vela agua Se infla uno de los globos y se ata. Se enciende la vela y se pregunta qué puede pasar si se pone sobre el fuego, ¿reventará? Lo comprobamos. Ahora hacemos lo mismo pero con un globo al que hemos añadido agua y le hemos inflado un poco de aire. Se enciende de nuevo la vela y se coloca el globo sobre la llama. ¿Ahora qué sucede? Nada. La parte de abajo del globo se vuelve negra, pero al globo no le sucede nada. ¿Por qué no se revienta el globo? El agua tiene una increíble capacidad de absorber el calor. El globo tiene una pared muy delgada, lo que hace que el calor pase muy rápidamente hacia el agua. El agua que está cerca de la llama comienza a calentarse y sube a la superficie, dejando que agua más fría esté cerca de la llama y absorba su calor. Este proceso permite que el globo absorba una gran cantidad de calor sin reventarse. La mancha negra es carbón que viene de la combustión de la vela. El globo ha quedado intacto. Podemos comprobar que el agua se ha calentado, echándola en un vaso y comprobar que está caliente. COMBUSTIÓN La experiencia anterior nos lleva introducir este concepto y analizar los elementos necesarios para que un cuerpo arda. Podemos meter una vela encendida en un tarro y observar cómo se apaga.

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2. Tres velas y un misterio Para realizar nuestro experimento necesitamos un frasco de cristal grande con tapadera, tres velas pequeñas de alturas diferentes y un mechero. Al quemar una vela en un recipiente cerrado la combustión consume el oxígeno del recipiente y la vela termina apagándose ¿Qué sucede si repetimos el experimento con tres velas de diferentes alturas? ¿En qué orden se apagarán las velas? Hacemos un muestreo en clase, ¿Cuántos apuestan por cada una y por qué?. Se suela abrir un debate bastante interesante, generalmente lleno de errores conceptuales. Si realizamos el experimento podemos ver que primero se apaga la vela de mayor altura, luego la vela intermedia y, finalmente, la vela pequeña. Explicación La combustión de las velas consume oxígeno y produce dióxido de carbono y vapor de agua. El dióxido de carbono es más denso que el aire pero las corrientes de convección se encargan de acumular el dióxido de carbono en la parte superior del recipiente, desplazando el oxígeno a la parte inferior. Por este motivo primero se apaga la vela de mayor altura, luego la intermedia y, finalmente, se apagará la vela de menor tamaño. JUGANDO CON CO2 Este gas incoloro, denso y muy poco reactivo, es el producto de la combustión de sustancias que contienen carbono (que es el elemento más abundante en la tierra), así que es generado en la respiración de los seres vivos y, por supuesto, de los combustibles más comunes. Dependiendo del nivel académico de los alumnos podemos describir la molécula de CO2, estructura, tipo de enlace, reactividad química, etc. También podemos hablar de las formas de propagarse el calor y de los extintores que se fabrican con este gas (podemos apagar la llama de una vela con el CO2 generado en una reacción química). 3. ¿Cómo llenar un globo sin soplar? Materiales: Un vaso, matraz erlenmeyer, tubo de ensayo o una botella pequeña de agua. Una cucharilla y un embudo Globos o un guante de laboratorio Bicarbonato Vinagre

    

Pon vinagre en una botella, matraz erlenmeyer o vaso de precipitados. En un globo o en un guante pon una cucharadita de bicarbonato. Sujeta el globo en la boca de la botella, con cuidado para que no caiga el bicarbonato. Levanta el globo y deja caer el bicarbonato sobre el vinagre. Observa cómo según se va desprendiendo el dióxido de carbono el globo se va hinchando. EL gas encerrado en el globo puede apagar unas velas.

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Explicación En la experiencia vamos a ver cómo reacciona el bicarbonato de sodio (NaHCO3) con sustancias que tienen un carácter ácido. Se observa cómo se descompone el bicarbonato y se desprende un gas, el dióxido de carbono. Esto ocurre porque el vinagre es una sustancia que lleva disuelta un ácido el ácido acético. La reacción química que tiene lugar es la siguiente: NaHCO3 +

HAc

NaAc +

CO2 +

H2O

Los productos que se obtienen son: una sal (NaAc) que queda disuelta en el agua (H 2O) y dióxido de carbono (CO2) que al ser un gas burbujea a través del líquido.

