Experimentación Asistida por Ordenador de Biología (PASCO) by elvira gonzalez

Selección de experiencias realizadas por Mª ELVIRA GONZALEZ ASESORÍA CIENCIAS DE LA NATURALEZA

Experiencia B01: Contenido Energético de los Alimentos Sensor de temperatura

Tema Bioquímica

DataStudio B01 Food Energy.DS

Equipo Necesario Sensor de Temperatura (CI-6505A) Balanza (SE-8723) Base y Soporte (ME-9355) Recipiente pequeño(vaso metálico) Abrazadera, bureta (SE-9446) Base para la comida Probeta graduada , 100 mL Aro

ScienceWorkshop (Mac) B02 Food Energy Cant. 1 1 1 1 1 1 1 1

ScienceWorkshop (Win) B02_FOOD.SWS

Equipo Necesario Tapón de goma agujereado Varilla para agitar Ropa protectora Reactivos y Consumibles Muestras de alimentos Cerillas Agua Astilla de madera

Cant. 1 2 Cant. 2 2 100 mL 2

IMAGINE LA SIGUIENTE SITUACIÓN

Un equipo deportivo de su escuela necesita saber qué clase de “aperitivo” puede proporcionarle mayor energía. El equipo solicita su ayuda. ¿Sabe determinar la cantidad de energía contenida en una muestra de comida? IDEAS PREVIAS

Todas las actividades humanas necesitan “quemar” comida para obtener energía. Cuando muestras de diferentes clases de alimentos se queman, ¿de cual de ellas se obtendrá una mayor cantidad de energía? 1. ¿Malvaviscos? ¿Cacahuetes? ¿Anacardos? ¿Palomitas de maíz?

1. ¿Cómo compararía las muestras de alimentos? 2. ¿Influye en algo la cantidad de muestra utilizada? 3. ¿Cómo influye el tiempo que tarda en quemarse la muestra? Anote sus respuestas en la sección Informe de Laboratorio.

FUNDAMENTO TEÓRICO

La combustión de un alimento permite calentar una cantidad conocida de agua, siendo la cantidad de calor desprendido en la combustión teóricamente igual a la cantidad de calor absorbido por el agua. La siguiente ecuación describe esta idea: Q = m × c × ∆T donde Q es la cantidad de calor, m es la masa del agua, c es el calor específico del agua, y ∆ T es el incremento de la temperatura del agua. El calor específico del agua es:

RECUERDE •

Siga cuidadosamente las instrucciones cuando manipule el equipo.

•

Tenga precaución al utilizar las cerillas y las astillas de madera.

•

Lleve siempre ropa protectora (ej. gafas, guantes, delantal).

OBJETIVO

En esta experiencia se debe quemar una muestra de comida situada debajo de un recipiente con agua para que se caliente. Utilice un sensor de temperatura para medir los cambios en la temperatura del agua a medida que se calienta. Utilice el DataStudio o el Science Workshop para registrar y analizar los datos. Compare las cantidades de calor desprendidas por las diferentes muestras.

PARTE I: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR

Conecte el interfaz al ordenador, encienda el ordenador y el interfaz.

Conecte la clavija DIN del Sensor de temperatura en el canal analógico A del interfaz.

Abra el archivo titulado:

•

DataStudio

ScienceWorkshop (Mac)

ScienceWorkshop (Win)

B01 Food Energy.DS

B02 Food Energy

B02_FOOD.SWS

El archivo DataStudio contiene una representación visual del Workbook. Lea las instrucciones en el Workbook. 3

•

El archivo Science Workshop contiene información numérica, información gráfica, y una Tabla de la temperatura frente al tiempo.

PARTE II: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO No se necesita calibrar el sensor de temperatura.

Monte el equipo tal y como se muestra en el dibujo.

Sitúe el fondo del recipiente unos 2,5 cm por encima del soporte para la comida. ¿Necesita medir la cantidad de agua que será calentada? ¿Necesita registrar la clase de comida? ¿Necesita medir la masa inicial de la muestra de comida que se quemará?

A LIN T E R F A Z

T A P Ó ND EG O M A A B R A Z A D E R A S E N S O RD ET E M P E R A T U R A V A R IL L A

A R O R E C IP IE N T E

M U E S T R AD EC O M ID A

B A S EP A R AL AC O M ID A

PARTE IIIA: REGISTRO DE DATOS

1. Comience a registrar los datos. 2. Encienda la astilla de madera con una cerilla y utilice la astilla para iniciar la combustión de la muestra de comida. Coloque rápidamente la muestra directamente bajo el centro del recipiente. Mantenga la muestra bajo el recipiente hasta que deje de arder.

PRECAUCION: Mantenga el pelo, la ropa y cualquier otro objeto alejado del fuego.

Mantenga el Sensor de temperatura en el agua al menos hasta 45 segundos después de que la muestra se apague. Remueva el agua hasta que la temperatura se estabilice. Deje de registrar datos cuando la temperatura se estabilice. ¿Necesita medir la masa final de la muestra de alimento después de quemarse?

Repita el proceso de registro de datos con la segunda muestra. Utilice una nueva cantidad de agua fría. ¿Qué medidas necesita registrar?

ANÁLISIS DE DATOS

Utilice los datos registrados para averiguar la variación de temperatura del agua calentada por la primera muestra. ¿Qué medidas necesita registrar?

Repita el análisis con la segunda serie de datos.

Calcule el calor, Q, absorbido por el agua para cada muestra. Recuerde la ecuación: Q = m × c × ∆T El calor específico del agua “c” es 4.18 J/g ° C. ¿Cómo convertiría el calor absorbido de Julios a kilojulios (kJ)?

Determine la masa de comida que ardió.

Calcule el contenido energético, o cantidad de calor (kJ) dividido entre la masa de comida quemada (gramos), para cada muestra. ¿Coinciden sus resultados con los del resto de su clase?

Anote sus resultados en el Informe de Laboratorio.

INFORME DE LABORATORIO Experiencia B01: Contenido Energético de los Alimentos

IDEAS PREVIAS

Todas las actividades humanas necesitan “quemar” comida para obtener energía. Cuando se queman muestras de diferentes clases de alimentos, ¿de cual de ellas se obtendrá mayor cantidad de energía?

Tabla de Datos Medida

Muestra 1 __________

Muestra 2 __________

Muestra 3 __________

Muestra 4 ___________

masa del recipiente vacío

masa del recipiente + agua

masa de agua

masa inicial, muestra + base

masa final, muestra + base

variación en la masa, muestra

temperatura inicial

ºC

temperatura final

ºC

variación en la temperatura ,T

ºC

calor, Q

kJ/g

contenido energético

Tabla de resultados de su clase: Contenido Energético Medio para cada clase de alimento. Clase de Alim. Contenido energético

Malvaviscos kJ/g

Cacahuetes kJ/g

Anacardos

Palomitas

kJ/g

CONCLUSIONES

1. ¿Qué alimento tiene mayor contenido energético?

2. ¿Qué alimento tiene menor contenido energético?

3. La energía contenida en los alimentos se expresa en una unidad específica denominada Caloría. Hay 4.18 kilojulios (o 4180 julios) en una Caloría. Basándose en el valor medio obtenido por los estudiantes de su clase para los cacahuetes, calcule el número de Calorías contenidas en un envase de 50 gramos de cacahuetes.

4. Dos de los alimentos utilizados en esta experiencia tienen un alto contenido en grasa (cacahuetes y anacardos), y dos tienen un alto contenido en azúcares (malvaviscos y palomitas de maíz). Basándose en sus resultados, ¿qué conclusión se obtiene sobre la energía relativa contenida en las grasas y en los azúcares?

5. ¿Qué consejo daría al equipo de deportes acerca del contenido energético de estos alimentos?

6. ¿Cree que toda la energía liberada por la combustión fue absorbida por el agua?

¿Por qué?

7. ¿Qué cambios realizaría en el procedimiento de esta experiencia?

Experiencia B02: Fermentación del Zumo de Uva

Sensor de Presión Absoluta, Sensor de temperatura

Tema Respiración celular

DataStudio B02 Fermentation. DS

Equipo Necesario Sensor de Presión Absoluta (CI6532) Sensor de Temperatura (CI-6505) Balanza (SE-8723) Vaso, 250 mL Conector (640-030) Matraz erlenmeyer, 250 mL Probeta Calentador eléctrico Agitador magnético y barra magnética

ScienceWorkshop (Mac) B03 Glycolysis

ScienceWorkshop (Win) B03_GLYC.SWS

Cant Equipo Necesario . 1 Tapón agujereado, para matraz 1 1 1 1 1 1 1 1

Cant. 1

Tubos (con sensor) Ropa protectora Reactivos y Consumibles Glicerina Zumo de uva Fluoruro sódico, sólido Papel Suspensión de levadura

Cant. 1 mL 300 mL 1g 1 20 mL

IDEAS PREVIAS

¿Cómo afecta a la presión interior de un recipiente cerrado que la levadura transforme la sacarosa del zumo de uva en etanol y dióxido de carbono? ¿Qué factores pueden alterar el ritmo de fermentación del zumo de uva y qué cambios se podrían observar si intervinieran estos factores? Anote sus respuestas en la sección Informe de Laboratorio.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Todas las formas de vida necesitan convertir o transformar moléculas orgánicas, como los azúcares ricos en energía, en formas de energía que puedan utilizarse para realizar el trabajo celular. La respiración celular está compuesta de Sacarosa reacciones químicas durante las cuales las moléculas se rompen CH OH para desprender energía. Hay dos tipos de respiración celular – CH OH O aeróbica y anaeróbica- y ambas comienzan por la glucólisis. Con O anterioridad a la glucólisis, la enzima invertasa divide una O molécula de sacarosa en glucosa y fructosa. Durante la glucólisis, Glucosa la glucosa se transforma en ácido pirúvico. Las células animales y La invertasa actúa aquí. algunos organismos unicelulares transforman el ácido pirúvico en ácido láctico (fermentación del ácido láctico). Algunas células vegetales y organismos unicelulares transforman el ácido pirúvico en etanol y dióxido de carbono (fermentación alcohólica). 2

CH2OH

Fructosa

En esta experiencia, las células de la levadura utilizan la fermentación para transformar los azúcares contenidos en el zumo de uva en energía utilizable y dióxido de carbono. Glucosa

( 6 carbonos ) Energía (2 ATP)

Glucólisis

Piruvato ( 3 carbonos ) Respiración Anaeróbica Celular

Fermentación del Ácido l áctico … o… Fermentación alcohólica Ácido láctico

Etanol + Dióxido de Carbono

Como en la mayoría de las reacciones biológicas, la respiración celular es controlada por una serie de enzimas (como la invertasa). Las enzimas que ayudan a este sistema de reacciones químicas son, a menudo, sensibles a las condiciones físicas y químicas como la temperatura y el PH. RECUERDE •

Utilizar ropa protectora mientras manipula los reactivos.

•

Seguir las instrucciones de uso del equipo.

•

Desechar adecuadamente todos los reactivos y soluciones.

OBJETIVO

Utilice el Sensor de presión para medir los cambios de la presión del interior de un recipiente que contiene una mezcla de levadura activada y zumo de uva. A continuación repita el procedimiento con una mezcla de levadura activada, zumo de uva y una pequeña cantidad de un reactivo (fluoruro sódico). Utilice el DataStudio o el Science Workshop para registrar y presentar los datos. Utilice el software para analizar los datos. PARTE I: CONFIGURACION DEL ORDENADOR

Conecte el interfaz del Science Workshop al ordenador, encienda el ordenador y el interfaz.

Conecte la clavija DIN del sensor de presión en el canal analógica A del interfaz.

Conecte la clavija DIN del sensor de temperatura en el canal analógico B del interfaz.

Abra el archivo titulado: DataStudio B02 Fermentation. DS

ScienceWorkshop (Mac) B03 Glycolysis

ScienceWorkshop (Win) B03_GLYC.SWS

•

El archivo DataStudio contiene el Workbook. Lea las instrucciones en el Workbook .

•

El archivo ScienceWorkshop contiene una representación gráfica de la presión frente al tiempo.

•

La recogida de datos del Sensor de presión será de una toma de datos cada cinco segundos.

NOTA: En el archivo DataStudio, la recogida de datos para el sensor de temperatura está fijada en dos tomas por segundo (o 2 Hz). En el Apéndice encontrará instrucciones sobre cómo configurar el Science Workshop para medir la temperatura.

PARTE II: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO Calibrado del Sensor •

No se necesita calibrar el Sensor de presión ya que se medirán las variaciones de la presión..

Prepare el zumo de uva

Vierta 150 mL de zumo de uva en un vaso. Sitúe el vaso sobre el calentador. Introduzca el Sensor de temperatura en el zumo de uva.

Encienda el calentador. Caliente el zumo hasta que alcance los 35ºc. Utilice el Software para mostrar la temperatura del zumo de uva.

•

Sugerencia: En el DataStudio, haga clic en ‘Monitor’ en el “Menú de

Experimento”. En el ScienceWorkshop, haga clic en el botón MON. Observe la temperatura en la información numérica.

No caliente el zumo de uva por encima de 40ºC. Las levaduras comenzarán a morir alrededor de 42ºC. La temperatura óptima para las levaduras está en 35ºC.

Montaje del Equipo

Vierta una gota de glicerina en el extremo alargado del conector 640-021 e introdúzcalo en uno de los extremos del tubo de plástico.

Vierta una gota de glicerina en el extremo más pequeño del conector 640-030

e introdúzcalo en el otro extremo del tubo de plástico. 5.

Vierta una gota de glicerina en el extremo más grande del conector 640-030 e introdúzcalo en el tapón agujereado.

Conecte el extremo libre del conector 640-021 al Sensor de presión mediante un movimiento rotatorio y aplicando una ligera presión. C O N E C TO R (640-030)

TA P Ó N A G U JE R EA D O

S e n s o r

Conexión Tubo

Conector ( 640-021 )

PARTE IIIA: RECOGIDA DE DATOS, ZUMO DE UVA Y LEVADURA

Retire el Sensor de temperatura del vaso. Dentro del Software, finalice la toma de datos de la temperatura del zumo de uva.

Vierta el zumo dentro del matraz e introduzca la barra magnética dentro del matraz.

Añada cuidadosamente 10 mL de suspensión de levadura (recuerde que la levadura está activa)

Cierre el matraz utilizando el tapón de goma. Aplique un movimiento rotatorio para lograr un ajuste óptimo. Sitúe el matraz sobre el agitador magnético. Encienda el agitador y ajústelo a una velocidad moderada.

Comience a recoger datos.

Barra magnética

Sensor de presión

Agitador Magnético

•

Sugerencia: En el DataStudio, haga click en el botón ‘Start’ ( Science Workshop, haga click en el botón ‘REC’ (

). En el

•

¿Qué pasa con la presión en el interior del matraz? ¿Qué piensa que hace la levadura con el zumo para producir este efecto?

•

Al principio, no habrá casi ningún cambio en la presión. Después de 5-10 minutos la presión comenzará a aumentar y continuará incrementándose a lo largo de la experiencia. La levadura está descomponiendo la sacarosa en otros derivados metabólicos incluyendo el CO2.

Permita que la levadura metabolice el zumo durante unos 40 minutos y entonces finalice la recogida de datos.

•

Asegúrese de haber finalizado la recogida de datos antes de destapar el matraz.

Deseche la mezcla de levadura y zumo según las instrucciones.

PARTE IIIB: RECOGIDA DE DATOS, ZUMO DE UVA, LEVADURA Y FLUORURO SÓDICO Prepare el zumo de uva y el fluoruro sódico

Vierta 150 mL de zumo en un vaso. Añada 1.0 g de fluoruro sódico.

Sitúe el vaso sobre el calentador. Introduzca el sensor de temperatura en el zumo.

Encienda el calentador. Caliente el zumo hasta 35ºC. Utilice el Software para mostrar la temperatura del zumo.

•

Sugerencia: En el DataStudio, haga click en ‘Monitor’ dentro del “menú de Experimento”. En el ScienceWorkshop, haga click en el botón MON. Observe la temperatura en la información numérica.

No caliente el zumo por encima de 40°C. Las levaduras comenzarán a morir alrededor de 42°C. La temperatura óptima para las levaduras está en torno a 35°C.

Recogida de Datos

Extraiga el Sensor de temperatura del vaso. En el software, termine de mostrar la temperatura del zumo.

Vierta la mezcla calentada en el matraz. Introduzca la barra magnética en el matraz.

Añada cuidadosamente 10 mL de suspensión de levadura. (Recuerde que la levadura está activa).

Cierre el matraz con el tapón agujereado. Aplique un movimiento rotatorio para conseguir un buen ajuste. Sitúe el matraz sobre el agitador magnético. Encienda el agitador y ajústelo a una velocidad moderada.

Comience la recogida de datos.

•

¿Qué ocurre con la presión en el interior del matraz?

Permita que la levadura metabolice el zumo durante unos 40 minutos y entonces finalice la recogida de datos.

•

Asegúrese de haber finalizado la recogida de datos antes de destapar el matraz.

Deseche la mezcla de zumo y levadura según las instrucciones.

Opcional •

Formando equipos de laboratorio pueden llevarse a cabo variaciones dentro de esta experiencia y los distintos resultados pueden compartirse y analizarse por toda su clase.

Cambie el nivel de pH:

Cambie el nivel de pH de la mezcla de zumo y levadura añadiendo 25 mL de cualquiera de las siguientes disoluciones a 125 mL de zumo de uva: (a) disolución tampón de pH 2, (b) disolución tampón de pH 3, (c) disolución tampón de pH 4, and (d) disolución tampón de pH 6. (e) disolución tampón de pH 10. 2.

Cambie el nivel de concentration:

Cambie el nivel de concentración de levadura mezclando 100 mL de agua y (a) 1 g, (b) 3 g, (c) 6 g, (d) 12 g, or (e) 20 g de levadura seca.

ANÁLISIS DE DATOS

Configure la información gráfica de manera que muestre sus datos.

Utilice la opción de estadística de la información gráfica para determinar la Presión final, la Presión inicial, el Tiempo final y el Tiempo inicial de la primera serie de datos. Sugerencia: En el DataStudio, haga click en el botón ‘Statistics’ del menú ( ) y seleccione ‘Show All’. En el ScienceWorkshop, haga click en el botón ‘Statistics’ para abrir el área estadística de la gráfica. Haga click en el botón ‘Statistics Menu’ (

) y seleccione ‘All of the Above’ en el menú Statistics.

