Arquímedes y el trabajo experimental

En el laboratorio hemos medido la masa (gramos) de tres sólidos regulares metálicos y hemos encontrado estos valores:

• Esfera: 49,9 g
• Prisma: 95,7 g
• Cilindro: 49,7 g

A continuación hemos llenado un vaso de precipitados con agua hasta 3/4 de su volumen.  Lo hemos pesado y hemos realizado una "tara". Después de colgar cada objeto de un hilo, hemos introducido los tres sólidos por separado en el recipiente y hemos medido la masa equivalente (gramos), es decir el cociente entre el empuje hidrostático (E -N-) y la aceleración debida a la gravedad (g = 9,8 N/kg). Los valores obtenidos han sido:

• Esfera: 6,4 g
• Prisma: 35,3 g
• Cilindro: 17,4 g

Con estos valores determina la densidad de cada sólido teniendo en cuenta las indicaciones de este documento.

Col de lombarda y pH

Observación

Las personas, en nuestra vida cotidiana, estamos todos los días en contacto con gran cantidad de sustancias químicas (¿todo será química?). Los productos químicos pueden ser ácidos, básicos o neutros y en función de su naturaleza tendrán distintas propiedades. 

En este experimento, tomaremos una serie de productos de uso cotidiano y comprobaremos si son ácidos, básicos, o neutros, mediante el uso de un indicador. Un indicador es una sustancia química que toma diferentes colores dependiendo del pH

Todos los materiales empleados en este experimento, son accesibles y se pueden comprar fácilmente por lo que el alumno podría repetir la práctica en casa, pero siempre bajo la supervisión de un adulto.

Material y trabajo previo

Para preparar el agua de lombarda, se corta la verdura en trozos pequeños y se le vierte agua hirviendo. Después de media hora, se cuela la lombarda y se conserva el líquido. El agua dura al menos dos días en condiciones adecuadas para realizar el experimento.

Otra opción es cortar la hoja de la col lombarda en trocitos pequeños echándola en un mortero. Se vierte el etanol en el mortero y cuando el alcohol quede coloreado por la lombarda se conserva el líquido obtenido.

Todos los materiales que usaremos serán estos:

• Col lombarda
• Vasos, tijeras y colador
• Mortero
• Alcohol 96º
• Distintas sustancias caseras incoloras: salfumán, zumo de limón, vinagre, agua, bicarbonato, amoniaco, sosa, gaseosa, tónica, lejía...

Práctica

Se vierte una pequeña cantidad de agua de lombarda en 7 tubos de ensayo o en 7 vasos diferentes. 

Sobre cada vaso, se añade una pequeña cantidad de cada sustancia.

Se observan los diferentes cambios de color que se producen al añadir distintas sustancias.

Resultados

Algunas sustancias cambiaron el color del agua de lombarda a tonos rojos, mientras que añadiendo otras el color tornó a verde o amarillo. Otras sustancias no provocaron cambios en el agua de lombarda.

Hipótesis 

• H1. ¿Qué sustancias hay en el extracto de col de lombarda que interaccionan con las sustancias añadidas?
• H1. ¿Qué hace diferente a las sustancias "caseras incoloras" que hemos añadido?

Investigación sobre la documentación existente ( a saberse )

1. pH de las sustancias añadidas. Para saber si una sustancia es ácida o básica se utiliza una escala llamada escala de pH, esta escala tiene valores entre 1 y 14.

• Las sustancias que cambiaron el color del agua de lombarda a tonos rojos son ácidas. Este tipo de sustancias tienen un pH < 7, cuanto más pequeño es el valor del pH, más ácida es la sustancia.

• Por el contrario, las sustancias que cambiaron el color del agua de lombarda a verde o amarillo son básicas y tienen un pH > 7. Análogamente, cuanto mayor es el valor del pH más básica es la sustancia.

• Las sustancias que no provocan cambios en el color del agua de lombarda son neutras, es decir, su pH = 7.

2. Indicadores en el extracto de col de lombarda. El agua de lombarda contiene sustancias que actúan como indicadores y se llaman antocianinas.  En particular se han detectado hasta 36 antocianinas diferentes.