4. ¿Cómo pelar un huevo crudo? Materiales:   

Un huevo crudo Un frasco de vidrio con tapa Vinagre

Este experimento le podemos mandar para casa y que observen lo que le sucede al huevo al cabo de unas horas Se coloca el huevo dentro del frasco, taza o vaso de cristal y se llena con vinagre hasta que el huevo quede completamente cubierto. Qué sucede? En unas tres horas se puede observar que la superficie del huevo está cubierta de burbujas. La cáscara de huevo está hecha de carbonato de calcio, el cual al entrar en contacto con el ácido del vinagre, produce dióxido de carbono. Las burbujas que vemos están formadas por este gas. CaCO3 +

HAc

CaAc2 +

CO2 +

H2O

El vinagre continua desgastando la cáscara del huevo hasta que esta desaparece por completo y el huevo comienza a hincharse. La cáscara protege el huevo, pero al carecer de ella, el vinagre puede penetrar la membrana interna. Cuando la cáscara haya desaparecido por completo, se puede sacar el huevo por completo y enjuagarlo con agua fría. Si se le pone en la mano, se nota que la membrana parece al tacto como una pelota de caucho y se ve perfectamente definida la yema dentro del huevo.

5. Test del “mal aliento” Dale a alguien una botella o un frasco lavador de vidrio que contenga un poco de agua con extracto de lombarda y unas gotas de amoniaco casero y pídele que sople a través de una pajita de refresco. Puedes presentarlo como un test de alcohol, mal aliento, etc. La disolución pasará de color verde esmeralda a azul oscuro. Si ahora le añades vinagre, la disolución adquirirá un color rojo, demostrando que esa persona no había bebido o se había lavado los dientes, dependiendo de la edad de los alumnos.

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Explicación Al soplar expulsamos dióxido de carbono (CO2) que en contacto con el agua forma ácido carbónico (H2CO3). Este ácido formado, neutraliza el amoníaco que contiene la disolución. Al añadir después vinagre la solución adquiere un pH ácido. El jugo de lombarda es un indicador natural que adquiere diversos colores dependiendo del pH del medio. En esta experiencia se demuestra que el CO2 que expiramos da un carácter ácido a una disolución ligeramente básica (agua con unas gotas de amoniaco). Al soplar expulsamos dióxido de carbono (CO2) que se disuelve parcialmente en el agua, formando ácido carbónico. Este ácido neutraliza la disolución de amoniaco, que era básica (color verde del extracto de col lombarda), y se vuelve neutra (color azul y al añadir vinagre su color pasa a rojo (pH ácido)).

6. ¿Entre fantasmas? Materiales    

Dos vasos o copas de plástico o de cristal Ácido clorhídrico Amoniaco Dos pinceles

Mojar un pincel en ácido clorhídrico y pintar un vaso por dentro con cuidado (es un ácido peligroso). Mojar otro pincel en amoniaco y pintar otro vaso, también por dentro. Colocar un vaso encima del otro y observar la aparición de un fantasma de humo blanco. Esta experiencia también se puede realizar en un cristalizador, situando a una distancia de aproximadamente 1 cm una gota de ácido clorhídrico y una gota de amoniaco. Se forma una nube blanquecina y al cabo de unos segundos aparecerán unos cristales blancos alrededor de la gota de ácido. Explicación Se trata de una sencilla reacción química: HCl

+ NH3

Ácido clorhídrico + Amoniaco

NH4 Cl Cloruro amónico (humo blanco)

El humo se debe a la formación de pequeñas partículas de cloruro amónico, que es sólido. Así su puede mostrar que el humo está formado en realidad por pequeñas partículas de sólidos o líquidos en suspensión. En la segunda experiencia se observa como de las gotas de amoniaco y de ácido clorhídrico se escapan moléculas gaseosas. Las moléculas de NH3 son más ligeras y se difunden más rápidamente que las moléculas de HCl. Estas dos sustancias reaccionan entre sí y forman la nube blanca de cloruro amónico que forma cristales blancos alrededor de la gota de ácido. El amoniaco y el cloruro de hidrógeno son gases bastante solubles agua. Por este motivo las disoluciones de amoniaco y cloruro de hidrógeno desprenden siempre vapores. Por ese motivo se deben guardar en armarios diferentes los reactivos que contienen estos compuestos químicos.

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7. ¿Qué prefieres beber hoy? Material    

Tres vasos de precipitados, o una copa de agua, una copa de vino y un vaso de refresco. probeta de 100 ml, Permanganato potásico (KMnO4), agua oxigenada concentrada (H2O2).