Anote el valor mínimo de X de la Tabla de datos como Tiempo inicial en el Informe de Laboratorio. Anote el valor máximo de X como Tiempo final.

Anote el valor mínimo de Y como presión inicial en la Tabla de datos. Anote el valor máximo de Y como Presión final.

Determine la variación de la presión y anótelo en la Tabla de datos . Determine la variación del tiempo y anótelo en la Tabla de datos.

Determine la tasa de producción de dióxido de carbono de la levadura y anótelo en la Tabla de datos. Divida el incremento de la presión entre el incremento del tiempo. Tasa de producción de dióxido de = Presión final - Presión inicial Tiempo final - Tiempo inicial carbono

Repita el procedimiento con la segunda serie de datos (zumo de uva y fluoruro sódico). .

Opcional

Recoja los datos de otros experimentos de su clase y anótelos. Determine la tasa de producción de dióxido de carbono para cada uno de esos experimentos. Anote sus resultados en la sección Informe de Laboratorio.

Informe de Laboratorio Experiencia B02: Fermentación del zumo de uva

¿Cómo afecta a la presión interior de un recipiente cerrado que la levadura transforme la sacarosa del zumo de uva en etanol y dióxido de carbono? A medida que la levadura transforma el azúcar en etanol y dióxido de carbono, aumentará la presión en el interior del recipiente cerrado.

¿Qué factores pueden alterar el ritmo de fermentación del zumo de uva y qué cambios podrían observarse si intervinieran esos factores? Las respuestas serán variadas. La levadura necesita un medio óptimo para vivir y desarrollar actividades respiratorias. Si se cambia el medio a otro menos óptimo, la tasa de fermentación se reducirá. La levadura prospera a unos 35ºC y en una franja estrecha de pH en torno al pH 7. Tabla de Datos Medida

Ensayo inicial

Con NaF

Con pH = 10

Tiempo inicial

min

Tiempo final

min

Variación del tiempo

Min

min

Presión inicial

kPa

Presión final

kPa

Variación de la Presión

kPa

Producción de CO2/min

kPa/min

CUESTIONES

¿Cuál es la tasa de producción de dióxido de carbono para la mezcla de zumo y levadura?

Las respuestas serán variadas. En este caso, la tasa de incremento de la presión del dióxido de carbono está alrededor de 0.798 Pa/min. 2.

¿Qué ocurre con la tasa de producción de dióxido de carbono dentro del matraz cuando se añade fluoruro sódico?

El fluoruro sódico es un inhibidor muy eficaz y no debería haber ningún cambio de importancia

en la presión. En el caso de la muestra, la tasa fue solamente 0.015 kPa/mín.

AP É N DICE Configuración de ScienceWorkshop

Configure el archivo ScienceWorkshop de modo que muestre la temperatura a medida que se calienta el zumo de uva. Calibrado del Sensor

En la ventana “Experiment Setup”, pinche y arrastre la clavija del sensor analógico al Canal B. Seleccione “Temperature Sensor” de la lista de sensores. Haga clic en “OK” para

regresar a la ventana “Experiment Setup”. Configuración de la pantalla

En la ventana “Experiment Setup”, pinche y arrastre el icono de información numérica al icono del Sensor de Temperatura.

Sitúe las ventanas de modo que pueda ver la información numérica de la temperatura.

Tiempo estimado

Preparación: 30 min

Actividad: 50 min

OBJETIVO

Los estudiantes deberán: •

Utilizar el Sensor de presión para medir el cambio de presión en el interior de un recipiente cerrado en el que se está fermentando zumo de uva con la levadura activa.

•

Calcular la tasa de fermentación.

•

Comparar la tasa de fermentación cuando se añade un inhibidor a la mezcla de zumo de uva y levadura y la tasa de fermentación sin inhibidor.

NOTAS Esta experiencia es una adaptación de la experiencia desarrollada por Tom Russo, Theta Technologies, 203 Bluegrass Ave, Suite 179H, Southgate, KY 41071 USA, (606) 4414768. RECUERDE Los materiales biológicos y químicos empleados en esta experiencia no son peligrosos. La levadura y soluciones pueden desecharse por el desagüe con un poco de agua del grifo. Deje correr el agua durante un minuto. La presión en el interior del recipiente cerrado puede incrementarse en una atmósfera. Incluso si el tapón está firmemente fijado en el matraz puede salir disparado. Recuerde a los estudiantes que deben mantener la cara alejada del matraz. Preparación de la suspensión de levadura

Prepare la suspensión de levadura antes de comenzar la clase de modo que el procedimiento de recogida de datos sea más rápido. Si la suspensión de levadura se prepara con suficiente tiempo, los cambios de presión en el interior del recipiente comenzarán nada más introducir la suspensión en el recipiente.

Realice un cultivo de levadura activa unos 30 minutos antes del comienzo de la clase. •

Para una sola clase, añada 150 ml de agua templada (30 ó 35ºC) a un paquete de levadura (7 a 9 gramos) y un gramo de sacarosa (azúcar). Remueva minuciosamente para que la levadura se mezcle bien con los otros componentes.

•

La levadura se activará en 5 ó 10 minutos y comenzará a metabolizar la pequeña cantidad de azúcar que se añadió. Sabrá que la levadura se ha activado cuando se comience a genera espuma y los gases liberados tengan un fuerte olor a levadura.

Experiencia B03: Efecto de la Temperatura en la Levadura Sensor de presión, Sensor de temperatura

Tema Respiración celular

DataStudio B03 Yeast. DS

Equipo necesario Sensor de presión (CI-6532) Sensor de temperatura (CI-6505) Base y soporte (ME-9355) Recipiente, 250 mL Recipiente, 600 mL Abrazadera y bureta (SE-9446) Conector (con sensor) Junta (con sensor) Calentador eléctrico Pipeta, 10 mL (o mayor) Tapón agujereado Tubo de ensayo, 18 por 150 mm

ScienceWorkshop (Mac) Ver Apéndice

Cant. 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1

ScienceWorkshop (Win) Ver Apéndice

Equipo necesario Termómetro (SE-9084) Tenazas Tubos (con sensor) Ropa protectora Reactivos y Consumibles Recipiente con aislante Glicerina Solución de glucosa Aceite vegetal Suspensión de levadura Agua fría Agua caliente

Cant. 1 1 1 Cant. 1 1 mL 2,5 mL 1 mL 3,5 mL 500 mL 500 mL

IDEAS PREVIAS

Cuando se utiliza levadura para fermentar el pan, la masa se introduce en un lugar caliente para que aumente su volumen antes de cocinarla. Cuando se envejece el vino. Los barriles se almacenan en habitaciones cuya temperatura está controlada o en silos subterráneos donde la temperatura varía muy poco. ¿Cómo afecta la temperatura a la tasa de respiración celular anaeróbica (fermentación) de la levadura? Anote su respuesta en la sección Informe de Laboratorio.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Los organismos cuya temperatura corporal viene determinada por su entorno se denominan ectotermos. Las células de levadura son un ejemplo de esta clase de organismos. La temperatura de su entorno puede determinar su metabolismo. Los panaderos saben que si la levadura que utilizan para fermentar no se caliente correctamente, esta no podrá transformar el azúcar en dióxido de carbono y otros productos metabólicos lo suficientemente rápido como para aumentar el volumen de la masa. Cuando la levadura descompone la glucosa anaeróbicamente (sin oxígeno), se libera alcohol etílico (etanol) y dióxido de carbono. C6H12O6 → 2CH3CH2OH + 2CO2 Como la levadura descompone la glucosa dentro de un recipiente cerrado, el dióxido de carbono que se libera aumenta la presión interior del recipiente. RECUERDE •

Utilizar siempre ropa protectora cuando manipule los reactivos ·

•

Seguir las instrucciones de uso del equipo.

•

Desechar adecuadamente todos los reactivos y soluciones.

PROCEDIMIENTO

Comience calentando agua, necesitará: un calentador, un recipiente (600 ml) y agua.

Vierta unos 200 ml de agua en un recipiente y sitúelo sobre el calentador. Encienda el calentador para que el agua se caliente hasta unos 65ºC. Utilice un termómetro para ver el progreso mientras monta el resto del equipo.

Utilice el Sensor de presión para medir los cambios de la presión en el interior de un tubo de ensayo que contenga una mezcla de levadura y solución de glucosa que se mantiene a una temperatura determinada al “baño María”. Utilice el Sensor de temperatura para ver la temperatura del agua mientras mide la presión. Utilice el DataStudio o el ScienceWorkshop para registrar y mostrar los datos. Utilice el software para analizar los datos. Compare los resultados obtenidos a diferentes temperaturas.

PARTE I: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR

Conecte la interfaz del ScienceWorkshop al ordenador, encienda la interfaz y el ordenador.

Conecte la clavija DIN del Sensor de presión al canal analógico A del interfaz.

Conecte la clavija DIN del Sensor de temperatura al canal analógico B del interfaz.

Abra el archivo titulado: DataStudio B03 Yeast. DS

ScienceWorkshop (Mac) Ver Apéndice

ScienceWorkshop (Win) Ver Apéndice

•

El archivo DataStudio contiene el Workbook. Lea las instrucciones en el Workbook. El archivo contiene una gráfica de la presión frente al tiempo e información numérica de la presión y la temperatura.

•

La recogida de datos está fijada a una toma cada dos segundos y finalizará automáticamente pasados 900 segundos (15 min).

NOTA: Lea el apéndice del final para tener instrucciones sobre cómo configurar un archivo de ScienceWorkshop.

PARTE II: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO Calibrado del Sensor •

No se necesitan calibrar los sensores en esta actividad.

Montaje del equipo

Vierta una gota de glicerina en el extremo alargado del conector 640-021 e introdúzcalo en uno de los extremos del tubo de plástico.

Vierta una gota de glicerina en el extremo más pequeño del conector 640-030 e introdúzcalo en el otro extremo del tubo.

Q UIC K-RELEAS E C O NNEC TO R (640-02 1)

C O NNEC TO R (640 -0 30)

Vierta una gota de glicerina en el extremo más grande del conector 640-030 e introdúzcalo en el tapón agujereado.

CONECTOR (640-030)

TAPÓN AGUJEREADO

Prepare el “baño María” para la levadura

•

En esta parte de la experiencia se necesitará: un vaso aislado, un recipiente (250 ml), un recipiente con agua caliente, un recipiente con agua fría, una pipeta, las tenazas y el Sensor de temperatura.

El agua del “baño María” se mantendrá a una temperatura determinada. Utilice el “baño María” para mantener la levadura a una temperatura constante. 1.

Introduzca el vaso aislado en el recipiente de 250 ml. Introduzca el Sensor de temperatura en el vaso. Mezcle agua caliente y fría en el vaso hasta que la mezcla alcance la temperatura que se le indique.

¡PRECAUCIÓN! Utilice las tenazas para manipular el recipiente con agua caliente. 2.

Utilice el software para mostrar la temperatura del agua. (Sugerencia: en el DataStudio, haga clic en el botón “Monitor” dentro de “Experiment Menu”. En el ScienceWorkshop, haga clic en el botón “MON”. Vigile la temperatura en la información numérica.

Llene el vaso a unas tres cuartas partes de su capacidad. (Nota: Utilice la pipeta para añadir o retirar pequeñas cantidades de agua con el fin de mantener el agua a la temperatura indicada).

NOTA: Después de mezclar el agua fría y caliente para alcanzar la temperatura indicada, vuelva a situar el recipiente con agua caliente sobre el calentador y añada más agua si es preciso.

Incube la levadura

Vierta 2,5 mL de solución de glucosa en un tubo de ensayo limpio.

Remueva suavemente la suspensión de levadura y añada 2,5 ml de la solución de glucosa.

Vierta suficientes gotas de aceite vegetal en el tubo de ensayo que contiene la mezcla para que forme una película que cubra la superficie de la mezcla.

Utilice la abrazadera para sostener el tubo de ensayo al “baño María” de modo que el agua cubra al menos la mitad del tubo de ensayo.

Incube la mezcla de levadura y glucosa al “baño María” durante 10 minutos. Utilice el software para mostrar la temperatura. Si necesita añadir agua caliente o fría para aumentar o disminuir la temperatura del “baño María”, retire tanta agua como sea preciso para mantener el nivel. (Sugerencia: Utilice la pipeta para añadir o retirar el agua .)

PARTEIII: RECOGIDA DE DATOS, SUSPENSIÓN DE LEVADURA Y SOLUCIÓN DE GLUCOSA

En el software, finalice el muestreo de temperatura. Sugerencia: haga clic en “Parar”(

)o(

Cierre el tubo de ensayo con el tapón agujereado. Aplique un movimiento rotatorio para conseguir un buen ajuste. Tubo hacia sensor de

Tubing presión to Pressure Sensor Tapón agujereado

Stopper

Conecte el extremo libre del conector 640-021 al Sensor de presión mediante un movimiento rotatorio y aplicando una ligera presión hasta que suene un “clic”. Sensor

conector Pressure port

tubería

Tubing

Quick release Enchufe rápido connector

Comience la recogida de datos. Sugerencia: En el DataStudio, haga clic en el botón “Start” (

). En el ScienceWorkshop, haga clic en el botón‘REC’ (

•

Continúe observando la información numérica de la temperatura del “baño María”. No deje que la temperatura varíe más de uno o dos grados. Si necesita añadir agua, retire la misma cantidad para que el agua no rebose.

Deje que la levadura se metabolice durante unos 15 minutos y entonces finalice la recogida de datos.

•

Asegúrese de finalizar la recogida de datos antes de destapar el tubo de ensayo.

Deseche la mezcla de levadura y glucosa según las instrucciones.

ANÁLISIS DE DATOS

Configure la información gráfica de manera que muestre sus datos.

Utilice la opción de estadística de la información gráfica para determinar la tasa respiratoria.

Sugerencia: Determine la curva de la presión frente al tiempo. En el DataStudio, haga clic en el botón “Fit”( ) y seleccione “Linear”. La fórmula del mejor ajuste lineal aparece junto a la gráfica. En el ScienceWorkshop, haga clic en el botón “Estadísticas” para abrir el área estadística de la gráfica. Haga clic en el

botón “Menú de estadísticas”( ) y seleccione “Ajuste de curva, Ajuste lineal”. La fórmula del mejor ajuste lineal aparece en el área de estadística. Registre la temperatura del “baño María” y la tasa respiratoria (representación de la curva de presión frente al tiempo). Registre también los datos obtenidos por otros grupos de trabajo con diferentes temperaturas.

Opcional

10. 5.

Utilice los datos obtenidos por otros grupos para crear una gráfica de la tasa respiratoria (kPa/min) frente a la temperatura (ºC). Sugerencia: Lea las instrucciones al final del Informe de Laboratorio. Anote sus resultados en la sección Informe de Laboratorio.

Informe de Laboratorio

Experiencia B03: Efecto de la Temperatura en la Levadura

Cuando se utiliza levadura para fermentar el pan, la masa se introduce en un lugar caliente para que aumente su volumen antes de cocinarla. Cuando se envejece el vino, los barriles se almacenan en habitaciones cuya temperatura está controlada o en silos subterráneos donde la temperatura varía muy poco. ¿Cómo afecta la temperatura a la tasa de respiración celular anaeróbica (fermentación) de la levadura?

Las respuestas serán variadas. Basándose en su experiencia de la actividad anterior (Fermentación del Zumo de Uva), los estudiantes determinarán que la tasa máxima de respiración estará sobre los 35ºC, y que la tasa será siempre menor por encima o por debajo de esa temperatura. La “tasa” de respiración será máx. alrededor de los 35ºC. Tabla de Datos 1

Temperatura (ºC)

Velocidad de respiración (kPa/min)

Tabla de Datos 2 (Datos de su clase)

Temperatura (ºC)

Velocidad de respiración (kPa/min)

10 20 30 40 50 60

CONCLUSIONES

Basándose en sus resultados y en los obtenidos por otros grupos, ¿afecta la temperatura a la levadura? Justifique su respuesta.

¿A qué temperatura alcanza la levadura su tasa máxima de respiración?

¿Qué ocurre con la tasa de respiración a una temperatura elevada? ¿Qué piensa que motiva este efecto?

¿Qué objetivo tiene el aceite vegetal que se vierte sobre la mezcla de glucosa y levadura en el tubo de ensayo?

Basándose en sus resultados, la siguiente afirmación sería verdadera o falsa: “El metabolismo de los ectotermos normalmente se duplica con cada 10ºC de aumento en la temperatura de su entorno”.

Realice una gráfica de la respiración frente a la temperatura

En el DataStudio, haga lo que se indica: Seleccione ‘New Empty Data Table’ dentro de “Experiment menu”. Aparecerán dos columnas denominadas “X” e “Y” y el valor de la primera celda de la columna “X” aparece destacado. Para cambiar las etiquetas de columna predeterminadas, haga doble clic en ‘Editable Data’ en la lista “Data” para abrir la ventana “Data Properties”.

En la ventana “Data Properties”, cambie la etiqueta “Y” por “Velocidad de respiración” y las unidades a “kPa/min”.

Haga clic en “X Label”. Cambie la etiqueta “X” por “Temperatura” y las unidades a “ºC”. Haga clic en “OK” para regresar a la tabla. Dentro de la tabla, introduzca la primera temperatura de los datos de su clase, presione <enter> e introduzca el primer valor de la velocidad de respiración obtenido por su clase. Presione <tab> para desplazarse a la segunda fila. Introduzca el resto de valores “Temperatura- Tasa de respiración”. Después de introducir sus datos, haga clic en la herramienta “Edit” ( herramientas.

) de la barra de

Pinche y arrastre “Graph” de la lista “Displays” hasta ‘Data’ en la lista “Data”. Pinche y arrastre ‘Graph’ hasta ‘Data’ hasta‘Data’.

En el ScienceWorkshop, haga lo que se indica: Seleccione la ventana “Notas” del menú de experimento, introduzca los valores de temperatura y tasa de respiración de la siguiente forma: ‘Temperatura’ <tab> ‘Tasa de respiración’ <enter> Después de haber introducido todos los valores, elija “Todo” en el menú “Editar” para destacar todos los valores. Entonces seleccione “Copiar” en el menú “Editar”. Haga clic en la ventana “Configuración del experimento” para activarla. Seleccione “Paste” en el menú “Editar” para abrir la ventana “Información de Datos Caché”

Introduzca “Tasa de respiración” como nombre largo, “Respiración” como nombre corto, “kPa/min” como unidades y haga clic en “OK”. Haga clic en “Información gráfica” para activarla. Haga clic en el botón “Menú del Canal A” (

) y seleccione “Datos caché, Tasa de respiración”.