Las antocianinas son moléculas orgánicas hidrosolubles (¿qué será esto? ¿será importante?) que se encuentran en las vacuolas de las células vegetales y que aportan el color rojo, púrpura o azul a hojas, flores o frutos. 

Las antocianinas están ampliamente presentes en la naturaleza y que debes incorporarlos a tu dieta. Podemos encontrarlas en frutos (moras, zarzamoras, frambuesas, fresas, arándanos, saúcos, grosellas, cerezas, ciruelas, uvas negras o manzanas rojas), en flores y hojas de muchísimas plantas y en tubérculos y hortalizas (remolacha y col lombarda, entre otros). Las antocianinas son sustancias antioxidantes, por lo que se les atribuye una cierta actividad anticancerígena, y beneficios en las funciones cerebral y cardiaca.

Un indicador cambia de color según esté en presencia de una sustancia ácida o básica. El agua de lombarda tiene un color diferente dependiendo del pH, ya que el indicador que contiene cambia su formulación, es decir, se transforma en una sustancia diferente. 

En nuestro caso, las antocianinas son moléculas que modifican su estructura en función de la cantidad de protones presentes en la disolución. Al cambiar su estructura también lo hace su color, mostrando una amplia gama de tonos desde el rojo, pasando por el violeta o el azul e incluso el amarillo

3. Reacción química ácido-base. Cuando un ácido reacciona con una base, ambos pierden sus propiedades, es decir sus propiedades se neutralizan (¿qué importancia puede tener esta palabra?). Esto es debido a que los ácidos y las bases se transforman en otras sustancias, produciéndose la siguiente reacción química:

Ácido + Base --> Sal + agua

Tareas. Ahora te toca a ti...

Elabora un informe con las respuestas a estas actividades. Será evaluado.

Actividad 1. Comprobación de hipótesis. Una vez que hayas estudiado la "teoría anterior", responde a estas dos hipótesis 

• H1. ¿Qué sustancias hay en el extracto de col de lombarda que interaccionan con las sustancias añadidas?
• H1. ¿Qué hace diferente a las sustancias "caseras incoloras" que hemos añadido?

Actividad 2. 

Las antocianinas son una familia de sustancias "hidrosolubles". ¿Qué significa esto? ¿Tiene algo que vez con el color del extracto de col de lombarda? ¿Habrá antocianinas en el extracto? Explica los motivos.

Actividad 3. Ahora tienes que usar una tira de papel de tornasol, que es sólo papel impregnado de muchos indicadores diferentes. 

Colócate unos guantes de vinilo en ambas manos. Con una varilla de vidrio limpia y seca, toca una de las sustancias caseras que hemos usado y a continuación toca el papel de tornasol. Repite la operación con todas. Ahora empareja de modo aproximado un pH a cada una de las "sustancias caseras incoloras" comparando con el color de la escala.

• pH=2    pH=3    pH=4    pH=7    pH=8    pH=9    pH=10
• Sosa cáustica, agua, zumo de limón, salfumán, bicarbonato, vinagre, amoniaco.

Dime de la más ácida a la más básica las sustancias caseras que hemos empleado.

Actividad 4. Si has entendido la reacción química que tiene lugar entre las sustancias caseras y el extracto de col de lombarda, sabrás decirme si estas frases con verdaderas o falsas, y por supuesto el ¿por qué?:

• El cambio de color del extracto de col se llama tinción
• El cambio de color del extracto de col se llama dilución
• El cambio de color del extracto de col se llama viraje
• El cambio de color del extracto de col se produce por un fenómeno físico (como pintar una pared)
• Las sustancias caseras neutralizan a algunas de las antocianinas y desaparecen ya que se transforman en otras sustancias diferentes.
• Las antocianinas de la col de lombarda reaccionan entre si cambiando de color y las sustancias caseras incoloras no aportan nada ya que no tienen color ninguno, y por tanto no tiñen.
• Entre cada una de las sustancias caseras y los indicadores de la col de lombarda ha ocurrido una reacción química que hace que la col de lombarda cambie de color.

