El Uso del Laboratorio en Primaria 6 - 3
PRÁCTICA III Sexto de Primaria Reacciones Químicas NIVEL: - Sexto de Primaria PROGRAMACIÓN: -
Objetivos
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Materiales de los alumnos:
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1. Diferenciar reacciones químicas y reacciones físicas. 2. Realizar una destilación. 3. Experimentar distintos tipos de reacciones químicas sorprendentes: exotérmicas, endotérmicas, precipitados y reacciones ácido - metal .
Sal de cocina. Vino o licor blanco (ron, ginebra, etc.). Agua destilada. Hielo. Lata de conservas vacía (no de aluminio) o tapadera de metal.
Material de Laboratorio:
Destilador, o en su caso, Matraz de Erlenmeyer, tapón de caucho doble perforado, capilar, termómetro, macarrón de caucho, cubeta y vaso de precipitados. Termómetro, en todo caso. Rejilla, mechero y base soporte universal. Tubos de ensayo, pinza portatubos y gradilla. Pipeta. Imán . Productos Químicos: Azufre Hierro y zinc Glicerina Ácido clorhídrico y ácido sulfúrico Permanganato potásico, nitrato de plata, nitrato de potasio, nitrato de plomo, yoduro de potasio, dicromato potásico, clorato potásico, sulfato de cobre y carbonato de sodio
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El Uso del Laboratorio en Primaria 6 - 3 DESARROLLO DE LA PRÁCTICA: Mezclas y Disoluciones Aunque la diferencia entre una reacción física y otra química es, en abstracto, difícil de entender para un alumno de Primaria, esa dificultad puede suavizarse mediante la experimentación. En este primer experimento, ponemos a prueba la inventiva de nuestros educandos, disponiendo encima de la mesa diversos objetos un tanto inútiles (pinzas, lupa, tubos de ensayo, papeles de filtro, tapones, etc.) por equipos, y un mechero, una pinza portatubos y un imán. Se les pedirá que realicen una disolución de sal en agua, y que con los objetos a su disposición vuelvan a obtener la sal. La clave está en evaporar la mezcla a la llama del mechero, claro está. Más fácil les resultará, probablemente, separar azufre y hierro en polvo que previamente hayan mezclado. En este caso, usarán el imán, que deberemos procurar lo manipulen siempre debajo del papel de filtro, para no llenarlo inútilmente de limaduras Destilación Este montaje requiere tiempo y bastante material. Por tanto, se aconseja realizar uno solo común para todo el grupo clase, y prepararlo al principio de la sesión. Si se dispone de tubo de destilación y de agua corriente en el laboratorio, sólo hay que realizar el montaje con dicho tubo y un soporte universal, enganchando con macarrón de caucho un extremo del tubo a la caldera de ebullición (un simple matraz con tapón sirve), inclinarlo y colocar debajo del extremo saliente un vaso de precipitados. El agua deberá entrar en el tubo desde abajo, para que lo llene lenta y progresivamente de manera completa, y dejarla correr en el desagüe. Dentro de la caldera se instalará un termómetro para controlar y verificar que el alcohol presente en el vino o licor se evaporará antes de los 100º, mientras que el agua lo hará a dicha temperatura. En el momento en que el alcohol se agote, se retirará el recipiente y se cambiará por otro, para continuar recogiendo, ahora, el agua. Por el olor, algo cargado de esencias de vino o licor, se distinguirá el alcohol obtenido, y se le puede aplicar una llama para ver cómo arde. Si no se dispone ni de tubo de destilación ni de agua corriente en el Aula del Laboratorio, se realizará el montaje de la ficha del alumno. Esta práctica puede enriquecerse con la destilación de otros líquidos: aguas de colonia, zumos, etc.