AP É N D ICE Configuración de ScienceWorkshop

Cree un archivo de ScienceWorkshop para medir la presión y mostrar la temperatura. Calibrado del Sensor

En la ventana “Configuración del experimento”, pinche y arrastre la clavija del Sensor analógico al Canal A. Seleccione “Sensor de presión absoluta” de la lista de sensores. Haga clic en “OK” para regresar a la ventana “Configuración del experimento”.

En la ventana “Configuración del experimento”, pinche y arrastre la clavija del Sensor analógico al Canal B. Seleccione “Sensor de temperatura” de la lista de sensores. Haga clic en “OK” para regresar a la ventana “Configuración del experimento”.

Opciones de muestreo

Haga clic en “Opciones de muestreo” en la ventana “Configuración del experimento” o seleccione “Opciones de muestreo” del menú “Experimento” para abrir la ventana “Opciones de muestreo”. Bajo “Muestras periódicas” haga clic en “Lento” y entonces haga clic en la flecha izquierda para ajustar el ritmo de toma de datos en “2s” (una toma cada dos segundos).

Bajo “Condición de finalización” haga clic en “Tiempo”. Escriba “900” como cantidad de tiempo. Haga clic en “OK” para regresar a la ventana “Configuración del experimento”. Configuración de la Información

En la ventana “Configuración del experimento”, pinche y arrastre el icono de información gráfica hasta el icono del Sensor de presión.

En la ventana “Configuración del experimento”, pinche y arrastre el icono de información numérica al icono del Sensor de temperatura.

Sitúe las ventanas de modo que se pueda ver la información numérica de la temperatura.

Experiencia B04 : Actividad de la Enzima Catalasa

Sensor de presión

Tema Bioquímica – enzimas

DataStudio B04 Catalase.DS

Equipo necesario Sensor de Presión – Abs. (CI- 6532) Balanza (SE- 8723) Recipiente , 600 ml Conector (640- 030) Matraz erlenmeyer , 250 ml Probeta, 100 mL Calentador eléctrico Agitador magnético y barra magnética Tapón agujereado Tubo de ensayo Tenazas Tubo (w/ sensor)

ScienceWorkshop (Mac) B05 Catalase Activity Cant. 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

ScienceWorkshop (Win) B05_CATA.SWS

Equipo necesario Ropa protectora

Cant. PS

Reactivos y consumibles Extracto de hígado de pollo Glicerina Ácido clorhídrico (HCl), 1 M Peróxido de hidrógeno, 3% Hielo picado Fluoruro de sodio, sólido Hidróxido de sodio (NaOH), 1 M Agua Agua destilada

Cant. 12 ml 1 ml 10 ml 100 ml 500 ml 0.1 g 10 ml 500 ml 500 ml

IDEAS PREVIAS

¿ Qué factores pueden influir en la velocidad de la actividad enzimática en un organismo? Anote su respuesta en la sección Informe de Laboratorio.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Las enzimas son unas importantes moléculas que se encuentran en todas las células. Las enzimas generalmente actúan como catalizadores aumentando la velocidad de las reacciones por las cuales las sustancias contenidas en la célula se transforman en otras sustancias. Sin las enzimas algunas reacciones podrían llevarse a cabo muy lentamente e incluso no llevarse a cabo. Cada enzima tiene una función diferente y se necesitan muchas enzimas actuando juntas para mantener un organismo vivo y saludable. En el hígado, por ejemplo, hay muchas enzimas que actúan sobre ciertos tóxicos o compuestos venenosos extrayendo átomos de hidrógeno de los compuestos venenosos y transfiriéndolos a moléculas de oxígeno. Esto desactiva el veneno pero crea un nuevo compuesto, el peróxidode hidrógeno (H2O2) que es muy activo y puede ser dañino para el organismo. Afortunadamente, hay otra enzima en el hígado que ayuda a descomponer el peróxido en agua y oxígeno. Esta enzima es conocida como catalasa. La enzima catalasa reduce el sustrato, peróxido, en agua y oxígeno mediante la siguiente reacción de descomposición:

Catalasa

2H 2 O 2  2H 2 O + O 2 (gas)   → sustrato

enzima

productos

Como todas las enzimas, la catalasa ayuda a la reacción pero no es parte de ella. Al igual que otras enzimas, la catalasa debe tener un ambiente apropiado para trabajar. Las enzimas de tu cuerpo , por ejemplo, trabajan mejor cuando la temperatura de tu cuerpo es normal ( sobre 37ºC ) y cuando el pH está entre 7.3 y 7.4. Si las condiciones del medio están fuera de los rangos normales, la catalasa perderá su capacidad para catalizar la reacción del peróxido o incluso será destruida. Puesto que la disolución del peróxido de hidrógeno produce oxígeno ¿cómo puede medirse la velocidad de producción de ese gas? Anote su respuesta en la sección Informe de Laboratorio. RECUERDE: •

Utilizar ropa protectora mientras manipula los reactivos.

•

Seguir las instrucciones de uso del equipo.

•

Desechar adecuadamente todos los reactivos y disoluciones.

PROCEDIMIENTO

Utilice el sensor de presión para medir los cambios de la presión interior de un matraz que contiene peróxido de hidrógeno y una fuente de enzima catalasa. Después de medir la velocidad de actividad de la catalasa y el peróxido de hidrógeno, compare la velocidad de actividad de la mezcla bajo tres condiciones diferentes: cambiando el pH, cambiando la temperatura y en presencia de un inhibidor (fluoruro sódico). Utilice DataStudio o ScienceWorkshop para recoger y analizar los datos.

PARTE I : CONFIGURACI ÓN DEL ORDENADOR

Conecte el interfaz del ScienceWorkshop al ordenador, encienda el ordenador y el interfaz.

Conecte la clavija DIN al sensor de presión en el CANAL ANALÓGICO A del interfaz.

Abra el archivo titulado:

DataStudio B04 Catalase DS

ScienceWorkshop (Mac) B05 Catalase Activity

ScienceWorkshop (Win) B05_CATA SWS

•

El archivo DataStudio contiene el Workbook. Lea las instrucciones en el Workbook. El archivo contiene una gráfica de la presión frente al tiempo e información numérica de la presión.

•

El documento ScienceWorkshop se abre con una gráfica de la presión ( kPa ) frente al tiempo ( s ).

•

La recogida de datos está fijada a una toma por segundo finalizando ésta a los 150 s.

PARTE II: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO

CALIBRADO DEL SENSOR : •

No se necesita calibrar el sensor de presión para esta experiencia ya que medirá los cambios de la presión.

Hervir agua :

Vierta 500 mL de agua en el recipiente y ponga el recipiente en el calentador eléctrico. Comience a calentar el agua hasta el punto de ebullición.

MONTAJE DEL EQUIPO :

Vierta una gota de glicerina en el extremo alargado del conector e introdúzcalo en uno de los extremos del tubo de plástico.

Vierta una gota de glicerina en el extremo más pequeño del conector e introdúzcalo en el otro extremo del tubo de plástico.

Enchufe rápido

Q U IC K-R ELEAS E C O N N EC TO R (6 40 -02 1)

C O NN EC TO R (6 40 -03 0)

Vierta una gota de glicerina en el extremo más grande del conector e introdúzcalo en el tapón agujereado.

Cuidadosamente introduzca una barra magnética en el matraz y sitúe el matraz sobre el agitador magnético.

CONECTOR (640-030)

TAPÓN DE GOMA

PARTE III : RECOGIDA DE DATOS

•

La recogida de datos se divide en seis partes :

Parte

Descripción

Parte

Descripción

Catalasa + Peróxido de hidrógeno

Catalasa + Peróxido de hidrógeno + Ácido

Catalasa + Peróxido de hidrógeno

Catalasa helada + Peróxido de hidrógeno

Catalasa caliente + Peróxido de hidrógeno

+ Inhibidor C

Catalasa + Peróxido de hidrógeno + Base

PARTE III A: CATALASA +PERÓXIDO DE HIDRÓGENO

Prepare la mezcla :

Vierta 15 mL de peróxido de hidrógeno al 3% en una probeta de 100 mL. Rellene la probeta con 85 mL de agua destilada.

Transfiera la solución de peróxido diluido al matraz.

Encienda el agitador magnético.

Añada 2 mL de extracto de catalasa a la solución de peróxido diluido en el matraz.

Cierre el matraz con el tapón agujereado. Sensor Tubo

Conector

Conecte el extremo libre del conector al sensor de presión mediante un movimiento rotatorio y aplicando una ligera presión.

Recogida de datos:

Comience a recoger datos ( en el DataStudio haga clic en el botón “START” o haga clic en el botón “REC” en el ScienceWorkshop.)

•

La recogida de datos finalizará automáticamente a los 150 segundos.

Limpieza :

Desconecte el tubo del sensor de presión. Retire el tapón agujereado del matraz.

Deseche la mezcla de peróxido según las instrucciones y limpie el matraz minuciosamente.

PARTE III B: CATALASA + PERÓXIDO DE HIDRÓGENO + I NHIBIDOR

Haga una predicción :

¿ Qué efecto piensa que se producirá en la capacidad de la enzima para catalizar la ruptura del peróxido si se añade un inhibidor al peróxido de hidrógeno ? Anote su predicción y una breve explicación en el Informe de Laboratorio. Prepare la mezcla :

Repita el proceso de recogida de datos. Vierta 100 mL de solución de peróxido diluido en el matraz. Introduzca la barra magnética.

Vierta 0.1 gramos de fluoruro sódico en la solución de peróxido y añada 2 mL de extracto de catalasa al matraz y tápelo con el tapón agujereado.

Vuelva a conectar el tubo del sensor de presión.

Recogida de datos :

Comience a recoger datos.

•

La recogida de datos finalizará automáticamente a los 150 segundos.

Limpieza :

Desconecte el tubo del sensor de presión. Retire el tapón agujereado del matraz.

Deseche la mezcla de peróxido según las instrucciones y limpie el matraz minuciosamente.

PARTE III C: CATALASA + PERÓXIDO DE HIDRÓGENO + BASE

Haga una predicción:

¿ Qué efecto piensa que se producirá en la capacidad de la enzima para catalizar la ruptura del peróxido si se añade una base al peróxido de hidrógeno ? Anote su predicción y una breve explicación en el Informe de Laboratorio. 38

Prepare la mezcla :

Repita el proceso de recogida de datos. Vierta 100 mL de solución de peróxido diluido en el matraz. Introduzca la barra magnética.

Añada10 mL de hidróxido sódico (NaOH) 1 Molar al peróxido para incrementar el pH antes de añadir la catalasa. Añada 2 mL de extracto de catalasa al matraz y tápelo con el tapón agujereado.

Vuelva a conectar el tubo al sensor de presión.

Recogida de datos :

Comience la recogida de datos.

•

La recogida de datos finalizará automáticamente a los 150 segundos.

Limpieza :

Desconecte el tubo del sensor de presión. Retire el tapón agujereado del matraz.

Deseche la mezcla de peróxido según las instrucciones y limpie el matraz minuciosamente.

PARTE III D: CATALASA + PERÓXIDO DE HIDRÓGENO + ÁCIDO Haga una predicción:

¿ Qué efecto piensa que se producirá en la capacidad de la enzima para catalizar la ruptura del peróxido si se añade un ácido al peróxido de hidrógeno ? Anote su predicción y una breve explicación en el Informe de Laboratorio. Prepare la mezcla :

Repita el proceso de recogida de datos. Vierta 100 mL de solución de peróxido diluido en el matraz. Introduzca la barra magnética.

Añada 10 mL de ácido clorhídrico (HCl) 1 Molar al peróxido para diluir el pH antes de añadir la catalasa y añada 2 ml de extracto de catalasa en el matraz y tápelo con el tapón agujereado.

Vuelva a conectar el tubo al sensor de presión.

Recogida de datos :

Comience la recogida de datos.

•

La recogida de datos finalizará automáticamente a los 150 segundos.

Limpieza :

Desconecte el tubo del sensor de presión. Retire el tapón agujereado del matraz.

Deseche la mezcla de peróxido según las instrucciones y limpie el matraz minuciosamente.

PARTE III E: CATALASA HELADA + PERÓXIDO DE HIDRÓGENO Haga una predicción :

¿ Qué efecto piensa que se producirá en la capacidad de la enzima para catalizar la ruptura del peróxido si disminuye la temperatura ? Anote su predicción y una breve explicación en el Informe de Laboratorio. Prepare la mezcla :

Repita el proceso de recogida de datos. Vierta el 100 mL de solución de peróxido diluido en el matraz. Introduzca la barra magnética.

Vierta 2 mL de extracto de catalasa en el tubo de ensayo. Ponga el tubo de ensayo en el recipiente y rodéelo de hielo troceado. Deje que el tubo de ensayo se enfríe durante 5 minutos.

Vierta el extracto de catalasa helada en el matraz y tápelo con el tapón agujereado.

Vuelva a conectar el tubo al sensor de presión.

Recogida de datos :

Comience la recogida de datos.

•

La recogida de datos finalizará automáticamente a los 150 segundos.

Limpieza :

Desconecte el tubo del sensor de presión. Retire el tapón agujereado del matraz.

Deseche la mezcla de peróxido según las instrucciones y limpie el matraz minuciosamente.

PARTE III F: CATALASA CALIENTE + PERÓXIDO DE HIDRÓGENO

Haga una predicción:

¿ Qué efecto piensa que se producirá en la capacidad de la enzima para catalizar la ruptura del peróxido si hervimos la catalasa ? Anote su predicción y una breve explicación en el Informe de Laboratorio. Prepare la mezcla :

Repita el procedimiento de recogida de datos. Vierta 100 ml de solución de peróxido diluido en el matraz. Introduzca la barra magnética.

Vierta 2 ml de extracto de catalasa en el tubo de ensayo. Utilice las tenazas para sostener el tubo de ensayo dentro del recipiente de agua hirviendo. Deje que el tubo de ensayo se caliente durante 5 minutos.

Añada el extracto de catalasa caliente al matraz y tápelo con el tapón agujereado.

Vuelva a conectar el tubo al sensor de presión.

Recogida de datos :

Comience la recogida de datos.

•

La recogida de datos finalizará automáticamente a los 150 segundos.

Limpieza :

Desconecte el tubo del sensor de presión. Retire el tapón agujereado del matraz.

Deseche la mezcla de peróxido según las instrucciones y limpie el matraz minuciosamente.

ANÁLISIS DE DATOS

Configure la información gráfica de manera que muestre sus datos.

•

Sugerencia: El DataStudio muestra automáticamente las 6 series de datos. En el ScienceWorkshop, siga el siguiente procedimiento para situar las series de datos en la parte superior, dos series en el medio y dos series en la parte inferior.

•

Haga clic en el botón ‘Add Plot Menu’ ( ) para añadir una segunda representación a la ventana gráfica. Seleccione Canal Analógico A del menú Add Plot .

•

Haga de nuevo clic en el botón ‘Add Plot Menu’ para añadir una tercera representación a la ventana gráfica. Seleccione Canal Analógico A del menú Add Plot.

•

Haga clic en el botón ‘DATA Menu’ ( ) de la representación superior.Seleccione serie #1 del DATA Menu. Repita el proceso para seleccionar serie #2.

•

Haga clic en el botón ‘DATA Menu’ de la representación de la parte media. Seleccione No Data.

•

Utilice el Data Menu en la segunda representación para seleccionar serie #3 y después serie #4.

•

Haga clic en el botón ‘DATA Menu’ de la representación inferior. Utilice el Data Menu para añadir la serie #5 a la representación.

Utilice la acción de estadística de la información gráfica para determinar la presión mínima y la presión máxima en cada serie de datos.

•

Sugerencia : En el DataStudio, haga clic en el botón ‘Statistics Menu’ ( Las estadísticas predeterminadas son “mínimo“ y “máximo”. Los valores aparecen en el área de información. En el ScienceWorkshop, haga clic en el botón ‘estadísticas’ ( área de estadística.

Haga clic en el botón ‘Menú de estadísticas’ ( menú. Repita el proceso y seleccione ‘mínimo’.

) para abrir el

) y seleccione ‘máximo’ en el

Registre la presión mínima como la presión inicial y la presión máxima como la presión final.

Determine la diferencia de la presión.

Calcule la actividad enzimática. Divida la diferencia de presión por el tiempo (en minutos). Activ. enzimática

medida por la velocidad. de prod. de oxígeno

Presión final

- Presión inicial 2.5 minutos -

Anote sus resultados en la sección Informe de Laboratorio.

Informe de Laboratorio Experiencia B04: Actividad enzimática

IDEAS PREVIAS

¿Qué factores pueden influir en la velocidad de la actividad enzimática en un organismo?

Como la ruptura de peróxido de hidrógeno produce oxígeno, ¿de qué forma se puede medir la velocidad de producción de ese gas?

Predicciones :

Parte III B: Catalasa + Peróxido de hidrógeno + Inhibidor

¿Qué efecto piensa que se producirá en la capacidad de la enzima para catalizar la ruptura del peróxido si se añade un inhibidor al peróxido de hidrógeno?

Parte III C: Catalasa + Peróxido de hidrógeno + Base

¿Qué efecto piensa que se producirá en la capacidad de la enzima para catalizar la ruptura del peróxido si se añade una base al peróxido de hidrógeno?

Parte III D: Catalasa + Peróxido de hidrógeno + Ácido

¿Qué efecto piensa que se producirá en la capacidad de la enzima para catalizar la ruptura del peróxido si se añade un ácido al peróxido de hidrógeno?

Parte III E: Catalasa helada + Peróxido de hidrógeno

¿Qué efecto piensa que se producirá en la capacidad de la enzima para catalizar la ruptura del peróxido si disminuye la temperatura?

Parte III F: Catalasa caliente + Peróxido de hidrógeno

¿Qué efecto piensa que se producirá en la capacidad de la enzima para catalizar la ruptura del peróxido si se hierve la catalasa?

Tabla de datos Medida

Parte III A

Parte III B NaF

Parte III C NaOH

Parte III D HCl

Parte III E Helada

Parte III F Caliente

Presión inicial

kPa

KPa

kPa

Presión final

kPa

KPa

kPa

Diferencia de presión

kPa

KPa

kPa

Actividad (kPa/min)

CONCLUSIONES

¿Qué le sugiere sobre la actividad enzimática la gráfica de la reacción entre el peróxido de hidrógeno y la catalasa?