Actividad 5. Busca en la Red (Al menos un par de párrafos y algunas imágenes que sirvan de pruebas o evidencias):

• Ejemplos en los que el pH influye en el sabor de los alimentos (al menos 4-5)
• Cuando tenemos "acidez de estómago" tomamos "sal de frutas". Investiga qué efecto la "sal de frutas" buscando en la Red su composición química.
• Ejemplos de productos cosméticos (jabón, champú...) que tiene un pH neutro. Valen marcas...¿Por qué es importante que tengan pH neutro?
• Información sobre el color de las hortensias y el pH del suelo. (Al menos un par de párrafos y algunas imágenes que sirvan de pruebas o evidencias)

Actividad 6. Escribe al menos tres razones por las que tengamos que seguir una dieta en la que incorporemos antocianinas. ¿Qué tienen en común todos ellos? ¿Son alimentos de cultivo cercano? ¿Cuál de todos ellos es el más barato y de cultivo cercano? ¿Los has probado todos? ¿Cuál te gustó y cuál no? Por qué.

Cromatografía en papel y en capa fina

1. En tiras de papel

2. En servilleta de papel
3. En círculos.

Métodos de separación. Informe de prácticas

Tras visitar el laboratorio, tienes que responder estas preguntas.  Las respuestas, con tu nombre, y el resultado de tus cromatografías en papel, tendrás que entregárselas a tu profesor/a en el plazo que se establezca.

Métodos físicos de separación

1. ¿Cuál es el objetivo que tiene cualquier método de separación que aplicamos a una mezcla?

2. ¿Se podrán aplicar estos métodos para separar los componentes del agua? ¿y del cobre? ¿y del azúcar? ¿y la sal? Explica tu respuesta en cada caso.

Destilación 

3. ¿A qué tipo de mezclas se aplica la destilación?

4. En nuestro caso hemos destilado vino blanco. ¿Qué sustancia destila primero y cuál después? ¿A qué se debe este comportamiento?

5. Indica el nombre de todas las partes que tiene el aparato de destilación y para qué sirve cada una. Puedes usar una copia del original o la anterior imagen.

Cristalización

6. ¿En qué tipo de mezclas usamos la cristalización?

7. En nuestro caso, ¿cómo se llama la disolución, el soluto y el disolvente empleado?

8. ¿A qué se debe el color azul de la disolución?

Centrifugación 

9. ¿Serviría la centrifugación para separar el aceite y el agua? ¿Por qué?

10. ¿En qué casos servirá este procedimiento? (No indiques un ejemplo, sino explica en qué casos se podrá usar)

Separación magnética

11. ¿Serviría este procedimiento para extraer el hierro de unas lentejas? ¿Por qué?

12. Indica en qué casos podrás usar este método de separación. (No indiques un ejemplo, sino explica en qué casos se podrá usar)

13. Un imán atrae al acero que es una aleación de hierro, y sin embargo no atrae al sulfuro de ferroso que es una sustancia pura compuesta. ¿A qué será debido este comportamiento?

Decantación

14. ¿Cómo se llama el embudo que usamos en este procedimiento?

15. ¿Cuál de los dos líquidos tiene más densidad y por qué?

16. ¿Serviría este procedimiento para separar los componentes del vino? ¿Por qué?

Filtración

17. ¿En qué casos podemos utilizar este procedimiento? 

18. ¿Si una sustancia está disuelta en agua, ¿atravesará esta sustancia el filtro de papel? ¿Y si la sustancia no está disuelta?

19. El tamaño del poro del papel de filtro es la clave para que la filtración sea eficaz, ya que si el poro es grande y el sólido es más pequeño, atraviesa el papel de filtro. Si el diámetro del poro del papel de filtro que hemos usado es de 10 - 13 μm, ¿se quedará en el filtro un sólido de diámetro 0,015 mm? ¿Y uno de 0,0009 cm? En tu respuesta tienen que aparecer los cálculos.

20. ¿Qué otro método de separación puede acompañar a la filtración para que la separación sea más eficaz?

21. En la imagen de arriba se señala otro procedimiento para la filtración. ¿Qué ventajas presenta?

Cromatografía

22. Tarea para casa:  Con un par de tiras de papel normal, y siguiendo las instrucciones de la simulación enlazada, realiza en casa la cromatografía de la mancha de un rotulador claro (amarillo, naranja, rojo, azul claro...) y de un rotulador oscuro (negro, azul oscuro, marrón...) 