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El Uso del Laboratorio en Primaria 6 - 3 Reacciones Químicas Exotérmicas Las reacciones químicas exotérmicas con las que vamos a experimentar son fuertes, y producirán, en todos los casos, llamas. Debemos actuar, pues, con sumo cuidado y con cantidades muy pequeñas. La que se sugiere en la ficha del alumno se realiza con glicerina y permanganato, un agente fuertemente oxidante que en unos momentos encenderá la glicerina con una llama blanca muy vistosa. Se verterá el equivalente a una cucharilla de café en un recipiente metálico (la lata o tapadera) y se rociará con 1 cc de glicerina, como máximo. Se removerá la mezcla con una cucharilla o varilla de vidrio, y en pocos segundos (que dependerá de la temperatura y humedad ambiente) comenzará a surgir humo que, rápidamente, se volverá llama. Si queremos otras reacciones aún más rápidas podemos fabricar la pólvora. Eso sí, de ningún modo recomiendo anotar la fórmula o identificar los componentes, dado que la creatividad de nuestros alumnos en esta cuestión puede llevar a jugarles experiencias sumamente desagradables, cuando no francamente peligrosas. La pólvora se realiza combinando, a ser posible en recipiente no metálico (o que, al menos, no haga saltar chispa), tres partes de azufre, tres de clorato potásico y cinco de carbón (que puede ser sustituido por azúcar, por ejemplo), todo finamente molido y mezclado de la manera más homogénea posible. Después, sólo hay que acercar una llama. Si mezclamos una cucharada de azúcar con otra de clorato potásico en un recipiente que no sea de aluminio, podemos observar qué ocurre al verter ácido sulfúrico encima de la preparación. El ácido añade el azufre necesario, y su carácter corrosivo actuará de detonante, provocando espontáneamente la elevación de la llama. Es otra forma de preparar pólvora, sólo que en este caso arderá de manera automática. Existen otras muchas formas de generar calor mediante reacciones químicas. Dejamos para el maestro entusiasta la preparación, por ejemplo, de la nitroglicerina. Me permito repetir que en pequeñas cantidades y controladamente, el peligro resultante se enmarcará siempre dentro de unos límites controlables por nosotros. Muy al contrario, la experiencia de manipular sustancias de la que surgen fuegos muy vivos, resulta extraordinariamente motivador, y justamente por ello es por lo que se sitúa esta práctica al comienzo de las experiencias con reacciones químicas. Si a estas mezclas añadimos pequeñas cantidades de las sustancias usadas en la práctica de Primer Curso, la llama, además, tendrá unos coloridos enormemente bellos. Por último, podemos hacer referencia a las explosiones. Una vez experimentada alguna de las reacciones exotérmicas descritas, el alumno estará en condiciones de contestar o definir, según su propia experiencia, lo que es una
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El Uso del Laboratorio en Primaria 6 - 3 explosión. Una explosión no es sino una reacción exotérmica muy energética y fulgurante. Reacciones Químicas Endotérmicas Al igual que algunos compuestos al reaccionar entre sí pueden producir calor, existen mezclas en donde la reacción química transcurre en sentido contrario, y en este caso enfría el ambiente donde se produce. Existen varias sustancias capaces de generar una disminución de la temperatura cuando reaccionan. En este caso, usamos nitrato de potasio, compuesto relativamente barato y fácil de adquirir.
Reacciones Ácido – Metal Sin entrar demasiado en definiciones fisicoquímicas de ácidos y bases, sí podemos hacer ver que existen familias de compuestos que reaccionan siempre de la misma manera. Tal es el caso de los ácidos que, en presencia de metales, tienden a sustituir sus átomos de hidrógeno por átomos del metal en cuestión, de manera más o menos rápida y vistosa. Para trabajar con los alumnos, y que ellos sean los que se ocupen de preparar las mezclas, es conveniente rebajar las concentraciones de los ácidos que empleemos. Aunque manejemos ácidos al 20%, la reacción igualmente será visible, cuando en el interior del tubo de ensayo introduzcamos un trocito de metal. Esta es la concentración del ácido que suministraremos a nuestros alumnos. Se formarán burbujas (de hidrógeno), que ascenderán como si en un vaso de gaseosa se tratara. A mayor concentración, el burbujeo será más rápido e intenso, pudiéndose recoger incluso en una campana (ver imagen). Pero cuidado: el hidrógeno es inestable, y si el ácido es muy concentrado, el calor resultante del intercambio atómico puede hacerlo prender. Se recomienda no usar nunca ácidos totalmente puros, o realizar pruebas con pequeñas cantidades, o introducir el tubo de ensayo en hielo, para mitigar el exceso de temperatura.
U n tubo c o n líquido as í intro duc ido no se vac iará
M etal
B urbujas de hidrógeno
F o
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El gas que s e e sc apa de l m e tal e n e l fo ndo se re co ge e n la burbuja s upe rio r del tubo de e ns ayo
El Uso del Laboratorio en Primaria 6 - 3 Formación de Precipitados Los precipitados son sustancias que aparecen cuando dos sales disueltas en agua reaccionan entre sí, originando un compuesto que a su vez no es soluble. De esta manera, la nueva sustancia se “precipita” y va la fondo del tubo de ensayo. La razón suele ser que las sales solubles poseen una estructura de enlace iónico, fácilmente disociable por la carga eléctrica presente en la molécula de agua. Pero esos iones salinos pueden encontrar otra molécula con la que unirse, procedente de una sustancia distinta, y si lo hacen mediante un enlace covalente, la carga eléctrica disociativa del agua no puede romper la nueva molécula. El resultado es que la nueva sal se vuelve indisoluble, y cae al fondo del recipiente. Eligiendo qué tipos de sales hacemos reaccionar, nos encontraremos con una serie de precipitados verdaderamente espectaculares en color y textura. Las mezclas que proponemos son las siguientes: 1. Nitrato de plata + dicromato potásico 2. Nitrato de plomo + yoduro potásico 3. Sulfato de cobre + carbonato de sodio Las nuevas sales formadas y depositadas en el fondo del tubo de ensayo pueden filtrarse y recogerse luego, mediante un embudo y un papel de filtro.