Describa el efecto al añadir el inhibidor ( fluoruro sódico ) al peróxido antes de añadir la catalasa, ¿qué explicación da a estos resultados?

Describa el efecto en la solución de peróxido al añadir la base (hidróxido de sodio). ¿Qué efecto produjo el hidróxido de sodio al pH de la solución del matraz? Basándose en su respuesta, ¿en qué rango de condiciones la catalasa es efectiva?

Describa el efecto que se produce al añadir el ácido (ácido clorhídrico) a la solución de peróxido, ¿qué efecto produjo el ácido clorhídrico en el pH de la solución del matraz?. Basándose en su respuesta, ¿en qué rango de condiciones la catalasa es efectiva?

¿Qué efecto produce enfriar la catalasa antes de añadirla a la solución de peróxido?

¿Qué efecto tiene calentar la catalasa hasta el punto de ebullición antes de añadirla a la solución de peróxido? Compare este efecto con el de enfriar la catalasa. Explique la diferencia entre estas dos situaciones.

Experiencia B05: Función de las Disoluciones Tampón en los Sistemas Biológicos Sensor de pH Tema Bioquímica

DataStudio B05 Buffers.DS

Equipo necesario Sensor de pH (CI- 6507) Base y soporte (ME- 9355) Recipiente, 250 mL Bureta, 50 mL Abrazadera y bureta (SE- 9446) Probeta, 100 mL Agitador magnético y barra magnética Frasco lavador Ropa protectora

ScienceWorkshop (Mac) B04 Role of Buffers Cant. 1 1 5 1 2 1 1 1

ScienceWorkshop (Win) B04_BUFF.SWS

Reactivos y Consumibles Disolución tampón, pH alto Disolución tampón, pH bajo Agua carbonatada * Vinagre, 5% ácido acético Agua Agua destilada

Cant. 100 mL 100 mL 200 mL 125 mL 200 mL 1L

(*solución diluida de sodio e hidrógeno carbonatados)

IDEAS PREVIAS

La sangre humana contiene un sistema tampón carbonato compuesto por ácido carbónico y bicarbonato sódico. ¿Cuál es su finalidad, y cómo son de eficaces estas disoluciones tampón? Anote sus respuestas en la sección Informe de Laboratorio.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Las células necesitan un entorno estable para vivir. Las células individuales que no forman parte de un organismo más grande dependen de su entorno para obtener un flujo constante de nutrientes y oxígeno, y para mantener su balance salino. Su entorno debe tener temperatura y pH casi constantes. Si alguna de estas condiciones físicas y químicas no se mantienen constantes, las condiciones vitales pueden variar por encima o por debajo de las condiciones óptimas necesarias para la vida. Bajo estas condiciones puede ocurrir que los organismos no crezcan ni se reproduzcan. Si las condiciones variasen incluso más, la vida de los organismos se vería amenazada.

En los animales superiores, los sistemas biológicos del organismo mantienen las condiciones constantes necesarias para la supervivencia de las células. Las células disponen, específicamente, del flujo de nutrientes y oxígeno, el mantenimiento de un pH constante y la eliminación de residuos.

Estas condiciones se dan habitualmente gracias a algún tipo de sistema circulatorio. El tejido circulatorio, generalmente sangre se compone de células, nutrientes, oxígeno, residuos y partículas celulares en una solución salina tamponada. Una disolución tampón es una disolución de un ácido débil en presencia de su sal. La combinación del ácido débil y su sal mantienen un pH constante. Sin una disolución tampón, el pH de la sangre en el sistema circulatorio fluctuaría bruscamente causando un desastre biológico. Las células sanguíneas y las células del cuerpo con las que están en contacto necesitan mantenerse a un pH constante. Esta es la razón de la presencia de los sistemas tampón en cualquier sistema circulatorio. El vinagre es una disolución, normalmente de ácido acético al 5% en agua. El ácido se disocia en el agua para formar iones hidrógeno (H+). Los iones hidrógeno causan la disminución del pH de una disolución. Sin una sal, el ácido acético puede provocar la caída del pH del agua pura a niveles demasiado bajos. Una solución salina tamponada previene una disminución del pH.

RECUERDE •

Utilizar ropa protectora mientras manipula los reactivos.

•

Seguir las instrucciones de uso del equipo.

•

Desechar los reactivos y disoluciones según las instrucciones.

PROCEDIMIENTO

Utilice el Sensor de pH para medir el pH del agua mientras se añade lentamente un ácido “débil”. A continuación, mida el pH del agua mientras se añade lentamente un ácido “fuerte”. A continuación mida el pH de una solución salina tamponada (agua carbonatada) mientras se añade un ácido “débil”. Por último, mida el pH de la solución salina tamponada mientras se añade un ácido “fuerte”. Utilice el DataStudio o el ScienceWorkshop para registrar y mostrar sus datos. Compare los cambios del pH del agua y de la solución salina tamponada cuando se les añade un ácido “débil” y un ácido “fuerte”. Determine cual es más capaz de mantener su pH cercano al valor original.

PARTE I: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR

Conecte el interfaz del ScienceWorkshop al ordenador, encienda el ordenador y el interfaz.

Conecte la clavija DIN del Sensor de pH al Canal analógico A del interfaz.

Abra el archivo titulado: DataStudio B05 Buffers.DS

ScienceWorkshop (Mac) B04 Role of Buffers

ScienceWorkshop (Win) B04_BUFF.SWS

•

El archivo DataStudio contiene el Workbook. Lea las instrucciones en el Workbook.

•

El documento de ScienceWorkshop se abre mostrando una gráfica del pH frente al tiempo.

•

La recogida de datos está fijada a 10 tomas por segundo.

PARTE II: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO Calibrado del Sensor

•

Para calibrar el Sensor de pH necesitará un frasco lavador, agua destilada, tres recipientes, y disoluciones tampón de pH alto (p.e. pH 10) y pH bajo (p.e. pH 4). Llene el frasco lavador y uno de los recipientes con agua destilada. Llene los otros dos recipientes con las disoluciones tampón.

Retire el electrodo de pH de su botella de disolución tampón. Conecte el electrodo al amplificador del Sensor. Para conectar el electrodo, apriete el cable BNC sobre

Retire la botella de disolución tampón.

Conecte al Sensor.

el conector del Sensor de amplificación y aplique un movimiento giratorio hasta que suene “click”.

Utilice el frasco lavador para aclarar el extremo del electrodo. Introduzca el electrodo de pH en el recipiente con agua destilada y manténgalo durante 10

minutos.

•

NOTA: Mientras el electrodo está en remojo, se pueden preparar los ácidos. Lea las instrucciones en la sección “Prepare el ácido”.

En la ventana “Configuración del experimento”, haga doble-clic en el icono del Sensor de pH.

•

En el DataStudio, se abrirá la ventana ‘Sensor Properties’. Haga clic en el botón ‘Calibration’. En el ScienceWorkshop, se abrirá la ventana ‘Calibrado del Sensor’.

Calibre el Sensor utilizando la disolución tampón de pH alto.

•

Introduzca el extremo del electrodo de pH en la disolución tampón de pH alto.

•

Vigile el voltaje bajo ‘Current Reading’ en el DataStudio o junto a ‘Valor Actual’ en el ScienceWorkshop.

•

Cuando se estabilice el voltaje, haga clic en el botón ‘Take Reading’ bajo ‘High Point’ en el DataStudio o en el botón ‘Leer’ en ‘Valor Alto’ en el ScienceWorkshop.

•

Introduzca el pH correspondiente de la disolución tampón.

Aclare minuciosamente el electrodo con agua destilada y séquelo con papel secante.

Calibre el Sensor utilizando la disolución tampón de pH bajo.

•

Introduzca el extremo del electrodo de pH en la disolución tampón de pH bajo.

•

Vigile el voltaje bajo ‘Current Reading’ en el DataStudio o junto a ‘Valor Actual’ en el ScienceWorkshop.

•

Cuando se estabilice el voltaje, haga clic en el botón ‘Take Reading’ en ‘Low Point’ en el DataStudio o en el botón ‘Leer’ en ‘Valor Bajo’ en el ScienceWorkshop.

•

Introduzca el valor correspondiente de pH de la disolución tampón. Haga clic en “OK” para regresar a la ventana de configuración del experimento.

Aclare minuciosamente el electrodo de pH con agua destilada y séquelo con papel secante.

Montaje del equipo

Introduzca la barra magnética en un recipiente de 250 mL. Sitúe el recipiente sobre el agitador magnético.

Utilice una abrazadera, una base y un soporte para situar el electrodo de pH cerca del borde del recipiente pero sin que toque la barra magnética.

Utilice una abrazadera para situar la bureta sobre el recipiente.

Prepare el ácido

Prepare el ácido “débil”. Vierta 50 mL de vinagre en un recipiente de 250 mL. Añada 50 mL de agua destilada al vinagre. Etiquete el recipiente como “Ácido Débil”.

Prepare el ácido “fuerte”. Vierta 75 mL de vinagre en un recipiente de 250 mL. Añada 25 mL de agua destilada al vinagre. Etiquete el recipiente como “Ácido Fuerte”.

PARTE III: RECOGIDA DE DATOS •

La recogida de datos consta de cuatro partes.

Parte A B C D

Descripción 10 mL de “ácido débil” + 100 mL de agua 10 mL de “ácido fuerte” + 100 mL de agua 10 mL de “ácido débil” + 100 mL de agua carbonatada 10 mL de “ácido fuerte” + 100 mL de agua carbonatada

PARTE IIIA: “ÁCIDO D É BIL” + AGUA

Vierta 100 mL de agua en el recipiente que está sobre el agitador magnético. Encienda el agitador.

Vierta 10 mL de ácido “débil” en la bureta. Asegúrese de que la válvula esté en la posición “off”).

Comience la recogida de datos. Sugerencia: En el DataStudio haga clic en el botón ‘Start’ ( ‘Grabar’ (

) o en el ScienceWorkshop haga clic en el botón ) y espere 5 segundos.

Abra la válvula de la bureta de modo que el ácido “débil” (disolución diluida de vinagre) gotee dentro del recipiente

Después de añadir el ácido, continúe la recogida de datos durante 10 segundos más.

Cuando todo el ácido se añada al recipiente y pasados 10 segundos, pare la recogida de datos.

Deseche el contenido del recipiente según las instrucciones y aclare minuciosamente el recipiente y la bureta.

PARTE IIIB: ÁCIDO “FUERTE” + AGUA

•

Repita el procedimiento, pero esta vez vierta 10 mL de ácido “fuerte” en el recipiente. Registre los datos a medida que el ácido “fuerte” se vierte en el recipiente.

•

Deseche el contenido del recipiente según las instrucciones y aclare minuciosamente el recipiente y la bureta.

PARTE IIIC: ÁCIDO “DÉBIL” + AGUA CARBONATADA

Vierta 100 mL de agua carbonatada en el recipiente que está sobre el agitador magnético. Encienda el agitador magnético.

Vierta 10 mL de ácido “débil” en la bureta. Asegúrese de que la válvula está en la posición “off”.

Comience la recogida de datos y espere 5 segundos.

Abra la válvula de la bureta de modo que el ácido “débil” (disolución diluida de vinagre) gotee dentro del recipiente.

Después de añadir el ácido, continúe la recogida de datos durante 10 segundos más.

Cuando todo el ácido se añada al recipiente y pasados 10 segundos, pare la recogida de datos.

Deseche el contenido del recipiente según las instrucciones y aclare minuciosamente el recipiente y la bureta.

PARTE IIID: ÁCIDO “FUERTE” + AGUA CARBONATADA

•

Repita el procedimiento, pero esta vez vierta 10 mL de ácido “fuerte” en el recipiente. Registre los datos a medida que el ácido “fuerte” se vierte en el recipiente.

•

Deseche el contenido del recipiente según las instrucciones y aclare minuciosamente el recipiente y la bureta.

Opcional

Para determinar si influye en algo la cantidad de ácido repita el procedimiento pero vertiendo 50 mL de ácido en la bureta en lugar de 10 mL.

ANÁLISIS DE DATOS

Utilice las herramientas de la gráfica para determinar el pH inicial y el pH final para cada serie de datos. 52

•

Sugerencia: En el DataStudio, haga clic en el botón ‘Smart Tool’ ( ). ‘Smart Tool’ muestra las coordenadas de su posición mientras se desplaza por la gráfica. Cuando está sobre un punto determinado la coordenada Y equivale al valor del pH en ese punto. En el ScienceWorkshop, haga clic en el botón ‘Cursor Inteligente’ ( )y desplace el cursor por la gráfica. Las coordenadas del cursor se muestran junto al eje X y al eje Y.

Registre el pH inicial y el pH final de cada serie de datos en la tabla de datos.

•

NOTA: En el ScienceWorkshop, utilice el botón ‘Menú de Datos’ ( gráfica para seleccionar una serie de datos.

) de la

Anote sus resultados en la sección Informe de Laboratorio.

Informe de Laboratorio Experiencia B05: Función de las Disoluciones Tampón en los Sistemas Biológicos

IDEAS PREVIAS

La sangre humana contiene un sistema tampón carbonato compuesto por ácido carbónico y bicarbonato sódico. ¿Cuál es su finalidad, y cómo son de eficaces estas soluciones tampón? Tabla de Datos

Parte

Serie

Descripción

Ácido “débil” + agua

Ácido “fuerte” + agua

Ácido “débil” + agua carbonatada

Ácido “fuerte” + agua carbonatada

pH inicial

pH final

CONCLUSIONES Y APLICACIONES

Fíjese en las gráficas con sus resultados. Compare y contraste las combinaciones de ácido “débil” y agua con la de ácido “débil” y agua carbonatada. ¿En qué se diferencian? ¿En qué se parecen?

¿Qué ocurrió cuando se añadió el ácido “fuerte” al agua? ¿Y cuando se añadió al agua carbonatada? ¿En qué se diferencian los resultados cuando se añadieron 10 mL de vinagre diluido al agua carbonatada?

Considerando la definición de disolución tampón. El agua carbonatada contiene bicarbonato sódico y ácido carbónico. ¿Qué líquido funcionó mejor como disolución tampón? ¿Qué conclusión se desprende de esta experiencia?

Experiencia B06: Organismos y pH

Sensor de pH Tema Bioquímica

DataStudio B06 Organisms and pH.DS

Equipo necesario Sensor de pH (CI- 6507) Base y soporte (ME- 9355) Recipiente, 50 mL Recipiente, 250 mL Bureta, 50 mL Abrazadera y bureta (SE- 9446) Probeta, 50 mL Varilla agitadora Frasco lavador

ScienceWorkshop (Mac) B06 Organisms and pH Cant. 1 1 1 3 1 2 1 1 1

Ropa protectora

ScienceWorkshop (Win) B06_ORG.SWS

Reactivos y Consumibles Disolución tampón, pH alto Disolución tampón, pH bajo Clara de huevo, diluida 1:5 con agua Suspensión de gelatina, 2%, caliente Ácido clorhídrico (HCl), 0.1M Hígado en emulsión Patata en emulsión Hidróxido sódico (NaOH), 0.1M Disolución tampón de fosfato sódico, pH 7 Agua Agua destilada

Las instrucciones sobre la preparación de soluciones y materiales se encuentran en la sección Notas de esta experiencia.

IDEAS PREVIAS ¿Cuál de las siguientes sustancias puede actuar como disolución tampón (mantener su pH dentro de unos límites determinados)? las sustancias son: clara de huevo, gelatina, hígado, patata y agua. ¿Cómo mantienen estable su medio interno los organismos?

Anote su respuesta en la sección Informe de Laboratorio. FUNDAMENTO TEÓRICO Para sobrevivir, los organismos vivos necesitan mantener un medio interno relativamente estable. Los organismos y las células se han adaptado a muchos factores ambientales que, normalmente, afectarían a su equilibrio interno. El pH en el interior de un organismo viene determinado por la concentración de iones hidrógeno (H+) e iones hidróxido (OH-). El pH juega un papel fundamental en muchos procesos bioquímicos y puede afectar al medio interno y externo del tejido vivo. Los organismos vivos han desarrollado mecanismos para mantener un pH normal para cada célula y órgano (entre pH 6 y pH 8). Una disolución tampón es una solución de un ácido débil en presencia de su sal. La disolución tampón mantiene su pH dentro de unos límites determinados a pesar de los cambios en la concentración de iones hidrógeno e iones hidróxido.

RECUERDE •

Utilizar ropa protectora mientras manipula los reactivos.

•

Seguir las instrucciones de uso del equipo.

•

Desechar adecuadamente todos los reactivos y soluciones.

Qty 100 mL 100 mL 50 mL 50 mL 10 mL 50 mL 50 mL 10 mL 50 mL 50 mL 500 mL

OBJETIVO Utilice el Sensor de pH para medir los cambios en el pH del agua, una disolución tampón y otros materiales biológicos cuando se les añade un ácido o una base fuertes. Utilice el DataStudio o el ScienceWorkshop para registrar y analizar los datos.

PARTE I: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR

Conecte el interfaz de ScienceWorkshop al ordenador, encienda el interfaz y el ordenador.

Conecte la clavija DIN del Sensor de pH al Canal analógico A del interfaz.

Abra el archivo titulado: DataStudio

ScienceWorkshop (Mac)

ScienceWorkshop (Win)

B06 Organisms and pH.DS

Ver Apéndice

•

El archivo DataStudio contiene el Workbook. Lea las instrucciones en el Workbook.

•

Lea el Apéndice para configurar un archivo ScienceWorkshop para mostrar información numérica, una tabla y una gráfica del pH.

•

La recogida de datos está fijada en diez tomas por segundo (10 Hz).

PARTE II: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO Calibrado del Sensor

•

Para calibrar el Sensor de pH necesitará un frasco lavador, agua destilada, tres recipientes y disoluciones tampón de pH alto (p.e. de pH10) y de pH bajo (p.e. de pH 4).

Vierta agua destilada en el frasco lavador y en uno de los recipientes. Vierta las disoluciones tampón en los otros dos recipientes. 1.

Retire el electrodo de pH de su botella con disolución tampón. Conecte el electrodo al amplificador del Sensor de pH. Para conectar el electrodo, introduzca la clavija BNC en el conector del amplificador del Sensor aplicando un

Retire la botella con disolución tampón.

