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Aprender 35
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Investigar agua hirviendo 10 minutos
Explique que al investigar el calentamiento y el enfriamiento, será importante probar una sustancia que sea conocida y segura de usar en el salón de clase: agua. Muestre a los estudiantes una probeta y un vaso de precipitado, y explique que estas piezas de equipo las usan los científicos para medir el volumen de líquidos. Demuestre brevemente cómo leer el volumen de un líquido al nivel de la vista, colocando la probeta o el vaso de precipitado en una superficie plana y lleve sus ojos al nivel del agua.
Explique que los estudiantes comenzarán a explorar lo que sucede cuando se calienta el agua. Divida a los estudiantes en grupos pequeños y distribuya una probeta a cada grupo. Pida a los grupos que recolecten 20 ml de agua en su probeta.
Luego, pida a cada grupo que registre las propiedades del agua en la columna Propiedades antes del calentamiento en sus Cuadernos de ciencias (Guía de actividad de la Lección 9).
Ejemplo de observaciones:
Propiedades antes del calentamiento
▪ Transparente
▪ Líquida
▪ Sin olor
▪ El agua toma la forma de su recipiente.
Copyright © 2020 Great Minds®
Sustancia: Agua
Propiedades durante el calentamiento
Propiedades después del enfriamiento
Conexión entre asignaturas:
Matemáticas
A partir del 3.er grado, Eureka Math usa rectas numéricas verticales para enseñar cómo redondear números. En 5.° grado, los estudiantes continuarán usando rectas numéricas verticales para redondear números decimales. Según sea necesario, ayude a los estudiantes a leer el volumen del líquido y relacione esta destreza con una recta numérica vertical (CCSS.Contenido de matemáticas. 5.NBT.A.4).
Nota para el maestro
Es posible que los estudiantes no puedan observar por sí solos que el agua líquida toma la forma de su recipiente. Para asegurarse de que se observe esta propiedad, solicite a los alumnos que consideren qué podría ocurrir con la forma del agua si se vierte en otro recipiente o en el piso.
Muestre a los estudiantes la hornilla y explíqueles que por razones de seguridad solo el maestro la debe usar. Invite a un integrante de cada grupo para verter su agua en el vaso de precipitado. Pida a los estudiantes que determinen el volumen total del agua en el vaso de precipitado sumando el volumen del agua de cada grupo. Para confirmar el volumen total, invite a un estudiante voluntario para que lea el volumen del agua en el vaso de precipitado. Pida a los estudiantes que registren el volumen en sus Cuadernos de ciencias. Recuerde a los estudiantes las reglas de seguridad del salón de clase, y luego coloque el vaso de precipitado en la hornilla y ajuste la temperatura al nivel más alto.
Nota de seguridad
Esta investigación representa peligros potenciales. Revise esta medida de seguridad para minimizar los riesgos:
▪ Solo el maestro debe manejar la hornilla y el vaso de precipitado una vez que se calienta.
Asegúrese de usar pinzas para manejar el vaso de precipitado y el vidrio de reloj cuando se calientan. Si los estudiantes desean ver el agua más cerca durante la investigación, deben usar las gafas de protección.
Mientras espera que el agua comience a hervir, pida a los estudiantes que escriban una predicción en sus Cuadernos de ciencias sobre lo que creen que sucederá con el volumen del agua en el vaso de precipitado a medida que se calienta el agua. Pida a los estudiantes que compartan sus predicciones con la clase.
Ejemplo de las respuestas de los estudiantes:
▪ Mientras el agua se calienta, puede llegar a hervir, pero cuando deja de hervir, el volumen será el mismo.
▪ No le sucederá nada al volumen del agua si se calienta.
▪ Una vez que el agua comience a hervir, su volumen disminuirá porque una parte se irá al aire.
Una vez que el agua esté visiblemente hirviendo, pregunte a los estudiantes qué observan.
Ejemplo de las respuestas de los estudiantes:
▪ El agua está hirviendo.
▪ El agua burbujea mucho.
▪ Está saliendo vapor por la parte superior del vaso de precipitado.