23 ¿Será válido este método para mezclas heterogéneas?

Acompaña tus resultados a este informe grapados y con tu nombre.

Clasifica los métodos 

24. Después de ver todos los métodos, señala con un ✔️ aquellos métodos que cumplan la condición:

	Destilación	Cristalización	Centrifugación	Separación magnética	Decantación	Filtración	Cromatografía
Mezclas homogéneas
Mezclas heterogéneas
Sólido-líquido
Líquido-líquido
Sólido-sólido

Material de apoyo

• Mezclas homogéneas
• Mezclas heterogéneas

Ebullición del agua potable

Objetivos

Comprobar experimentalmente las siguientes hipótesis:

• El punto de ebullición del agua destilada (la más pura que podemos adquirir) NO es 100ºC ya que la presión atmosférica en el laboratorio, no es exactamente 760 mmHg (1 atm)
• La temperatura de ebullición del agua del grifo no es el mismo que el del agua pura.
• El punto de ebullición del agua del grifo no es contante.
• Elaborar conclusiones utilizando nuestras medidas (tablas y gráficos).

Investiga y aprende

Evaporación y ebullición
1. Cuando un líquido está en un recipiente cerrado, sin calentar, existe equilibrio entre la evaporación y la condensación. 

• Esto quiere decir que el mismo nº de moléculas pasan de L a G (vaporizan) que del estado G al L (condensan).
•  En este momento la presión que ejerce el gas se llama presión de vapor (Pv). En este instante, decimos que la evaporación se ha saturado. 
• El valor de la Pv depende del líquido que sea (más o menos volátil) y de la temperatura.

2. Al abrir el recipiente el equilibrio, sin calentar, se rompe y se favorece la vaporización sobre la condensación. Ello se debe a que el G se expande por el orificio (o la boca del recipiente), y nunca alcanza la Pv. La presión que ejerce el gas sobre el líquido es P<Pv.

3. Si ahora calentamos hasta la ebullición...

• Las moléculas tienen mucha energía.... tanta que la Pv alcanza el valor de la presión atmosférica. 
• Justo a la temperatura a la que Pv=Patmosférica comienza la ebullición. A esa temperatura la llamamos p.e. (punto de ebullición o temperatura de ebullición).
• La temperatura de ebullición es una propiedad física específica, es decir, permite identificar sustancias puras, es decir cada sustancia pura tiene su punto de ebullición.

Observa que ahora todo el líquido tiene energía suficiente para vaporizarse. En el caso de la evaporación, sólo algunas moléculas de la superficie lo conseguían.

Punto de ebullición y presión atmosférica
El punto de ebullición es la temperatura a la que una sustancia pura realiza el cambio de estado de líquido a gas. Es una temperatura específica de cada sustancia.
En el caso del agua, la temperatura de ebullición  es de 100ºC siempre que la presión atmosférica sea de 760 mmHg, es decir, 1 atmósfera.

Evidentemente, si la presión atmosférica (por altura o por clima) es menor de 760 mmHg, la ebullición tendrá lugar a temperaturas menores de 100ºC

Presión atmosférica y altura.

Al aumentar la altura, la presión atmosférica disminuye... ¿pero cómo disminuye? Para ofrecer una respuesta suponemos que el aire se comporta como un gas ideal. Los factores de corrección se muestran en la gráfica siguiente:

Tarea 1: Teniendo en cuenta los datos de altura de donde vives, y los datos de la gráfica.... ¿qué presión atmosférica deberías tener en el IES? 

Tarea 2: Para tener datos exactos y actuales, otra opción es consultar los datos actuales de presión atmosférica en Ciudad Real. Estos datos tendrás que convertirlos a otras unidades.

Tarea 3: Y ahora te toca medir la presión atmosférica con el barómetro aneroide y con el barómetro de mercurio o de Torricelli.
¿Coinciden las tres medidas? ¿Cuál te parece más fiable? ¿Por qué?


¿Cómo afecta la presión atmosférica al valor de la temperatura de ebullición de un líquido? Factor "teórico" de corrección
En relación a la altura, a medida que un sitio se encuentra más elevado sobre el nivel del mar, la temperatura de ebullición se hace menor. 