Conecte al Sensor.

movimiento rotatorio hasta que haga clic. 2.

Utilice el frasco lavador para enjuagar el extremo del electrodo. Ponga en remojo el electrodo de pH en agua destilada durante 10 minutos.

En la ventana “Configuración del experimento”, haga doble-clic en el icono del Sensor de pH.

•

En el DataStudio, se abrirá la ventana “Sensor properties”. Haga clic en “Calibration”. En el ScienceWorkshop, se abrirá la ventana “Calibrado del

Sensor”. 4.

Calibre el Sensor utilizando la disolución tampón de pH alto.

•

Sitúe el extremo del electrodo de pH dentro de la disolución tampón de pH alto.

•

Vigile el voltaje mirando “Current Reading” en el DataStudio o junto a “Cur Value:” en el ScienceWorkshop.

•

Cuando se estabilice el voltaje, haga clic en el botón “Take Reading” bajo “High Point” en el DataStudio o en el botón “Leer” de la barra “Valor bajo” en el ScienceWorkshop.

•

Introduzca el valor del pH de la disolución tampón. Haga clic en “OK” para regresar a la ventana “Configuración del experimento”.

Aclare minuciosamente el electrodo de pH con agua destilada y séquelo con un papel secante.

Calibre el Sensor utilizando la disolución tampón de pH bajo.

•

Sitúe el extremo del electrodo de pH dentro de la disolución tampón de pH bajo.

•

Vigile el voltaje mirando “Current reading” en el DataStudio o junto a “Cur Value:” en el ScienceWorkshop.

•

Cuando se estabilice el voltaje, haga clic en el botón “Take Reading” bajo “Low Point” en el DataStudio o en el botón “Leer” de la barra “Valor bajo” en el ScienceWorkshop.

•

Introduzca el valor del pH de la disolución tampón. Haga clic en “OK” para regresar a la ventana “Configuración del experimento”.

Aclare minuciosamente el electrodo de pH con agua destilada y séquelo con cuidado.

Montaje del equipo

Monte el electrodo de pH en un recipiente de 50 ml. Utilice una base, un soporte y una abrazadera para montar el electrodo de manera que el extremo de este quede dentro del recipiente.

Monte la bureta de modo que quede por encima del recipiente. Utilice una abrazadera para sujetar la bureta de manera que el orificio de la bureta quede a la altura de la boca del recipiente.

Introduzca la varilla agitadora en el recipiente.

PARTE III: RECOGIDA DE DATOS

La recogida de datos consta de seis partes. Parte A B C D E F

Descripción Añadir 1,5 ml de ácido clorhídrico al agua. Añadir 1,5 ml de ácido clorhídrico a la disolución tampón de fosfato sódico. Añadir 1,5 ml de ácido clorhídrico a una de las muestras de material biológico. Añadir 1,5 ml de hidróxido sódico al agua. Añadir 1,5 ml de hidróxido sódico a la solución tampón de fosfato sódico. Añada 1,5 ml de hidróxido sódico a una de las muestras de material biológico.

Siga el mismo procedimiento básico en cada una de las partes: •

Introduzca 25 mL de la sustancia a analizar en el interior del recipiente.

•

Añada cuidadosamente 1,5 mL del ácido (partes A, B y C) o base (D, E y F) gota a gota a la sustancia a analizar.

•

Remueva la sustancia mientras añade cuidadosamente el ácido o la base. Utilice el Sensor para registrar el pH.

4 0

Utilización de la bureta

4 0 4 1 4 2

Gire la válvula de la bureta a la posición “off”. Vierta cuidadosamente suficiente cantidad de ácido en la bureta de modo que el líquido quede 10 mL por encima de la marca más baja de la bureta. Por ejemplo, en una bureta de 50 mL, añada líquido hasta que el mismo esté en la marca de 40 mL.

Lectura M a g n i f ie d v ie w ampliada o ft h e m e n i s c u s

Cuando todo esté listo para comenzar, añada el ácido o la base a la sustancia que se analiza, abra la válvula de manera que deje salir el fluido gota a gota.

4 1

4 3 4 4 4 5 4 6 4 7

4 2 bureta

B u r e t

4 8 4 9 5 0

PARTE IIIA: AÑADIR ÁCIDO CLORH Í D R I CO AL AGUA CORRIENTE

Primero, rellene la bureta de manera que el nivel de ácido se encuentre 10 mL por encima de la marca más baja de la bureta. Haga una predicción:

¿Qué ocurrirá al nivel de pH del agua cuando se añada el ácido? Escriba su predicción y una breve explicación en la sección Informe de Laboratorio. 1.

Vierta 25 mL de agua en el recipiente.

Cuando todo esté listo comience a registrar los datos. (Sugerencia: En el DataStudio, Haga clic en “Start”. En el ScienceWorkshop, haga clic en “REC”.)

Después de 5 segundos, abra la válvula de la bureta lo suficiente como para que el ácido comience a gotear sobre la sustancia. Remueva la mezcla con la varilla agitadora.

Añada 1,5 mL de ácido (o 30 gotas) y cierre la válvula.

Finalice la recogida de datos

Deseche la mezcla de agua y ácido según las instrucciones. Limpie y aclare el recipiente y la varilla agitadora.

Sitúe un recipiente bajo el electrodo, utilice la botella de lavado con agua destilada para aclarar minuciosamente el electrodo. Deseche el agua del recipiente según las instrucciones.

PARTE IIIB: AÑADIR ÁCIDO CLORH Í D R I C O A UNA DISOLUCIÓN TAMPÓN

Haga una predicción:

¿Qué ocurrirá al nivel de pH de la disolución tampón cuando añada el ácido? Escriba su predicción y una breve explicación en la sección Informe de Laboratorio. 1.

Sitúe otra vez el recipiente bajo el electrodo de pH y la bureta. Vierta 25 mL de disolución tampón de fosfato sódico en el recipiente.

Cuando todo esté listo, comience la recogida de datos.

Después de 5 segundos, abra la válvula de la bureta lo suficiente como para que el ácido comience a gotear sobre la sustancia. Remueva la mezcla con la varilla agitadora.

Añada 1,5 mL de ácido (o 30 gotas) y cierre la válvula de la bureta.

Finalice la recogida de datos.

Deseche la mezcla de disolución tampón y ácido según las instrucciones. Aclare y limpie el recipiente y la varilla agitadora.

Sitúe un recipiente vacío bajo el electrodo de pH. Utilice el frasco lavador con agua destilada para aclarar minuciosamente el electrodo. Deseche el agua destilada del recipiente según las instrucciones.

PARTE IIIC: A ÑADIR ÁCIDO CLORH Í D R I CO A UN MATERIAL BIOLÓGICO

Elija un material biológico (clara de huevo, hígado homogeneizado, patata en emulsión o gelatina). Nota: Su profesor puede seleccionar el material biológico a emplear. Registre la clase de material biológico que se analiza.

Haga una predicción:

¿Qué ocurrirá al nivel de pH del material biológico al añadir el ácido? Escriba su predicción y una breve explicación en la sección Informe de Laboratorio. 2.

Sitúe otra vez el recipiente bajo el electrodo de pH y la bureta. Vierta 25 mL de material biológico en el recipiente.

Cuando todo esté listo, inicie la recogida de datos.

Después de 5 segundos, abra la válvula de la bureta lo suficiente como para que el ácido comience a gotear sobre la sustancia. Remueva la mezcla con la varilla agitadora.

Añada 1,5 mL (o 30 gotas) de ácido y cierre la válvula de la bureta.

Finalice la recogida de datos.

Deseche la mezcla de material y ácido según las instrucciones. Limpie y aclare el recipiente y la varilla agitadora.

Sitúe un recipiente vacío bajo el electrodo de pH. Utilice la botella de lavado con agua destilada para aclarar minuciosamente el electrodo. Deseche el agua del aclarado según las instrucciones.

PARTE IIID: AÑADIR HIDRÓXIDO SÓDICO AL AGUA

Primero, rellene la bureta con disolución de hidróxido sódico hasta que el nivel de disolución quede 10mL por encima de la marca más baja de la bureta. Haga una predicción:

¿Qué ocurrirá al nivel de pH del agua cuando se añada el hidróxido sódico? Escriba su predicción y una breve explicación en la sección Informe de Laboratorio. 1.

Sitúe otra vez el recipiente bajo el electrodo de pH y la bureta. Vierta 25 mL de agua en el recipiente.

Cuando todo esté listo, comience la recogida de datos.

Después de 5 segundos, abra la válvula de la bureta lo suficiente como para que la base (hidróxido sódico) comience a gotear en la sustancia. Remueva la mezcla con la barra agitadora.

Añada 1,5 mL (o 30 gotas) de base y cierre la válvula.

Finalice la recogida de datos.

Deseche la mezcla de agua y base según las instrucciones. Limpie y aclare el recipiente y la varilla agitadora.

Sitúe un recipiente vacío bajo el electrodo. Utilice el frasco lavador con agua destilada para aclarar minuciosamente el electrodo. Deseche el agua del aclarado según las instrucciones.

PARTE IIIE: A ÑADIR HIDRÓXIDO SÓDICO A UNA DISOLUCIÓN TAMPÓN Haga una predicción:

¿Qué ocurrirá al nivel de pH de la disolución tampón cuando se añada la base? Escriba su predicción y una breve explicación en la sección Informe de Laboratorio. 62

Sitúe otra vez el recipiente bajo el electrodo y la bureta. Vierta 25 mL de disolución tampón de fosfato sódico en el recipiente.

Cuando todo esté listo, inicie la recogida de datos.

Después de 5 segundos, abra la válvula de la bureta lo suficiente como para que la base comience a gotear sobre la sustancia. Remueva la mezcla con la varilla agitadora.

Añada 1,5 mL (o 30 gotas) de la base y cierre la válvula de la bureta.

Finalice la recogida de datos.

Deseche la mezcla de disolución tampón y base según las instrucciones. Limpie y aclare el recipiente y la varilla agitadora.

Sitúe un recipiente vacío bajo el electrodo. Utilice la botella de lavado con agua destilada para aclarar minuciosamente el electrodo. Deseche el agua del aclarado según las instrucciones.

PARTE IIIF: AÑADIR HIDRÓXIDO SÓDICO A UN MATERIAL BIOLÓGICO

Nota: Utilice el mismo material biológico que utilizó en la Parte IIIC. Haga una predicción:

¿Qué ocurrirá al nivel de pH del material biológico cuando se añada la base? Escriba su predicción y una breve explicación en la sección Informe de Laboratorio. 1.

Sitúe otra vez el recipiente bajo el electrodo y la bureta. Vierta 25 mL de material biológico en el recipiente.

Cuando todo esté listo, inicie la recogida de datos.

Después de 5 segundos, abra la válvula de la bureta de manera que la base comience a gotear sobre la sustancia. Remueva la mezcla con la varilla agitadora.

Añada 1,5 mL (o 30 gotas) de la base y cierre la válvula de la bureta.

Finalice la recogida de datos.

Deseche la mezcla de material biológico y base según las instrucciones. Limpie y aclare el recipiente y la varilla agitadora.

Sitúe un recipiente vacío bajo el electrodo. Utilice el frasco lavador con agua destilada para aclarar minuciosamente el electrodo. Deseche el agua del aclarado según las instrucciones.

ANÁLISIS DE DATOS

Sitúe la gráfica de manera que puedan verse todos sus datos. (Sugerencia: En el DataStudio la gráfica muestra automáticamente todas las series. En el ScienceWorkshop, utilice el menú “Añadir gráfica” ( ) para añadir una segunda curva a la gráfica. A continuación, utilice el menú “Datos” de cada curva para seleccionar series 1, 2 y 3 para una gráfica, y series 4, 5 y 6 para la otra gráfica).

Sitúe la tabla de modo que puedan verse todos sus datos. (Sugerencia: En el DataStudio, utilice el botón de menú “Data” ( ) para seleccionar cada serie. En el ScienceWorkshop, haga clic en el botón de menú “Añadir una columna” ( ) para añadir más columnas a la tabla. A continuación haga clic en el botón de menú “Datos” ( ) para seleccionar Serie #1 para la primera columna, Serie #2 para la segunda columna y así sucesivamente).

Utilice la herramienta de análisis de la gráfica o de la tabla para encontrar el pH inicial y el pH final de cada prueba.

•

Sugerencia para la gráfica: En el DataStudio, haga clic en el botón “Smart Tool” ( ) en la gráfica. El “Smart Tool” muestra las coordenadas de su posición mientras se desplaza por la gráfica. Cuando está sobre un punto determinado, la coordenada Y corresponde al valor del pH en ese punto. En el ScienceWorkshop, haga clic en el botón “Cursor inteligente”( )y desplace el cursor dentro de la gráfica. Las coordenadas del cursor aparecen en el eje Y y en el eje X.

•

Sugerencia para la tabla: Fíjese en el valor inicial del pH y diríjase al final de la columna para ver el valor final del pH.

Registre los valores del valor inicial y del valor final del pH en cada una de sus series de datos.

Obtenga datos del pH de otros materiales biológicos de sus compañeros de clase y regístrelos en su tabla de datos en el Informe de Laboratorio.

Determine el cambio del pH (si hay alguno) para cada sustancia. Registre los cambios en la tabla de datos.

Por último, determine el porcentaje de diferencia entre el pH inicial y el pH final de cada sustancia. Registre el porcentaje de diferencia en la tabla de datos.

Anote sus resultados en la sección Informe de Laboratorio.

AP É N DICE Configuración del ScienceWorkshop

Cree un archivo de ScienceWorkshop para medir el pH. Calibrado del Sensor

En la ventana “Configuración del experimento”, pinche y arrastre el icono de la clavija del sensor analógico al Canal A.

Seleccione “Sensor de pH” de la lista de sensores. Haga clic en “OK” para regresar a la ventana “Configuración del experimento”.

Ajuste de la información

En el menú de información, seleccione “Nuevos dígitos” de la lista de informaciones. Regrese al menú y seleccione “Nueva gráfica”. Sitúe las ventanas de modo que pueda ver la información numérica del pH.

Informe de Laboratorio Experiencia B06: Organismos y pH

IDEAS PREVIAS ¿Cómo mantienen estable su medio interno los organismos? ¿Por qué es importante mantener estable el medio interno?

Predicciones: Parte IIIA: ¿Qué ocurrirá con el pH del agua al añadir el ácido?

Parte IIIB: ¿Qué ocurrirá con el pH de la disolución tampón al añadir el ácido?

Parte IIIC: ¿Qué ocurrirá con el pH del material biológico al añadir el ácido?

Parte IIID: ¿Qué ocurrirá con el pH del agua al añadir la base (hidróxido sódico)?

Parte IIIE: ¿Qué ocurrirá con el pH de la disolución tampón al añadir la base?

Parte IIIF: ¿Qué ocurrirá con el pH del material biológico al añadir la base?

Tabla de Datos

Sustancia

0.1 M ácido clorhídrico (HCl) pH inicial pH final Incre pH % dif.

0.1 M hidróxido sódico (NaOH) pH inicial pH final Incre pH % dif.

Agua Tampón

Clara de huevo Gelatina Hígado Patata

CONCLUSIONES

¿Cuál fue el cambio total en el pH del material biológico cuando se añadió el ácido clorhídrico? Compare el resultado obtenido con el agua.

¿Cuál fue el cambio total en el pH del material biológico cuando se añadió el hidróxido sódico? Compare el resultado obtenido con el agua.

Describa cómo reaccionó cada material biológico a los cambios en el pH.

¿Cómo reacciona la disolución tampón al ácido clorhídrico y al hidróxido sódico? ¿Se parece más a la reacción del agua o a la del material biológico?

Las disoluciones tampón ¿mejorarían o dificultarían el mantenimiento de un medio interno estable en el interior de las células y los tejidos vivos? Justifique su respuesta.

Sugiera un mecanismo de regulación del pH en los organismos.

Es un hecho conocido que existen disoluciones tampón en el sistema circulatorio humano. Considere la importancia de este hecho y justifique su respuesta.

Experiencia B07: Permeabilidad de las membranas Sensor de pH

Tema

DataStudio

ScienceWorkshop (Mac)

ScienceWorkshop (Win)

Biología celular

B07 Membrane.DS

Equipo Sensor de pH (CI- 6507) Base y soporte (ME- 9355) Recipiente, 250 mL Clip de encuadernación Abrazadera, bureta(SE- 9446) Tubo de ensayo Agitador magnético y barra magnética Frasco lavador Ropa protectora

B07 Membrane Cant. 1 1 4 2 2 1 1 1 PS

B07_MEMB.SWS

Reactivos y consumibles Disolución tampón de alto pH Disolución tampón de bajo pH Tubo de diálisis de 15 cm de largo Ácido clorhidrico , 1.0 M Hidróxido sódico, 1.0 M Cuerda de 10 cm de largo Agua destilada

Cant. 100 ml 100 ml 2 15 ml 15 ml 2 1l

IDEAS PREVIAS

El objetivo de esta experiencia de laboratorio es comprobar la permeabilidad de una membrana a los iones hidrógeno y a los iones hidróxilo. ¿Cuál de ellos atravesará la membrana antes, el ion hidrógeno o el ion hidróxilo? Anote su respuesta en la sección Informe de Laboratorio.

FUNDAMENTO TEÓRICO

El interior de una célula está separado del medio exterior por una membrana. Una membrana biológica es un dispositivo celular que aisla del exterior las reacciones bioquímicas, las enzimas y el material genético esencial para la vida de una célula individual. En algunos casos, la membrana celular actúa como una barrera pasiva. Cuando la membrana actúa pasivamente los materiales entran o salen debido a una diferencia de concentración (gradiente osmótico) entre el interior y el exterior de la membrana.

Desechos

Membrana celular

Agua

Glucosa

Diagrama celular-Permeabilidad de la membrana

En otros casos, la membrana puede llegar a ser muy selectiva con lo que pasa de un lado a otro de la misma. A través de la membrana pasan los nutrientes y salen los productos de desecho. Una membrana activa es también el punto de anclaje de muchas enzimas y coenzimas. La membrana celular no es una simple bolsa que contiene partículas celulares. La naturaleza activa de una membrana biológica la convierte en una parte viva de la célula. Ya que las membranas tienen una permeabilidad selectiva, esta experiencia investiga el papel de la célula como mediador pasivo de difusión de materiales de un lado de la membrana al otro.

RECUERDE: •

Utilizar ropa protectora mientras manipula reactivos.

•

Seguir las instrucciones de uso del equipo.