Explique que el agua se ha calentado hasta el punto de que ha empezado a hervir. Dedique algunos minutos a observar el agua hirviendo, y pida a los grupos que registren sus observaciones en la columna Propiedades mientras se calienta en sus Cuadernos de ciencias.
Diferenciación
Para respaldar a los que se les dificulta escribir, considere incluir el esquema de la oración “A medida que el agua se calienta, el volumen de agua en el vaso de precipitado aumentará/ disminuirá/permanecerá igual porque …”.
Nota para el maestro
En este nivel, es aceptable que los estudiantes usen el término vapor para referirse a la condensación de vapor invisible en gotas de agua visibles. El término condensación se define posteriormente en la lección.
Nota para el maestro
Esta lección define el término ebullición una vez que los estudiantes descubren más evidencia para explicar el proceso.
Ejemplo de observaciones:
Sustancia: Agua
Propiedades antes del calentamiento Propiedades durante el calentamiento
▪ Transparente
▪ Líquida
▪ Sin olor
▪ El agua toma la forma de su recipiente.
▪ Se forman muchas burbujas.
▪ Sale vapor del vaso de precipitado.
▪ Sin olor
▪ El agua en el vaso de precipitado todavía toma la forma de su recipiente.
Propiedades después del enfriamiento
A medida que los estudiantes terminen de registrar sus observaciones, apague la hornilla. Cuando el agua deje de hervir, pida a un voluntario que lea el volumen del agua. Observe la disminución en el volumen del agua, y pida a los grupos que registren las propiedades del agua que aún está en el vaso de precipitado en la columna Propiedades después del enfriamiento, así como el volumen nuevo.
Ejemplo de observaciones:
Sustancia: Agua
Propiedades antes del calentamiento Propiedades durante el calentamiento
▪ Transparente
▪ Líquida
▪ Sin olor
▪ El agua toma la forma de su recipiente.
▪ Se forman muchas burbujas.
▪ Sale vapor del vaso de precipitado.
▪ Sin olor
▪ El agua en el vaso de precipitado todavía toma la forma de su recipiente.
Propiedades después del enfriamiento
▪ Transparente
▪ Líquida
▪ Sin olor
▪ El agua toma la forma de su recipiente.
► ¿Cambiaron las propiedades del agua luego de haberla calentado? ¿Qué nos dice esto sobre la sustancia que todavía está en el vaso de precipitado?
▪ Sus propiedades no han cambiado. Solo el volumen es diferente.
▪ Lo que queda en el vaso de precipitado sigue siendo agua porque tiene las mismas propiedades que tenía antes.
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► ¿Por qué disminuyó el volumen de agua cuando la calentamos?
▪ El volumen disminuyó porque el agua burbujeaba mucho. Vi que parte del agua salía del vaso de precipitado y caía en la hornilla.
▪ El volumen disminuyó porque el agua comenzó a hervir, y parte de ella flotó en el aire.
▪ Parte del agua se convirtió en vapor.
Indique que algunos estudiantes observaron un gas que salía flotando del vaso de precipitado. Pida a los estudiantes que compartan ideas sobre cómo se podría capturar esta sustancia para ver si es agua o una sustancia nueva.
Ejemplo de las respuestas de los estudiantes:
▪ Podríamos poner una tapa en el vaso de precipitado para atrapar el gas.
▪ Podríamos poner algo encima del vaso de precipitado, como una bolsa de plástico, para atrapar el gas.
Presente una pieza nueva de equipo, el vidrio de reloj. Explique que este vidrio se puede usar como la tapa de una olla para atrapar parte del gas y observar sus propiedades.
Investigar la condensación 5 minutos
Caliente el agua en el vaso de precipitado hasta su punto de ebullición. Esta vez, use las pinzas para sostener el vidrio de reloj sobre el vaso de precipitado hasta que se formen gotas en el vidrio. Retire el vidrio de reloj con las pinzas y muéstrelo a los estudiantes. Deje el vaso de precipitado en la hornilla para que el agua continúe hirviendo.
► ¿Qué observan en el vidrio?