Por ejemplo a una altura de 1500 m o 0,84 atm (Medellín, por ejemplo), el agua hierve o ebulle a 95 °C mientras que al nivel del mar el agua hierve a 100 °C.

Con el propósito de realizar comparaciones con los valores que ofrece la literatura, se hace necesario corregir la temperatura normal de ebullición en un factor proporcional a la diferencia de presiones. Los factores de corrección se muestran en la tabla. Como se puede ver, dependen de la polaridad del líquido. 

Como el agua es un líquido polar que tiene como punto de ebullición 100ºC, elegimos como factor de corrección Fc= 0.370 °C/10 mm Hg de variación de la presión atmosférica (debido a la altura)

Ejemplo: La temperatura normal de ebullición del agua es de 100 °C. ¿Cuál será el punto de ebullición del agua en Medellín (p atm = 640 torr) y Bogotá (p atm = 560 torr)? Recuerda que 1 torr = 1 mmHg

Tarea 4: Con la ayuda de la tabla anterior, y de los dos ejemplos, establece cuál debería ser la temperatura de ebullición del agua pura en el IES.
Ten en cuenta las lecturas y datos siguientes:
a) Con la presión del barómetro aneroide.
b) Con la presión del barómetro de mercurio
c) Con la predicción de presión atmosférica de la gráfica tendiendo en cuenta la altura de tu ciudad.

Determinación experimental de la temperatura de ebullición.
En el vaso con aceite introduciremos un tubo de ensayo pequeño con unos 2 mL de líquido problema (en nuestro caso agua destilada). El aceite lo agitaremos con una varilla de vidrio.
En el tubo de ensayo se introduce el termómetro (en nuestro caso usaremos una sonda termométrica mucho más precisa y de menor inercia térmica). 
En la parte de abajo del vaso colocaremos una rejilla de porcelana que ayudará a homogeneizar el calor transmitido al aceite ya al agua del tubo de ensayo.

Se calienta gradualmente (2-3 °C/min) hasta que de tubo de ensayo se desprenda un rosario continuo de burbujas. Las primeras burbujas pueden ser de aire disuelto en agua, pero el resto son de agua en estado vapor que ha alcanzado la presión atmosférica.  Se lee la temperatura de ebullición y se suspende el calentamiento. 

Uno de vosotros, sólo empleará agua destilada y el resto agua del grifo.

Tarea 5: Prepárate para la toma los datos siguiendo las instrucciones de la hoja de cálculo. Recuerda que debes tomar los datos en papel, y después introducirlos en la hoja de cálculo (en el laboratorio o en casa). 

¿Cómo será el punto de ebullición del agua del grifo?
El agua del grifo es potable, es decir apta para el consumo humano. El agua potable del grifo NO es agua pura, ya que es una DISOLUCIÓN, es decir una mezcla homogénea de composición variable dependiendo de la proporción entre los solutos disueltos y el agua pura que será el disolvente.

Tarea 7: Investiga cómo se asegura la potabilidad del agua, y si el hecho de beber aguas duras influye en que sea potable o no. Aquí puedes consultar algunos datos sobre la calidad del agua de Ciudad Real y Miguelturra.

Tarea 8: Investiga los solutos disueltos en el agua potable de Ciudad Real y Miguelturra, así como su concentración. Puedes usar esta información enlazada o la que tu encuentres.

Conclusiones

Y llegó el momento final de extraer conclusiones y de elaborar nuevas hipótesis basándonos en las conclusiones a las que hayamos llegado.

Tarea 9 final. Contesta a las preguntas siguientes:

1. A la vista de los gráficos que has obtenido en la determinación del p.e., redacta al menos TRES frases que se puedan concluir de los mismos.
2. ¿Coincide la temperatura de ebullición del agua destilada con la previsión realizada en base a los datos de la presión atmosférica de Ciudad Real? ¿A qué factores se debe que "coincidan" o que "no coincidan" ambas?
3. ¿Coinciden la  la temperatura de ebullición del agua pura con la del agua del grifo? ¿A que es debido?
4.  Mientras el líquido está en ebullición, ¿permanece constante la temperatura para el agua destilada? ¿y en caso del agua del grifo? ¿A qué se deben estos dos comportamientos? 