•

Desechar adecuadamente todos los reactivos y soluciones.

•

PRECAUCIÓN: El ácido clorhídrico (HCl) y el hidróxido sódico (NaOH) son irritantes y pueden estropear su ropa. Evite el contacto con los ojos y la piel. No los ingiera. Lávese, si ello ocurre, con agua abundante durante al menos 15 minutos. Notifíqueselo al profesor si se produjese algún contacto con HCl o NaOH.

PROCEDIMIENTO

Utilice un tubo de diálisis como modelo de membrana celular. Ate el tubo en un extremo, rellénelo con una solución química e introdúzcalo en agua destilada. Utilice el sensor de pH para medir el cambio en el pH del agua destilada que rodea el tubo de diálisis. Utilice el DataStudio o el ScienceWorkshop para recoger y mostrar los datos. Compare la velocidad de cambio del pH alrededor del tubo de diálisis cuando el tubo contiene ácido, con la velocidad de cambio del pH alrededor del tubo de diálisis cuando el tubo contiene una base.

PARTE I : CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR

Conecte el interfaz del ScienceWorkshop al ordenador, encienda el interfaz y el ordenador.

Conecte la clavija DIN al sensor de pH en el CANAL ANALÓGICO A del interfaz.

Abra el archivo titulado: DataStudio B07 Membrane.DS

ScienceWorkshop (Mac) B07 Membrane

ScienceWorkshop (Win) B07_MEMB.SWS

•

El archivo DataStudio contiene el Workbook. Lea las instrucciones en el Workbook.

•

El archivo ScienceWorkshop contiene información numérica del pH frente al tiempo.

•

La recogida de datos está fijada en 10 tomas por segundo (10 Hz) y la finalización a los 200 segundos.

PARTE II: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO

Calibrado del sensor

Retire la botella con disolución tampón.

Conecte al Sensor.

•

Para calibrar el sensor de pH necesitará un frasco lavador, agua destilada, tres recipientes y disoluciones tampón de pH alto (p.e. pH 10) y pH bajo (p.e pH 4). Introduzca el agua destilada en el frasco lavador y dentro de un recipiente. Ponga disoluciones tampón en los otros dos recipientes.

Retire el electrodo de pH de su botella de disolución tampón. Conecte el electrodo

al amplificador del sensor de pH. Conecte la clavija BNC al amplificador del sensor aplicando un movimiento rotatorio hasta que haga clic. 2.

Utilice el frasco lavador para limpiar el extremo del electrodo. Ponga en remojo el electrodo de pH en el recipiente de agua destilada durante 10 minutos.

En la ventana “montaje del equipo” haga doble clic en el icono de sensor de pH.

•

En DataStudio, se abrirá la ventana de propiedades del sensor. En ScienceWorkshop, se abrirá la ventana de calibrado del sensor.

Calibre el sensor utilizando la disolución tampón de pH alto.

Sitúe el extremo del electrodo de pH dentro de la disolución tampón de pH alto.

Vigile el voltaje mirando ‘Current Reading’ en DataStudio o junto a ‘Cur Value:’ en ScienceWorkshop.

Cuando el voltaje se estabilice haga clic en ‘Take Reading’ en DataStudio o en el botón “leer” de la barra de “Valor alto” en ScienceWorkshop.

Introduzca el valor del pH de la disolución tampón.

Aclare minuciosamente el elctrodo de pH con agua destilada y séquelo con un papel secante.

Calibre el sensor utilizando la disolución tampón de pH bajo.

11.

Sitúe el extremo del electrodo de pH dentro de la disolución tampón de pH bajo.

10.

Vigile el voltaje mirando ‘Current Reading’ en DataStudio o junto a ‘Cur Value’ en ScienceWorkshop.

11.

Cuando se estabilice el voltaje haga clic en ‘Take Reading’ en DataStudio o en el botón “leer” de la barra de “Valor bajo” en ScienceWorkshop.

12.

Introduzca el valor del pH de la disolución tampón. Haga clic en OK para regresar a la ventana “Configuración del experimento”.

Aclare minuciosamente el electrodo de pH con agua destilada y séquelo con cuidado.

Preparación de la bolsa de diálisis

Corte dos piezas de aproximadamente 15 cm del tubo de diálisis. Ate un extremo del tubo de diálisis con una cuerda para transformarlo en una bolsa.

Añada 15 mL de 1.0 Molar de ácido clorhídrico a una de las bolsas de tubo de diálisis. Sitúe el exterior de la bolsa bajo un chorro de agua para lavar el ácido que pudiera haberse derramado.

Doble el extremo abierto de la bolsa y sujételo con un clip.

Prepare el segundo tubo de diálisis. Añada 15 mL de 1.0 M hidróxido sódico en vez de ácido clorhídrico. Aclare el exterior de la segunda bolsa.

No permita que entren en contacto los exteriores de las bolsas. Sitúe las bolsas aparte sobre una toalla de papel etiquetada. Montaje del equipo

Introduzca la barra magnética en un recipiente de 250 mL y colóquelo sobre el agitador magnético.

Utilice la base y el soporte y una abrazadera para montar el electrodo de pH de modo que el electrodo del sensor quede dentro del recipiente.

Coloque el sensor de forma que no roce la barra magnética.

Utilice la abrazadera para suspender la bolsa del tubo de diálisis que contiene ácido clorhídrico en el recipiente.

PARTE III: RECOGIDA DE DATOS

Hay dos partes en la recogida de datos. En la primera parte se utiliza el tubo de diálisis que contiene ácido clorhídrico y en la segunda se utiliza la que contiene hidróxido sódico. Siga el mismo procedimiento en ambas partes: 2.

Coloque el agua destilada en el recipiente y conecte el agitador magnético.

Comience la recogida de datos.

Introduzca el tubo de diálisis en el agua.

PARTE III A: SALIDA DE LOS IONES HIDRÓGENO A TRAV É S DE LA MEMBRANA

Introduzca 100 mL de agua destilada en el recipiente. Encienda el agitador magnético. Prepárese para introducir el tubo de diálisis en el agua.

Cuando esté preparado comience la recogida de datos (Sugerencia: En DataStudio, haga clic en ‘Start’. En Scienceworkshop, haga clic en ‘REC’. Deje que el interfaz registre datos durante al menos 5 segundos.

Después de los 5 segundos introduzca la bolsa del tubo de diálisis que contiene el ácido clorhídrico en el agua.

El sensor de pH medirá el pH del agua durante 200 segundos y entonces la recogida de datos finalizará automáticamente.

Deseche la bolsa del tubo de diálisis y el ácido clorhídrico según las instrucciones.

Apague el agitador magnético. Saque el electrodo de pH del agua. Utilice el frasco lavador para aclarar minuciosamente el electrodo. Procure que el agua de aclarado caiga dentro del recipiente.

Retire la barra magnética y deseche el agua de aclarado según las instrucciones. Limpie y seque el recipiente.

PARTE III B: SALIDA DE LOS IONES HIDRÓXILO A TRAV É S DE LA MEMBRANA

Introduzca 100 mL de agua destilada en el recipiente. Introduzca la barra magnética en el recipiente y colóquelo sobre el agitador magnético. Encienda el agitador magnético.

Introduzca el electrodo de pH en el recipiente con agua pero sin que roce la barra magnética.

Introduzca la segunda bolsa de tubo de diálisis (con hidróxido sódico) sobre el agua del recipiente.

Comience la recogida de datos.

Después de 5 segundos aproximadamente introduzca la bolsa del tubo de diálisis que contiene el hidróxido sódico en el agua.

La recogida de datos finalizará automáticamente, después deseche la bolsa de tubo de diálisis y el hidróxido sódico según las instrucciones.

Apague el agitador magnético. Saque el electrodo de pH del agua. Utilice el frasco lavador para aclarar minuciosamente el electrodo. Procure que el agua de aclarado caiga dentro del recipiente.

Retire la barra magnética y deseche el agua de aclarado según las instrucciones.

ANÁLISIS DE DATOS

Utilice la opción de análisis de las herramientas de la gráfica para determinar la velocidad de cambio de pH para cada serie de datos.

•

Sugerencia: En DataStudio, haga clic en ‘Run #1’ en la opción de gráficos ( ) para activar la primera serie. Haga clic en el botón ‘Smart Tool’ ( ) de la gráfica. ‘Smart Tool’ muestra las coordenadas mientras se mueve por la gráfica. Cuando ‘Smart Tool’ esté sobre un punto determinado la coordenada corresponde al tiempo y la ‘y’ corresponde al valor del pH en ese punto.

•

Mueva ‘Smart Tool’ al punto de la serie 1 donde el pH comienza a cambiar. Mueva el cursor a una esquina de ‘Smart Tool’ verá que el cursor se transforma en la figura Delta ( ). Pinche y arrastre el cursor Delta al final de la serie 1.‘Smart Tool’ mostrará el cambio del tiempo y del pH entre los puntos inicial y final.

‘Smart Tool’ muestra el cambio.

•

En ScienceWorkshop, haga clic en el botón “Cursor inteligente”( ) y mueva el cursor dentro de la representación gráfica. Las coordenadas del cursor aparecerán en las áreas del eje Y y X.

•

Mueva el “Cursor inteligente” hasta el punto donde el pH comienza a cambiar, pinche y arrastre hasta el final de la serie. El cambio del pH aparecerá a lo largo del eje Y y el cambio en el tiempo aparecería a lo largo del eje X.

Registre el cambio del pH y el cambio del tiempo entre el punto inicial y el punto final en la primera serie de datos.

Repita el procedimiento para determinar el cambio del pH y del tiempo en la segunda serie de datos.

Anote sus resultados en la sección Informe de Laboratorio.

Informe de Laboratorio Experiencia B07: Permeabilidad de la membrana

IDEAS PREVIAS

El propósito de esta experiencia de laboratorio es comprobar la permeabilidad de una membrana a los iones hidrógeno y a los iones hidróxilo. ¿Cuál de ellas atravesará la membrana antes, el ion hidrógeno o el ion hidróxilo?

Tabla de datos

Convierta el tiempo en minutos. Calcule la velocidad de cambio del pH dividiendo el cambio de pH entre el tiempo. Registre la velocidad del cambio de pH. Prueb S a

Tiempo

Velocidad del cambio del pH

HCl

min

pH/min

NaOH

min

pH/min

CONCLUSIONES

¿Qué ion atravesó la membrana más rápidamente?

¿Cómo podría incrementarse la velocidad de entrada o salida?

¿Cómo usaría series de iones para determinar el tamaño de los poros de la membrana?

Experiencia B10: Regulación de la Temperatura Corporal

Sensor de temperatura

Tema Fisiología

DataStudio B10 Body Heat.DS

Equipo necesario Sensor de temperatura (CI- 6505A) Reloj Guantes Mitón Regla

ScienceWorkshop (Mac) B11 Regulation of Body Heat Cant. 2 1 1 par 1 par 1

ScienceWorkshop (Win) B11_BODY.SWS

Equipo necesario Ventilador pequeño* Ropa protectora Reactivos y consumibles Gomas elásticas (pequeñas) Cinta adhesiva

Cant. 1 PS Cant. 3 1 rollo

(*o secador de pelo con aire frío)

IDEAS PREVIAS

¿Cómo cree que regula su cuerpo, su temperatura interna? Anote su respuesta en la sección Informe de Laboratorio.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Su cuerpo produce calor metabólico como resultado de cada reacción que tiene lugar en su interior. Contra más activo se esté, más calor producirá. Su cuerpo irradia el calor generado por reacciones metabólicas para mantener su temperatura interna. Su temperatura interna debe mantenerse relativamente constante ya que las enzimas funcionan mejor en torno a los 37ºC. RECUERDE: •

Siga todas las instrucciones de seguridad.

OBJETIVO

En esta experiencia utilice el Sensor de temperatura para medir la temperatura del aire que rodea la piel de la palma de su mano o la temperatura de la propia piel de la palma de su mano.Utilice el segundo sensor de temperatura para medir la temperatura del entorno donde está situada su mano (denominada temperatura ambiental). Utilice el DataStudio o el ScienceWorkshop para registrar los datos obtenidos por ambos sensores de temperatura.

Compare la temperatura ambiental normal del aire que rodea la piel con la temperatura ambiental en diferentes condiciones: corriente de aire sobre la piel, mano con guante sin corriente de aire y mano con guante y con corriente de aire. Nota: esta experiencia requiere dos personas.

PARTE I: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR

Conecte el interfaz al ordenador, encienda el interfaz y el ordenador.

Conecte la clavija DIN de uno de los sensores de temperatura en el canal A y la clavija DIN del otro Sensor de temperatura en el canal B del interfaz.

Abra el archivo titulado: DataStudio B10 Body Heat.DS

ScienceWorkshop (Mac) B11 Regulation of Body Heat

ScienceWorkshop (Win) B11_BODY.SWS

12.

El archivo ScienceWorkshop contiene una gráfica de la temperatura frente al tiempo.

13.

El archivo DataStudio contiene el Workbook. Lea las instrucciones en el Workbook.

PARTE II: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO

No se necesita calibrar los Sensores de temperatura. Montaje del equipoo

Enrolle una goma elástica pequeña alrededor del Sensor de temperatura (canal A), a unos 0,5 cm de la punta. La goma elástica evitará que la piel entre en contacto con el Sensor durante las distintas partes del proceso cuando mida la temperatura del aire que rodea su piel.

Fije el Sensor de temperatura (canal A) a la palma de su mano utilizando unos trozos de cinta adhesiva. Sitúe el Sensor sobre su antebrazo de modo que pueda

colocarse un guante o un mitón en la mano y sobre el Sensor. 3.

Coloque su mano de modo que la goma elástica NO toque la palma de su mano. No permita que la piel de su mano entre en contacto con la goma elástica que está enrollada en la punta del Sensor hasta que todo esté listo para registrar datos. Su objetivo es comenzar la recogida de datos con ambos Sensores aproximadamente a la misma temperatura. ¿Por qué al inicio ambos Sensores deben estar aproximadamente a la misma temperatura?

Sensor de

PARTE III A: RECOGIDA DE DATOS – EFECTOS DE LA CORRIENTE DE AIRE, SIN CONTACTO CON LA PIEL

Regu 1.

Sostenga el Sensor de temperatura (Canal B) en paralelo a la palma de su mano de modo que la punta no entre en contacto con nada.

Sitúe su mano de modo que entre en contacto con la goma elástica pero no con el Sensor.

¿Por qué debe situarse el Sensor cerca de la piel pero no tocarla?

Comience la recogida de datos.

Observe las dos temperaturas sobre los dígitos de la pantalla.

Encienda el ventilador pasados dos minutos. Sitúe su mano y el Sensor B en la corriente de aire a unos 30 cm del ventilador. Continúe el registro de datos durante otros dos minutos.

Finalice la recogida de datos.

Apague el ventilador. Sitúe su mano de modo que la goma elástica del Sensor no esté en contacto con la piel.

Muestre los datos de la temperatura. Observe ambas informaciones numéricas de temperatura hasta que ambas muestren aproximadamente la misma temperatura. ¿Por qué ambos Sensores vuelven a mostrar la misma temperatura?

Cuando ambos Sensores señalen aproximadamente la misma temperatura, finalice la muestra de datos y prepárese para la siguiente parte del proceso de recogida de datos.

PARTE III B: RECOGIDA DE DATOS – EFECTOS DE LA CORRIENTE DE AIRE, CONTACTO DIRECTO CON LA PIEL

Con cuidado retire la goma elástica de la punta del sensor.

Sitúe su mano de modo que la piel de la palma entre en contacto directo con el sensor.

Comience la recogida de datos.

Encienda el ventilador pasados dos minutos. Sitúe su mano y el sensor Canal B en la corriente de aire a unos 30 cm del ventilador. Continúe el registro de datos durante otros dos minutos.

Finalice la recogida de datos.

Apague el ventilador. Sitúe su mano de modo que el sensor no esté en contacto con la piel.

Muestre los datos de la temperatura. Observe ambas informaciones numéricas de la temperatura hasta que ambas muestren aproximadamente la misma temperatura.

Cuando ambos sensores señalen aproximadamente la misma temperatura finalice la muestra de datos y prepárese para la siguiente parte del proceso de recogida de datos.

PARTE III C: RECOGIDA DE DATOS- MANO DENTRO DEL GUANTE

Con su mano alejada del sensor, enrolle de nuevo la goma elástica en la punta del sensor.

Sitúe su mano de modo que entre en contacto con la goma elástica de la punta del sensor. Con cuidado pero rápidamente, póngase el guante sobre el sensor. Sitúe el sensor B de modo que esté paralelo al guante pero no toque nada.

Comience la recogida de datos.

Encienda el ventilador pasados dos minutos. Sitúe su mano y el sensor B en la corriente de aire a 30 cm del ventilador. Continúe el registro de datos durante otros dos minutos.

Finalice la recogida de datos.

Apague el ventilador.

Quítese el guante. Con cuidado , retire el sensor A de su mano.

ANÁLISIS DE DATOS

Configure la gráfica de modo que muestre su primera serie (sin contacto con la piel) de datos de ambos sensores ( A y B ).

Determine la temperatura inicial de las curvas de los sensores de temperatura A y B.

13.

Sugerencia: Dentro de la gráfica utilice Smart Tool en DataStudio o Cursor inteligente en ScienceWorkshop o utilice la tabla y mire los valores que aparecen en la primera fila.

Utilice las herramientas para determinar la temperatura máxima durante los dos primeros minutos (antes de encender el ventilador) de las curvas de temperatura de los sensores de temperatura A y B.

14.

Sugerencia: Dentro de la tabla elija “ Estadísticas “ para mostrar el valor máximo.

Después de determinar la temperatura máxima, utilice las herramientas para determinar la temperatura mínima durante los dos últimos minutos ( después de apagar el ventilador ) en las curvas de ambas temperaturas.

•

Sugerencia: Dentro de la tabla elija “Estadísticas” para mostrar el valor mínimo.

Configure la gráfica de modo que muestre su segunda serie de datos ( contacto directo con la piel ) y repita el proceso de análisis de datos para determinar la temperatura inicial, máxima y mínima de la piel y del aire.

Configure la gráfica de modo que muestre su tercera serie de datos ( mano con guante ) y repita el proceso de análisis de datos para determinar la temperatura inicial, máxima y mínima de la piel y del aire.

Anote sus resultados en la sección Informe de Laboratorio.