▪ Veo gotas de agua pequeñas.
▪ Hay agua líquida en el vidrio.
Invite a los estudiantes que compartan las observaciones sobre las propiedades del líquido en el vidrio. Use estas propiedades como evidencia de que el líquido en el vidrio debe ser la misma agua que se evaporó del vaso de precipitado. Explique que el agua en su forma gaseosa se llama vapor de agua. Explique que el vidrio de reloj estaba seco antes de colocarlo sobre el agua hirviendo.
► ¿De dónde vino el agua que está en el vidrio?
▪ El agua vino del vapor de agua.
Nota para el maestro
Si no se pudo ver el vapor de agua condesada durante la demostración, anímelos a pasar a la próxima actividad preguntando a los estudiantes a dónde podría haber ido el agua que falta.
Nota para el maestro
Cambie la hornilla a una temperatura media una vez que el agua hierva vigorosamente. Esto dará tiempo adicional, si es necesario, para usar el vidrio de reloj para capturar el vapor de agua.
▪ El vapor de agua salió flotando del vaso de precipitado y se pegó en el vidrio de reloj. Luego se convirtió de nuevo en líquido.
▪ El agua podría haber salpicado sobre el vidrio cuando estaba hirviendo.
Acuerde que cuando el agua líquida hirvió, se convirtió en un gas que escapó al aire. Parte de ese gas se acumuló en el vidrio de reloj y volvió a convertirse en agua líquida.
► ¿Cómo puede esta evidencia nueva explicar por qué el volumen del agua en el vaso de precipitado disminuyó durante la ebullición?
▪ Cuando el agua hirvió, parte de ella se convirtió en gas y se alejó al flotar. Esto explica por qué había menos agua líquida en el vaso de precipitado.
Pida a los estudiantes que compartan si la evidencia que recolectaron respaldó sus predicciones sobre el volumen del agua en el vaso de precipitado. Explique que calentar el agua hizo que hirviera. La ebullición ocurre cuando un líquido se convierte en gas; en la mayoría de las condiciones, esto implica calentar el líquido a una cierta temperatura. Luego, el gas se acumuló en el vidrio de reloj, se enfrió y volvió a ser líquido. Explique que este proceso se llama condensación, que ocurre cuando un gas se convierte en líquido. En la mayoría de las condiciones, esto implica enfriar un gas a una cierta temperatura.
Aprendizaje del inglés
Considere proporcionar el cognado en español para condensation (condensación ) Señale que condense significa presionar muy juntos. Tenga en cuenta que las partículas de gas se pueden unir aún más porque hay espacio entre ellas.
Modelo de líquidos 20 minutos
Reagrúpense como clase y vuelvan a ver el modelo de anclaje, dirija la atención de los estudiantes al modelo de partículas que usaron para representar gases en el aire. Pida a los estudiantes que representen cómo se vería el vapor de agua en el aire si pudieran acercarse mucho. Los estudiantes deben registrar este modelo en el primer cuadro de la tabla del Modelo de tipos de materia en sus Cuadernos de ciencias (Guía de actividad de la Lección 9).
Invite a los estudiantes que compartan sus modelos y asegúrese de que cada estudiante aplicó correctamente el modelo de partículas a sus modelos de vapor de agua en el aire. Use los modelos de los estudiantes para desarrollar un modelo de la clase en la pizarra. Si es necesario, permita que los estudiantes actualicen sus modelos individuales.
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Nota para el maestro
Algunos estudiantes pueden creer que el agua salpicó el vidrio de reloj. Si es así, seque el vidrio de reloj y sosténgalo a un nivel un poco más alto sobre el agua hirviendo. Demuestre que el vidrio de reloj está demasiado alto para que el agua salpique sobre él. Muestre a los estudiantes que todavía se puede observar que el gas se eleva del vaso de precipitado y se forman gotas en el vidrio de reloj.
Profundización
Considere profundizar en cómo el vapor de agua se puede condensar para formar agua líquida. Coloque un vaso de agua con hielo en el salón durante la lección. Cuando los estudiantes representen el vapor de agua y agua líquida, desafíelos a usar su modelo para explicar cómo se acumuló el agua en el exterior del vaso frío.