Sobre la mesa se disponen los tres vasos. En el primero se añade 100 ml de agua que habremos medido con la probeta Se pasa el agua del primero al segundo vaso (al que habremos puesto unos pequeños cristales de permanganato de potasio, que pasaran desapercibidos al espectador) y veremos cómo adquiere tonalidad rosada, semejante al vino clarete. Vierte el contenido de este vaso en el tercero, al que previamente habremos añadido 4 ml de agua oxigenada (no debe notarse) y se observara que adquiere tonalidad de un refresco de cola, con sus burbujitas (podemos poner una pajita para darlo más realismo). Si acercamos estas burbujas a una cerilla encendida o a un bastón al que habremos encendido observaremos que la llama se reactiva. Explicación En la primera conversión, lo que ocurre es que el permanganato de potasio, que es de color violeta intenso, se disuelve en el agua. En la segunda conversión, el agua oxigenada reduce el ión permanganato, (de color violeta intenso) a MnO2, sólido de color amarillento que permanece en suspensión. Además, se forma oxígeno gas que se desprende. Este oxígeno, que es el responsable de las burbujas, es imprescindible en las combustiones y por ese motivo si acercamos una pequeña llama a una atmosfera rica en este gas, ésta arderá con mayor vivacidad. La reacción química que tiene lugar es: 2 KMnO4 + 2 H2O2

2 MnO2 + 2 KOH + 2 H2O + 2 O2

8. Una reacción de ida y vuelta Material necesario:    

Botella con tapón. Vasos de precipitados. Probeta. Azul de metileno.

Disolución A: 2 gramos de glucosa en 100 mL de agua. Disolución B: 2 gramos de hidróxido de sodio en 100 mL de agua. En una botella incolora de agua se añaden 100 ml de glucosa y unas gotas de azul de metileno (lo podemos tener preparado de antemano). Se pide a un alumno que mida con una probeta 100 ml de la disolución de glucosa y que con mucho cuidado lo añada a la botella anterior. Se observara quela mezcla se pone azul. Si dejamos reposar, al cabo de un tiempo, la botella se decolora quedando la disolución transparente: Pero, se puede volver a recuperar el color azul si agitamos de nuevo. Dejando reposar la disolución se decolora otra vez, de forma que podemos repetir el proceso varias veces. Sánchez Gejo, M.y Núñez de la Plaza, M B

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En esta magia, el público ve cómo el agua de una botella completamente cerrada cambia, sin causa aparente y a voluntad del mago, de transparente a azul y viceversa. Explicación Pero, esto no es magia, simplemente nos aprovechamos de las características de una reacción química que se describe a continuación, en la que tiene lugar un cambio de color. Podemos decir que una reacción química es una transformación en la que a partir de unas sustancias, denominadas reactivos, obtenemos otras distintas, que llamamos productos de la reacción. Esta transformación va asociada, a veces, a cambios de color que podemos detectar fácilmente. En este experimento trabajamos con una reacción y un indicador ácido-base que se decolora, de azul a transparente, pero que vuelve al color inicial bajo determinadas condiciones. Una de las formas en las que se puede producir una reacción química es por transferencia de electrones de unas sustancias a otras. La pérdida de electrones es conocida como oxidación y la ganancia de éstos reducción. La glucosa es una sustancia que se oxida fácilmente cuando se encuentra en un medio alcalino. Glucosa +

oxígeno

ácido glucónico +

OH-

Para observar la reacción utilizamos un indicador, el azul de metileno, que se presenta en dos formas: cuando hay oxígeno presente en la disolución el indicador toma un color azul (forma oxidada). Al agitar estamos disolviendo el oxígeno del aire en la disolución que tenemos en la botella. Pero, si el oxígeno se agota la disolución se decolora porque el azul de metileno se transforma en su forma reducida. Al dejar en reposo el oxígeno disuelto reacciona con la glucosa. Al dejar reposar la botella: (indicador azul) +

glucosa

Forma oxidada

(indicador incoloro) +

ácido glucónico

Forma reducida

Con el oxígeno del aire: al agitar la botella (indicador incoloro) + Oxígeno + agua Forma reducida

à (indicador azul) + OHForma oxidada

9. Haciendo desaparecer sólidos Materiales utilizados:   

Acetona Porexpan, corcho blanco, etc. (embalaje) Vaso de precipitado

Introducir fragmentos de porexpan en un vaso con acetona. La disolución del plástico es instantánea, además aparecerán burbujas que harán pensar que se está produciendo una reacción química. Podemos pesar la cantidad de porexpan que vamos a utilizar.

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