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FICHA DEL ALUMNO: _________________________________ CURSO: ___ PRÁCTICA: REACCIONES FÍSICAS Y REACCIONES QUÍMICAS 1. Mezclas y disoluciones: Vas a realizar dos mezclas de compuestos, que vas a separar mediante métodos puramente físicos. 1.
Disuelve sal de cocina (Cloruro sódico) en 5 cc de agua. Con el material que tienes en la mesa, vuelve a separar la sal. ¿Qué has utilizado? _____________________________________ Completa: has separado una disolución mediante el proceso de __________
2.
Mezcla azufre y hierro encima de un trozo de papel absorbente. Mézclalo con la cucharilla. Con el material que tienes en la mesa, vuelve a separar el hierro. ¿Qué has utilizado? __________________________ Completa: el azufre y el hierro forman una ___________________
2. Destilación: Dibuja el montaje que vais a preparar en la mesa común. Anota la función de cada elemento.
Explicación: 3
6 4
2
1
5
Este experimento, de larga duración, conviene prepararlo al comienzo de la sesión e ir observando su desarrollo. El alumno, en este caso, centra su atención en dibujar el montaje, que no aparece en la ficha del alumno, similar al de la imagen, identificar los elementos principales y explicar el funcionamiento del mismo.
Básicamente, el mechero (1) calienta la caldera, formada por un Matraz de Erlenmeyer (2) tapado con un tapón con dos orificios. Por uno se introduce el termómetro (3), que nos avisará qué componente de la disolución es el que está hirviendo. Por otro, un capilar de vidrio al que se le coloca un tubo de caucho, conforma el serpentín (4), que estará introducido en un recipiente con agua fría, si es posible con hielo (5). Al evaporarse el líquido, es impelido por el serpentín hasta que el frío lo condensa. Al convertirse en líquido, gotea en el vaso de precipitados (6) * Completa: El vino, mediante un procedimiento_____________________, se ha descompuesto en _______________________ y ________________________ .
3. Reacciones Químicas: Reacciones exotérmicas Las sustancias, al reaccionar químicamente entre sí, forman sustancias nuevas. ¿Qué es una reacción exotérmica? ________________________ Mezcla un poco de glicerina con permanganato. Revuelve con la cucharilla, y aparta la mezcla. Espera un tiempo y anota lo que sucede. Lo que sucede es ___________________________________________________ ___________________________________________________________________. La glicerina y el permanganato potásico reaccionan con una reacción _________________. 4. Reacciones Químicas: Reacciones endotérmicas ¿Qué es una reacción endotérmica? _____________________________________. Coloca 10 cc de agua en un tubo de ensayo. Comprueba la temperatura: _________. A continuación, disuelve alrededor de 2 gr. de nitrato de potasio. Anota la temperatura:____. ¿Qué tipo de reacción es la que originan el agua con el nitrato de potasio?: _________ ___________________________________________________________________. 5. Reacciones Químicas: Sustitución de elementos Cuando un ácido (como el vinagre o el limón) reacciona con un metal, los átomos de metal tienden a sustituir a los átomos de hidrógeno del ácido. El hidrógeno se escapa en forma gaseosa de la disolución. Unas veces es muy rápidamente, otras más lenta. Ahora vas a hacerlo tú. Vierte ácido clorhídrico en dos tubos y ácido sulfúrico en otros dos tubos de ensayo. Echa dentro de cada uno hierro y zinc (un poco nada más). Observa el resultado Lo que ocurre es que ________________________________________________ ___________________________________________________________________. Donde ocurre más rápido es en _______________________ con _________________. Donde lo hace más lento es en ______________________ con ___________________. 6. Reacciones Químicas: Formación de precipitados. Un precipitado se forma cuando dos sales solubles reaccionan entre sí, formando una sal que no lo es. Hay intercambio de elementos, y se forma una sustancia nueva que a veces resulta muy vistosa. Vas a fabricar algunos de estos precipitados. Disuelve en un tercio de tubo de ensayo una pizca de las siguientes sales: 1. nitrato de plata, 2. dicromato de potasio, 3. nitrato de plomo, 4. yoduro de potasio, 5. sulfato de cobre, y 6. carbonato de sodio. Mezcla 1 + 2, 3 + 4, 5 + 6. Anota lo que ocurre en cada tubo: SALES
CARACTERÍSTICAS DEL PRECIPITADO