Preparación de disoluciones: lista de control para la evaluación.

Enlace al documento.

Listado de disoluciones a preparar

Técnicas de laboratorio de Química

Estos 14 vídeos te ayudarán para que algunos de ellos los lleves a cabo en clase...

Extracción del ADN

Limpieza del material de vidrio

Pongamos a prueba lo que hemos aprendido....

En el vídeo siguiente se sugieren trucos para limpiar el vidrio del laboratorio....¿son todos eficaces y recomendables?

Medida del pH de diferentes disoluciones

¿QUÉ ES EL pH?

 

En esta ocasión, nuestros alumnos colaboraron para traer a clase diversas muestras líquidas de mezclas heterogéneas y mezclas homogéneas (disoluciones) cuyo pH pretendemos medir. En concreto fueron las que se muestran en la imagen:

• Limpador del centro para mesas, envasado en un bote de limpiacristales
• Leche
• Zumo de naranja
• Gel
• Infusión de manzanilla
• Lejía
• Vinagre
• Amoniaco de limpieza
• Agua fuerte (HCl 33%)
• Agua del grifo

 Una alumna se encargó de medir el pH con papel indicador universal:

Y los resultados del color que aduiere el papel indicador universal, nos permitieron aproximarnos al valor del pH.

Finalmente fueron clasificadas de ....

• Menor pH, es decir MAS ácidas.
• Más pH, es decir MAS básicas.

 Y los resultados fueron estos:

 

Y finalmente, un truco más para nuestra feria de ciencias:

Colecciones para el microscopio USB

El microscopio USB nos va a permitir elaborar colecciones de imágenes y vídeos que podremos compartirel mundo de todo aquello cuanto nos rodea y no podemor ver.

1. Comida
2. Plantas
3. Animales
4.  Objetos inanimados cercanos
5. Mapa humano
6. Minerales y rocas
7. Microorganismos
8. Vídeos 
9. Preparaciones de Biología
10. Otras

 Cuando tengamos completas las colecciones, retaremos a nuestros compañeros a identificar cada una de las imágenes.

Químicachef y la concentración: cada uno por su carril

Una buena parte de esta unidad la dedicaremos a:

1. Aprender a calcular las cantidades necesarias para preparar una disolución.
2. Ubicar todos los objetos, reactivos e instrumentos necesarios para preparar disoluciones a partir de solutos sólidos o líquidos.  
3. Entrenarnos en calcular y preparar las disoluciones antes de la prueba práctica que consistirá en calcular y elaborar una disolución (cada alumno una diferente) en un tiempo máximo de 20 minutos.

 CONCENTRACIÓN DE UNA DISOLUCIÓN: CÁLCULOS

• Una disolución es una mezcla homogénea de un soluto y un disolvente. 
• Sus propiedades dependen de su concentración. 
• La concentración es una proporción entre la cantidad de soluto y la cantidad de disolución.
• La concentración se puede expresar de una de estas formas:

Para que TODOS los problemas de disoluciones puedas resolverlos correctamente, tienes que colocar los datos que proporciona tu enunciado en las casillas correspondientes. 

Indicaciones muy importantes:

1. Con los datos del problema trata de completar esta tabla, llevando los datos de partida y los calculados cada uno por su carril....sin mezclarlos.
2. Recuerda que la densidad es el "TRADUCTOR" que te permite convertir masa a volumen o volumen a masa.
3. Es posible que no tengas todos los datos que necesitas para rellenar completa la tabla, pero será de gran ayuda cuando tengas que calcular la concentración.
4. Si el enunciado no te dice lo contrario, el disolvente será agua.
5. Si se suman: masas y moles.
6. No se suman: densidades y volúmenes. En el caso de los volúmenes se puede considerar la suma como válida, pero lo tienen que indicar. 
7. Masa molecular: no existe para disoluciones, ya que es una mezcla.

 Y recuerda...no mezcles datos del soluto con los del disolvente o los de la disolución.

ENTRENAMIENTO EN LA PREPARACIÓN DE UNA DISOLUCIÓN