Informe de Laboratorio Experiencia B10: Regulación de la Temperatura Corporal

IDEAS PREVIAS

¿Cómo cree que regula su cuerpo, su temperatura interna?

Tabla de datos

Sensor de Temperatura de la “mano” (Canal A) Serie #

Sensor de Temperatura del “aire” (Canal B) 1

Temperatura inicial Temperatura máxima (antes de utilizar el ventilador) Temperatura mínima (durante la utilización del ventilador)

CONCLUSIONES

Efectos refrigerantes del flujo de aire. 1.

En la primera serie de datos antes de encender el ventilador, describa la temperatura del Sensor de temperatura de la “mano” comparada con la temperatura del sensor del aire cuando el Sensor de la mano esta cerca de la palma de la mano, pero no está en contacto con la piel.

En la primera serie de datos ¿qué ocurre con la temperatura de la mano cuando se enciende el ventilador ?

En la primera serie de datos ¿qué ocurre con la temperatura del aire cuando se enciende el ventilador?

Compare la primera serie de datos con la segunda. ¿Qué diferencia hay ( si hubiera alguna ) cuando la punta del sensor de la mano está en contacto directo con la piel de la palma de la mano?

¿Cómo enfría su mano la corriente de aire?¿Juega la transpiración un papel importante en la refrigeración?

Efecto de los guantes

¿Cómo afectó a la temperatura del entorno de su piel llevar el guante puesto antes de encender el ventilador?

¿Sintió un efecto refrigerante cuando situó su mano enguantada en la corriente de aire? ¿Más o menos que sin él? ¿Por qué?

¿Qué ocurrió con la temperatura del sensor de su mano cuando encendió el ventilador con el guante puesto?

Explique los conceptos de aislamiento que se ponen de manifiesto con los guantes.

Experiencia B17: Lluvia ácida Sensor de pH Tema DataStudio Medio ambiente B17 Acid Rain.DS Equipo necesario Sensor de pH (CI- 6507) Base y soporte (ME- 9355) Recipiente, 250 mL Recipiente, 100 mL Pipeta tipo berol, cánula de 15 cm Pipeta tipo berol, cánula de 2 cm Pipeta tipo berol con HCI 1.0 M Abrazadera y bureta (SE- 9445) Tubo de ensayo, 20 por 150 mm Frasco lavador Ropa protectora

ScienceWorkshop (Mac) B17 Acid Rain Cant. 1 1 3 4 3 3 1 1 1 1

ScienceWorkshop (Win) B17_RAIN.SWS

Reactivos y Consumibles Disolución tampón de pH alto Disolución tampón de pH bajo Bicarbonato sódico, NaHCO3, sólido Bisulfito sódico, NaHSO3, sólido Nitrito sódico, NaNO2 , sólido Agua Agua destilada

Cant. 100 mL 100 mL 5g 5g 5g 12 mL 1L

IDEAS PREVIAS

El propósito de esta experiencia es “crear” lluvia ácida. ¿Qué es la lluvia ácida y cuál es su causa? ¿Cuánto cambiará el pH del agua al ponerla en contacto con diferentes gases como el dióxido de carbono y el dióxido de nitrógeno?. Anote sus respuestas en la sección Informe de Laboratorio.

FUNDAMENTO TEÓRICO

El vapor de agua puede combinarse con otros gases contenidos en el aire. Le sorprenderá saber que el agua de lluvia es ligeramente ácida. Una razón es que el vapor de agua se puede combinar con el dióxido de carbono para formar ácido carbónico. El valor natural del pH del agua de lluvia se encuentra normalmente entre 6,0 y 6,9. La lluvia se acumula en ríos y arroyos causando una leve acidificación. Otros gases contenidos en el aire también pueden combinarse con el vapor de agua para formar “lluvia ácida”. Por ejemplo, los gases producidos por los automóviles y otros gases producidos mediante la combustión de combustibles fósiles pueden combinarse con el vapor de agua para formar ácido sulfuroso, ácido nitroso y ácido nítrico. Se producirán cuatro de los gases que constituyen la lluvia ácida y se analizarán sus efectos sobre el pH de varias muestras de agua. CO2

•

Ácido carbónico, H 2 CO 3 NO2

H 2 CO3 H NO2 H NO3 H2SO3

84 SO2

• • •

Ácido nitroso, HNO 2 Ácido nítrico, HNO 3 Ácido sulfuroso, H 2 SO 3

El ácido carbónico se forma al disolverse el dióxido de carbono en gotitas de agua contenidas en el aire no contaminado: CO2(g) + H2O(l) =====> H2CO3(aq) El ácido nitroso y el ácido nítrico son producto de un contaminante muy común, el dióxido de nitrógeno(NO2). La mayor parte del dióxido de nitrógeno contenido en la atmósfera es producido por los automóviles. El dióxido de nitrógeno se disuelve en las gotas de lluvia para formar ácidos nitroso y nítrico: 2 NO2(g) + H2O(l) =====> HNO2(aq) + HNO3(aq) El ácido sulfuroso es producido por otro contaminante del aire, el dióxido de azufre (SO2). La mayor parte de este gas contenido en nuestra atmósfera es producido por la combustión de carbón que contiene azufre. El dióxido de azufre se disuelve en las gotas de lluvia para formar ácido sulfuroso: SO2(g) + H2O(l) =====> H2SO3(aq) Si el aire contiene grandes cantidades de estos gases, el pH del agua de lluvia puede disminuir drásticamente. El agua de lluvia de pH bajo afecta directamente a la vida acuática de los ríos y arroyos donde se acumula esta agua. La lluvia ácida también puede dañar a las plantas. RECUERDE •

Utilizar ropa protectora mientras manipula los reactivos.

•

Seguir todas las instrucciones de seguridad.

•

Desechar todos los reactivos y disoluciones correctamente.

PROCEDIMIENTO

En primer lugar, calibre el Sensor de pH. A continuación construya tres “generadores de gas” utilizando pipetas tipo berol parcialmente llenas de tres diferentes compuestos: bicarbonato sódico, bisulfito sódico, y nitrito sódico. Cada compuesto produce un gas diferente cuando se añade ácido clorhídrico (dióxido de carbono del carbonato sódico, dióxido de azufre del bisulfito sódico, y dióxido de nitrógeno del nitrito sódico). 85

En la segunda parte de esta experiencia, se añade una pequeña cantidad de ácido clorhídrico a cada “generador de gas” para activarlos. Por último, recoja el gas producido por cada generador y haga burbujear el gas dentro del agua. Utilice el Sensor de pH para medir los cambios del pH del agua al mezclarse con el gas. Utilice el DataStudio o el ScienceWorkshop para registrar y mostrar los datos del pH. Compare los cambios del pH generado por el dióxido de carbono con los cambios generados por el dióxido de azufre y el dióxido de nitrógeno.

PARTE I: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR

Conecte el interfaz de ScienceWorkshop al ordenador, encienda el interfaz y el ordenador.

Conecte la clavija DIN del Sensor de pH en el Canal analógico A del interfaz.

Abra el archivo titulado: DataStudio B17 Acid Rain.DS

ScienceWorkshop (Mac) B17 Acid Rain

ScienceWorkshop (Win) B17_RAIN.SWS

•

El archivo DataStudio contiene el Workbook, una gráfica, y una tabla. Lea las instrucciones en el Workbook.

•

El documento de ScienceWorkshop contiene una gráfica del pH frente al tiempo y una tabla del pH.

•

La recogida de datos está fijada en diez medidas por segundo (10 Hz) y la finalización a los 100 segundos.

PARTE II: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO Calibrado del Sensor

•

Para calibrar el Sensor se necesitará un frasco lavador, agua destilada, tres recipientes, disolución tampón de pH alto (p.e. pH 10) y disolución tampón de pH bajo (p.e. pH 4). Ponga agua destilada en el frasco lavador y en uno de los recipientes. Ponga las disoluciones tampón en los otros dos recipientes.

Retire la botella de disolución tampón.

Conectar al Sensor.

Retire el electrodo de pH de su botella de disolución tampón. Conecte el electrodo al amplificador del Sensor de pH. Para conectar el electrodo, apriete la clavija BNC del electrodo sobre el receptor y aplique un movimiento rotatorio hasta que suene un “clic”.

Utilice el frasco lavador para aclarar el extremo del electrodo. Deje en remojo el electrodo de pH en agua destilada durante diez minutos.

•

NOTA: Mientras el electrodo está en remojo se puede realizar el montaje del

equipo. 3.

En la ventana Configuración del Experimento, haga doble-clic en el icono del Sensor de pH.

•

En el DataStudio, se abrirá la ventana de propiedades del Sensor. Haga clic en “Calibration”. En el ScienceWorkshop, se abrirá la ventana de calibrado del Sensor.

Calibre el Sensor con la disolución tampón de pH alto.

•

Introduzca el extremo del electrodo de pH en la disolución tampón de pH alto.

•

Vigile el voltaje bajo “Current Reading” en el DataStudio o junto a “Cur Value” en el ScienceWorkshop.

•

Cuando se estabilice el voltaje, haga clic en el botón “Take Reading” bajo “High Point” en el DataStudio o en el botón “Leer” en la barra “Valor alto” en el ScienceWorkshop.

•

Introduzca el valor del pH de la disolución tampón.

Aclare minuciosamente el electrodo de pH con agua destilada y séquelo con papel absorbente.

Calibre el Sensor con la disolución tampón de pH bajo.

•

Introduzca el extremo del electrodo de pH en la disolución tampón de pH bajo.

•

Vigile el voltaje bajo “Current Reading” en el DataStudio o junto a “Cur Value” en el ScienceWorkshop.

•

Cuando se estabilice el voltaje, haga clic en el botón “Take Reading” bajo “Low Point” en el DataStudio o en el botón “Leer”en la barra “Valor bajo” en el ScienceWorkshop.

•

Introduzca el valor del pH de la disolución tampón. Haga clic en OK para regresar a la ventana de configuración del experimento.

Aclare minuciosamente el electrodo de pH con agua destilada y séquelo con papel absorbente.

Montaje del equipo Prepare los “generadores” de gas

Etiquete tres pipetas tipo berol de boquilla corta con la fórmula del compuesto sólido que contendrán: “NaHCO3” (para el bicarbonato sódico), “NaNO2” (para el nitrito sódico) y “NaHSO3” (para el bisulfito sódico).

Etiquete tres pipetas tipo berol de boquilla larga con la fórmula del gas que contendrán: “CO2” (para el dióxido de carbono), “NO2” (para el dióxido de nitrógeno) y “SO2” (para el dióxido de azufre). Utilice el recipiente de 100 mL para sostener las pipetas.

Su profesor proporcionará un recipiente que contenga NaHCO3 en polvo (bicarbonato sódico). Apriete la perilla de la pipeta etiquetada como “NaHCO3” para expulsar el aire de su interior. Sitúe el extremo de la pipeta dentro del recipiente que contiene el NaHCO3 en polvo. Libere la perilla para absorber un poco de NaHCO3 en polvo dentro de la pipeta. Absorba polvo en la pipeta hasta que haya suficiente como para llenar el extremo curvo de la perilla cuando la sostenga bocabajo (ver dibujo).

Repita el paso previo para llenar las pipetas que contienen “NaNO2” y “NaHSO3” con los compuestos en polvo correspondientes.

Su profesor le proporcionará una pipeta berol de ácido clorhídrico (HCl) 1.0 Molar.

•

PRECAUCIÓN: EL HCl es un ácido fuerte. Sostenga la pipeta con cuidado, con el extremo hacia arriba, de modo que el HCl no gotee.

Inserte la boquilla de la pipeta que contiene el HCl dentro de la pipeta que contiene el NaHCO3 en polvo (ver dibujo). Añada cuidadosamente 20 gotas de HCl al NaHCO3 en polvo. Cuando termine, retire la pipeta de HCl. Agite suavemente la pipeta que contiene NaHCO3 y HCl.

El dióxido de carbono, CO2, es generado en el interior de esta pipeta. Sitúe la pipeta en posición invertida dentro del recipiente de 100 mL para prevenir derrames. 6.

Repita este procedimiento con el NaHSO3 en polvo (bisulfito sódico). El dióxido de azufre, SO2, es generado en el interior de esta pipeta. Sitúe la pipeta en posición invertida dentro del recipiente de 100 mL para prevenir derrames.

Repita este procedimiento una tercera vez con el NaNO2 en polvo (nitrito sódico). El dióxido de nitrógeno, NO2, se genera en el interior de la pipeta. Devuelva la pipeta que contiene el HCl a su profesor. Guarde las tres pipetas “generadoras” de gas en un recipiente de 100 mL hasta que las necesite.

Montaje del Sensor

Fije un tubo de ensayo de 20 X 150 mm al soporte mediante una abrazadera. Añada unos 4 mL de agua en el tubo de ensayo. Aclare el electrodo de pH con agua destilada e introdúzcalo en el tubo de ensayo.

Sensor

Recoja el gas

Expulse el aire de la válvula de la pipeta etiquetada como “CO2”. Mantenga la perilla apretada e introduzca la boquilla en la pipeta “generadora” de gas “NaHCO3”. El extremo de la boquilla no debe entrar en contacto con el líquido contenido en la pipeta de “NaHCO3” (ver dibujo). Libere la perilla de modo que absorba gas en su interior. Deposite ambas pipetas en el recipiente de 100 mL.

10.

Repita el procedimiento utilizando las pipetas de “NaNO2” y “NO2”.

11.

Repita el procedimiento utilizando las pipetas de “NaHSO3” y “SO2”.

Long-stem pipette

Release the bulb to draw in the gas. Gas generator pipette

Push out ALL the air.

PARTE III: RECOGIDA DE DATOS

Inserte la pipeta etiquetada como “CO2” en el tubo de ensayo, junto al Sensor de pH, de modo que su extremo se sumerja en el agua que hay en el fondo del tubo de ensayo (ver dibujo).

Comience la recogida de datos. Después de 15 segundos, apriete ligeramente la válvula de modo que libere el CO2 lentamente en la solución. Utilice ambas manos para extraer todo el gas de la válvula. La recogida de datos finalizará automáticamente a los 100 segundos.

Retire el electrodo de pH del tubo de ensayo, aclare minuciosamente el electrodo con agua destilada e introdúzcalo de nuevo en la botella de la disolución tampón.

Deseche el contenido del tubo de ensayo según las instrucciones de su profesor. Aclare minuciosamente el tubo de ensayo con agua.

Añada 4 mL de agua al tubo de ensayo.

Repita el procedimiento utilizando NO2.

Repita el procedimiento utilizando SO2.

Cuando termine, aclare el electrodo de pH con agua destilada y devuélvalo a su botella de disolución tampón. Deseche el contenido de las seis pipetas según las instrucciones.

ANÁLISIS DE DATOS

Examine cada serie de datos en la tabla para determinar los valores mínimo y máximo del pH del agua para cada gas. Registre los valores.

•

Sugerencia: En el DataStudio, haga clic en el botón ”Statistics Menu” ( En el ScienceWorkshop, haga clic en el botón “Estadísticas” (

Calcule el cambio del pH para cada uno de los tres gases y regístrelo.

Anote su conclusión y las respuestas a las preguntas en la sección Informe de Laboratorio.

Anote sus resultados en la sección Informe de Laboratorio.

Informe de Laboratorio Experiencia B17: Lluvia ácida

IDEAS PREVIAS

pH inicial

pH final

Cambio del pH

CO2 NO2 SO2

CONCLUSIONES Y APLICACIONES

En esta experiencia, ¿qué gas causó el cambio más pequeño en el pH?

¿Qué gas o gases causaron el mayor cambio en el pH?

El carbón procedente de estados del oeste de los Estados Unidos, como Montana y Wyoming, posee un porcentaje menor de impurezas de azufre que el carbón procedente de los estados del este. ¿Disminuiría la combustión de carbón bajo en impurezas de azufre la acidez del agua de lluvia? Utilice información específica sobre gases y ácidos para contestar a esta pregunta.

Las altas temperaturas del interior de los motores de los automóviles hacen reaccionar al nitrógeno y el oxígeno contenidos en el aire de modo que forman óxidos de nitrógeno. ¿Qué dos ácidos contenidos en la lluvia ácida son producto de los óxidos de nitrógeno generados en los motores de los automóviles?

¿Qué gas y qué ácido resultante en esta experiencia causarían que el agua de lluvia en aire no contaminado tuviera un pH menor de 7, e incluso a veces tan bajo como 5.6?

¿Por qué podrían ser menores (pH mayor) los niveles de acidez en el agua de lluvia que los niveles de acidez que registró en este experimento? El agua de lluvia en los Estados Unidos tiene, normalmente, un pH entre 4.5 y 6.0.

Experiencia B18: Propiedades aislantes del agua y del suelo Sensor de temperatura

Tema Environment

DataStudio B18 Insulation

Equipo necesario Sensor de temperatura (CI- 6505A) Abrazaderas y soporte (ME- 9355) Clamp, Buret (SE- 9446) Recipiente, 1 L Congelador Lámpara de calor

ScienceWorkshop (Mac) B11 Insulation Properties Cant. 2 1 2 2 1 1

ScienceWorkshop (Win) B11_SOIL.SWS -----PS Cant. 500 ml 1L 1 roll 1L

Ropa protectora Reactivos y consumibles Hielo picado Suelo (Tierra vegetal) Cinta adhesiva Agua

IDEAS PREVIAS

¿Qué sustancia es mejor aislante el agua o la tierra vegetal? En otras palabras, ¿qué sustancia permitirá que la energía térmica las atraviese más rápidamente? Anote sus respuestas en la sección Informe de Laboratorio.

FUNDAMENTO TEÓRICO

¿Ha estado alguna vez en la playa en un día de mucho calor? ¿Le ha quemado la arena los pies? ¿Parecía el agua más fría que la arena? Una forma para que la temperatura cambie es mediante un proceso llamado convección La convección se define como la transferencia de calor mediante el movimiento de un gas o un líquido. Por ejemplo el agua fría es más densa (densidad máxima a 4ºC) y se hunde mientras que el agua templada es menos densa y asciende. De manera que el agua forma una corriente circular de convección con el agua fría hundiéndose y el agua templada ascendiendo. Otra forma para que la temperatura cambie es mediante un proceso llamado conducción. La conducción se define como la transferencia de calor mediante un contacto directo de una molécula con la adyacente. La transferencia de calor tiene lugar cuando la energía térmica atraviesa una sustancia. Un buen aislante tiene una velocidad de transferencia de calor baja. Un mal aislante tiene una velocidad de transferencia de calor muy rápida. La velocidad de transferencia de calor de una sustancia depende de muchos factores como de qué está hecho o si tiene una densidad mayor o menor.