Si los estudiantes han escuchado el término evaporación antes y tienen curiosidad, haga preguntas como las siguientes:
▪ ¿Es la ebullición la única manera en que el vapor de agua puede llegar al aire?
▪ ¿En qué otras ocasiones hemos visto que el agua parece desaparecer o secarse?
Considere dejar una cantidad pequeña de agua para que los estudiantes la observen periódicamente a lo largo de la lección.
Nota para el maestro
Los estudiantes pueden olvidar agregar las partículas de aire en sus modelos. Asegúrese de que los siguientes componentes estén incluidos en todos los modelos de vapor de agua:
▪ Las partículas, incluyendo las partículas de vapor de agua y las de aire
▪ Espacio entre las partículas
▪ Indicación del movimiento de las partículas
Ejemplo del modelo de los tipos de materia:
Vapor de agua en el aire (Gas)
Luego, pida a los estudiantes que consideren cómo pueden representar el agua líquida ahora que la han visto cambiar de líquido a gas y viceversa. Pídales que usen el siguiente esquema en sus Cuadernos de ciencias para representar cómo se vería el agua líquida si pudieran acercarse mucho.
A medida que los estudiantes desarrollen sus modelos, use las siguientes preguntas para guiarlos hacia el uso de un modelo de partículas para el agua líquida.
► Hemos visto que las partículas de agua en el aire pueden acumularse y formar agua líquida nuevamente. Si el agua puede cambiar de líquido a gas y viceversa, ¿qué nos dice esto sobre la composición del agua líquida?
► ¿Se transforma el agua líquida en partículas cuando se convierte en gas y luego vuelve a ser otra cosa? O ¿siempre se compone de partículas el agua?
► Si el agua siempre se compone de partículas, ¿cómo podría diferir el comportamiento de las partículas de vapor de agua del de las partículas de agua líquida?
Invite a los estudiantes que a compartan algunos ejemplos de sus modelos de agua líquida. Use los modelos de los estudiantes para desarrollar un modelo de agua líquida de la clase. Invite a los estudiantes a que usen este modelo de la clase para actualizar sus modelos individuales en sus Cuadernos de ciencias.
Énfasis en las ideas básicas de la disciplina
Los estudiantes ampliarán su comprensión temprana del movimiento de partículas que pasan de gases a líquidos y sólidos en la escuela intermedia, cuando estudian los arreglos característicos y el movimiento de las partículas para cada estado de la materia. Ellos también exploran cómo la energía térmica afecta el movimiento de las partículas (PS1.A).
Nota para el maestro
A medida que los estudiantes desarrollan sus modelos, algunos pueden no elegir representar el agua líquida con partículas. Si los estudiantes proponen modelos alternativos, compártalos con la clase. Invite a los estudiantes que argumenten los méritos de los diferentes modelos basándose en la evidencia de sus investigaciones. Use la evidencia de esta discusión y la demostración del agua hirviendo para justificar el uso de un modelo de las partículas para líquidos y gases.
Si los estudiantes no están de acuerdo sobre qué tan espaciadas deben estar las partículas en el modelo de agua líquida, considere usar una jeringa para demostrar que las partículas de agua no tienen espacio observable entre ellas. Llene la jeringa con agua y vuelva a colocar la tapa. Luego demuestre que el agua no se puede comprimir o expandir. Use esto como evidencia de que las partículas en un líquido deben estar muy pegadas entre sí.
Ejemplo del modelo de los tipos de materia:
Vapor de agua en el aire (Gas) Agua (Líquido)
Tenga en cuenta que los estudiantes no han representado todavía el agua como un sólido.
► ¿Qué necesitamos para representar el agua sólida? ¿Cómo podemos obtener agua sólida?
▪ Necesitamos hacer un poco de hielo.
▪ Podemos comprar hielo en la tienda.
▪ Podemos hacer un poco de hielo usando el congelador de la escuela.
Acuerde traer hielo a la clase para explorar el agua sólida en la siguiente lección.
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