RECUERDE: •

Siga todas las instrucciones de seguridad.

OBJETIVOS

Utilice Sensores de temperatura para medir la temperatura en dos diferentes profundidades, en el agua y en el suelo. Utilice el DataStudio o el ScienceWorkshop para recoger y mostrar los datos. Comience con ambos, el agua y el suelo, a una temperatura fría y exponga la muestra a un foco de calor (la lámpara) durante el mismo tiempo. Compare el cambio de temperatura en el agua con el cambio de temperatura en el suelo. ¿Necesitará la lámpara estar a la misma altura de la muestra de agua que de la muestra de suelo?

Preparación de la muestra de suelo (tierra vegetal): 1.

Introduzca tierra vegetal en un recipiente (Sugerencia: rellene el recipiente hasta la mitad) ¿Necesitará registrar la cantidad de tierra vegetal del recipiente?

Coloque el Sensor de temperatura del CANAL A de forma que la punta del Sensor esté situada a 2 cm bajo la superficie del suelo.

Coloque el Sensor del CANAL B de la misma manera, pero situado de tal manera que la punta del sensor esté situado a 5 cm bajo la superficie del suelo. Asegúrese de que la punta del sensor no toca el fondo. Sugerencia: Enrolle cinta adhesiva en los sensores a 2 y 5 cm de la punta, las marcas le indicarán si los sensores se encuentran a una profundidad adecuada.

Deje el recipiente en un congelador durante la noche.

PARTE I: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR

Conecte el interfaz al ordenador y encienda el interfaz y el ordenador.

Conecte un sensor de temperatura al CANAL ANALÓGICO A y el otro al CANAL ANALÓGICO B del interfaz.

Abra el archivo titulado: DataStudio ScienceWorkshop (Mac) B18 Insulation.DS B11 Insulation Properties

ScienceWorkshop (Win) B11_SOIL.SWS

•

El archivo DataStudio contiene el Worboook. Lea las instrucciones en el Workbook.

•

El ScienceWorkshop contiene información numérica e información gráfica.

•

La recogida de datos está fijada a una medida cada 60 segundos y finalizará a los 30.000 segundos (8,3 horas ).

PARTE II: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO No se necesita calibrar los Sensores de temperatura para esta experiencia.

Montaje del equipo A: Propiedades aislantes del suelo.

Retire el recipiente de suelo del congelador. Coloque material aislante alrededor del recipiente.

Utilice abrazaderas y un soporte para mantener los dos sensores de temperatura en su sitio.

Coloque una lámpara a unos 10 cm del suelo. ¿Debería medir la distancia exacta entre el suelo y la lámpara?

PARTE III A : RECOGIDA DE DATOS.PROPIEDADES AISLANTES DEL SUELO

Comience la recogida de datos.

Deje que la recogida de datos se prolongue durante toda la noche. El registro de datos finalizará automáticamente a los 30.000 segundos (8,3 horas ).

Montaje del equipo B: Propiedades aislantes del agua.

Rellene la mitad del recipiente con agua. Coloque material aislante alrededor del recipiente.

hielo

Ice

¿Debería utilizar un recipiente con el mismo tamaño que el utilizado para el suelo? ¿Debería llenar este recipiente al mismo nivel que el empleado para el suelo en la primera parte?

Utilice una abrazadera y el soporte para colocar la punta del Sensor de temperatura del CANAL A a 2 cm de la superficie del agua. Asegúrese de que la punta del sensor no toca el recipiente.

Coloque el Sensor en el CANAL B de la misma manera, pero a 5 cm de la superficie del agua. Asegúrese de que la pantalla del Sensor no toca el fondo del recipiente.

PARTE III B: RECOGIDA DE DATOS. PROPIEDADES AISLANTES DEL AGUA

Vierta cuidadosamente trozos de hielo en la superficie del agua. No deje caer de golpe el hielo en el recipiente. El hielo debe permanecer en la superficie, no debe hundirse y posteriormente flotar. Anote la hora en la que vertió el hielo en el recipiente.

Comience la recogida de datos.

•

Nota: La recogida de datos está fijada en 30.000 segundos.

Coloque una lámpara de calor a unos 10 cm por encima de la superficie del agua.

Deje que la recogida de datos se prolongue durante toda la noche. Esta finalizará automáticamente a los 30.000 segundos (8,3 horas ).

ANALISIS DE DATOS

Ajuste la información gráfica de modo que muestre los datos del cambio de temperatura del agua.

Utilice las gráficas para encontrar la temperatura máxima del agua para el Sensor próximo a la superficie y para el sensor próximo al fondo del recipiente. Registre el tiempo que coincide con la temperatura máxima para cada Sensor. Sugerencia: En la información gráfica utilice Smart Tool en DataStudio o el Cursor Inteligente en ScienceWorkshop .

100

Ajuste la información gráfica de modo que muestre los datos del cambio de temperatura para el suelo.

Utilice las gráficas para encontrar la temperatura máxima del suelo para los dos sensores. Registre el tiempo que coincide con la temperatura máxima para cada sensor. Anote sus resultados en la sección Informe de Laboratorio

101

Informe de Laboratorio Experiencia B18: Propiedades aislantes del agua y del suelo

IDEAS PREVIAS

¿Qué sustancia es mejor aislante el agua o el suelo? En otras palabras ¿Qué sustancia permitirá que la energía térmica las atraviese más rápidamente?

Tabla de datos

Agua Medida

Canal A

Suelo Canal B

Canal A

Canal B

Temperatura mínima

ºC

Temperatura máxima

ºC

Tiempo de temperatura máxima

CONCLUSIONES

Utilizando las gráficas describa los cambios de temperatura para cada recipiente ¿Fueron los cambios graduales o rápidos? ¿Cuánto tiempo pasó hasta que tuvieron lugar cambios significativos en la temperatura?

Propiedades aislantes del agua

¿Hubo cambios significativos de temperatura entre los dos sensores? ¿Por qué? Utilice el concepto de convección para explicarlo.

El hielo es menos denso que el agua. ¿En qué medida beneficia este hecho a la vida acuática en los lagos y embalses?

102

Propiedades aislantes del suelo

¿Hubo cambios significativos de temperatura entre los dos sensores?

¿Qué se descongeló antes cuando se situó bajo la lámpara: el agua o el suelo congelado? Justifique su respuesta.

¿Afecta la densidad del suelo a la velocidad de cambio de temperatura? Formule una hipótesis ¿Cómo lo demostraría?.

¿Por qué se quema la mano si coge una tetera caliente y no se quema si la coge utilizando un guante de cocina? Utilice el concepto de conducción para explicarlo.

Experiencia GS16: Insolación – Radiación Solar

103

Sensor de temperatura Tema Energía

DataStudio GS16 Insolation.DS

Equipo necesario Sensor de temperatura (CI- 6505A) Reloj Vaso Lámpara (opcional), 100 o 150 W Goniómetro (para medir ángulos)

ScienceWorkshop (Mac) G16 Insolation

Cant. 1 1 1 1 1

ScienceWorkshop (Win) G16_SUN.SWS

Reactivos y consumibles Cartón, 15 por 15 cm Cubitos de hielo Toallita de papel Pajita Cinta adhesiva Agua

Cant. 1 2–3 1 1 1 rollo 100 mL

Esta experiencia puede ser realizada en el exterior en un día soleado. La mejor hora es al atardecer.

IDEAS PREVIAS

Los dermatólogos recomiendan no exponer nuestra piel al sol demasiado tiempo ya que puede resultar perjudicial y producir cáncer. ¿A qué hora del día la piel absorbe más radiación solar? ¿Usted qué piensa? ¿Hay relación entre la cantidad de radiación absorbida y el ángulo en que los rayos solares inciden sobre la piel? Anote sus respuestas en la sección Informe de Laboratorio.

FUNDAMENTO TEÓRICO

La energía solar corresponde al 99.9% de la energía en la superficie de la tierra (el calor procedente del núcleo de la tierra corresponde al resto). La insolación es radiación solar, o energía recibida del sol. La insolación se compone de luz ultravioleta y visible y radiación infrarroja. La cantidad de energía solar que la Tierra en su totalidad recibe del sol permanece exactamente constante de año en año, pero la cantidad de energía que recibe un determinado punto de la Tierra puede variar mucho de un día a otro día.

EN ER G Y FR O M TH E S U N 100%

EAR TH ’S ALB EDO 30% R EFLEC TED AN D S C ATTER ED 6% B Y TH E A TM O S PH ER E

6% 20% TO P O F ATM O S PH ER E

20% B Y C LO U DS

4% B Y EAR TH ’S S U R FAC E

19% AB S O R B ED B Y ATM O S PH ER E AN D C LO U DS

5 1 % A B S O R B ED A T S U R FA C E

104

Un hecho que fija la diferencia es el ángulo en que la radiación solar incide sobre la superficie de la Tierra. Si el ángulo de incidencia de la luz solar es casi vertical (90º), la cantidad de energía absorbida por metro cuadrado en ese determinado punto es máxima. Si el ángulo de incidencia de la luz solar es menor de 90º, la cantidad de energía absorbida por metro cuadrado en ese determinado punto es menor. A grandes altitudes de la superficie terrestre, el ángulo puede ser muy pequeño, de modo que la cantidad de energía absorbida puede ser muy pequeña. Si tres superficies de igual área tienen la misma temperatura inicial y son expuestas a la luz solar durante el mismo tiempo, pero los ángulos de incidencia de la luz son diferentes, la variación de la temperatura de cada superficie será distinta. La cantidad de radiación solar, o insolación, recibida por la Tierra es enorme. La cantidad de energía recibida por metro cuadrado cada segundo para un ángulo de 90º en la parte exterior de la atmósfera es de 1400 Julios. En unidades de potencia, 1400 vatios por metro cuadrado o 1.4 kilovatios por metro cuadrado.

RECUERDE •

Proteja sus ojos y piel de la luz solar directa.

•

Siga las instrucciones de utilización del equipo.

•

Si utiliza una lámpara, no la toque cuando esté caliente.

PROCEDIMIENTO

105

En esta experiencia, mida la cantidad de energía solar que incide sobre un pedazo de papel con distintos ángulos. Utilice un sensor de temperatura para medir la temperatura del papel y compare los datos del ángulo de incidencia y la temperatura. Utilice DataStudio o ScienceWorkshop para registrar y mostrar los datos. NOTA: Una opción es utilizar el interfaz exterior 500 de ScienceWorkshop 500. El interfaz puede ser programado para registrar datos y ser desconectado del ordenador. Puede transportarlo al exterior, registrar los datos, y volver a conectarlo al ordenador para analizar los datos.

1. PROGRAME EL INTERFAZ CONNECTADO AL ORDENADOR

2. DESCONECTE EL INTERFAZ Y RECOJA LOS DATOS

3 . CONECTE EL INTERFAZ Y ANALICE LOS DATOS

Este procedimiento describe la utilización del interfaz Science Workshop 500 y el sensor de temperatura para medir la radiación solar en el exterior. La última sección de esta experiencia describe la toma de datos utilizando una lámpara como simulación del Sol. En esta actividad el sensor de temperatura mide la temperatura en la superficie de un trozo de cartón expuesto a la radiación solar (luz solar) con tres ángulos distintos. Utilizará el goniómetro y la pajita para medir el ángulo de incidencia de la luz solar sobre el cartón. El interfaz Science Workshop 500 registra los datos de la temperatura. El programa descarga los datos del interfaz y los muestra para su análisis.

PARTE I: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR

Conecte el interfaz de ScienceWorkshop al ordenador, encienda el interfaz y el ordenador.

106

Conecte la clavija DIN del sensor de temperatura al Canal analógico A del interfaz.

Abra el archivo titulado: DataStudio GS16 Insolation.DS

ScienceWorkshop (Mac) ScienceWorkshop (Win) G16 Insolation G16_SUN.SWS

•

El archivo DataStudio contiene el Workbook. Lea las instrucciones en el Workbook.

•

El archivo ScienceWorkshop contiene una gráfica de temperatura frente a tiempo.

•

La recogida de datos está fijada en una medida por segundo.

PARTE II: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO

•

No se necesita calibrar el sensor de temperatura.

Cinta adhesiva

Utilice un cartón de unos 15 x 15 cm (o 6 x 6 pulgadas). Fije el goniómetro con cinta adhesiva en el centro de un extremo del cartón formando un ángulo recto con el cartón.

Vierta agua y hielo en el vaso.

•

Utilizará el agua helada para enfriar el extremo del sensor de temperatura antes de cada serie de datos.

PARTE III: RECOGIDA DE DATOS

NOTA: El procedimiento de recogida de datos en esta experiencia se compone de varios pasos:

•

El primer paso de este procedimiento consiste en preparar el interfaz para la recogida de datos y desconectarlo del ordenador.

•

El segundo paso consiste en alinear el sensor de temperatura y el cartón con la luz solar.

107

•

El tercer paso consiste en recoger datos del cambio de temperatura con tres ángulos distintos de radiación solar. Deberá alinear el cartón a 90º, 60º y 30º respecto a la luz solar.

•

El paso final consiste en volver a conectar el interfaz al ordenador.

108

Prepare el Interfaz

•

Asegúrese que hay cuatro pilas alcalinas tipo AA en el compartimiento correspondiente del interfaz.

•

Asegúrese que el interruptor POWER del panel trasero del interfaz está en la posición ON.

Haga clic en el menú ‘Experimento’ en la barra ‘menú’. Seleccione ‘Desconectar para toma de datos…’ en el menú ‘Experimento’ .

LED medidor de

Luz

FORMAS DE PARPADEO: Posición reposo: Un parpadeo cada cinco segundos Posición “despertar”: Un parpadeo cada segundo durante diez segundos Posición Data Logging: varios parpadeos en cada segundo.

•

Se abrirá la ventana ‘Configuración de toma de datos’. Si su ordenador está conectado a una impresora, haga clic en ‘Imprimir Checklist’.

Haga clic en ‘Comenzar toma de datos’.

•

El interfaz pasará a modo “sleep”. El diodo (LED) verde del panel frontal del interfaz se apagará, y parpadeará cada cinco segundos.

IN TER FA C E C A B LE PLU G FR O M PO W ER S U PPLY P O W ER S W ITC H = O N

IN TE R FA C E

Desconecte el interfaz del ordenador. Desenchufe el cable eléctrico y el cable del interfaz del panel trasero del interfaz.

Lleve el sensor de temperatura, la pajita, el vaso de agua helada, la cinta adhesiva, las toallitas de papel, el reloj y el goniómetro/cartón al exterior. Busque una pared soleada orientada al sur.

109

Alineado del sensor de temperatura

Sitúe el goniómetro/cartón en la base de la pared de modo que forme un ángulo recto con la luz solar.

Sostenga la pajita contra un lado del goniómetro. Sitúe el extremo de la pajita en el centro del goniómetro.

•

Mantenga una pequeña distancia entre el extremo de la pajita y el cartón. Alinee la pajita con la marca de 90º del goniómetro. Utilice un trozo de cinta adhesiva para mantener la pajita en su sitio.

Desplace el goniómetro/cartón hacia arriba o hacia abajo por la pared hasta que la pajita no haga sombra y esté directamente alineada con la luz solar.

•

Cuando la pajita esté directamente alineada con la luz solar, aparecerá un pequeño punto de luz sobre el cartón bajo el extremo de la pajita.

Fije los bordes del cartón a la pared con cinta ahesiva para mantenerlo temporalmente en su sitio.

Introduzca el extremo del sensor de temperatura en el vaso de agua helada durante unos diez segundos para enfriarlo. Retire el sensor del vaso y séquelo.

110

Fije cuidadosamente con cinta adhesiva el extremo del sensor de temperatura en el centro del cartón (Ver diagrama). C ARDBOARD

TEM PER A TU R E S EN S O R

TA PE

PR O TR A C TO R

Prepare el reloj para controlar el tiempo. Recoja datos durante diez minutos con cada ángulo.

111

Registro de datos

Cuando todo esté listo para el registro de datos, presione el botón Data Logging del panel frontal del interfaz para “despertar” el interfaz.

LIG H T-EM ITTIN G D IO D E (LED )

D A TA LO G G IN G B U TTO N

•

El LED verde del interfaz parpadeará una vez por segundo durante diez segundos a medida que se enciende el interfaz.

Prepárese para anotar el tiempo cuando el LED comience a parpadear rápidamente.

•

El LED verde comenzará a parpadear rápidamente (varias veces por segundo) cuando el interfaz comience la recogida de datos.

Anote la hora inicial del registro de datos. Deje que el interfaz registre datos durante diez minutos.

Al pasar los diez minutos, mantenga presionado el botón Data Logging hasta que se apague el LED y finalice el registro de datos.

•

El LED verde parpadeará una vez cada cinco segundos. El interfaz ha pasado a modo “sleep”.

Retire el sensor de Temperatura del cartón.

Retire la cinta adhesiva de la pajita. Mueva la pajita de modo que esté centrada con el goniómetro pero formando un ángulo de 60º con el borde de éste. Fije la pajita con cinta ahesiva para mantenerla en su sitio.

6 0 Þ on PR O TR A C TO R S U N LIG H T S TR A W W A LL

PR O TR A C TO R

Retire la cinta adhesiva de los bordes del cartón. Desplace el cartón hasta que la pajita no haga sombra y aparezca un punto de luz en el cartón. Fije el cartón con cinta adhesiva a la pared.

Introduzca el sensor de Temperatura en el agua helada para enfriarlo. Retire el sensor y séquelo.

Fije cuidadosamente el sensor al cartón en la misma posición anterior.

Prepárese para recoger datos durante diez minutos.

10.

Presione el botón Data Logging para “despertar” el interfaz.

•

El diodo LED verde parpadeará una vez por segundo durante diez segundos a medida que se enciende el interfaz. 112

11.

La recogida de datos comienza cuando el LED parpadea rápidamente. Recoja datos durante diez minutos.

12.

Pasados diez minutos, mantenga presionado el botón Data Logging hasta que se apague el LED y finalice el registro de datos.

•

El LED verde parpadeará una vez cada cinco segundos. El interfaz está en modo “sleep”.

13.

Retire el sensor de Temperatura del cartón.

14.

Retire la cinta adhesiva de la pajita. Mueva la pajita de modo que esté centrada con el goniómetro pero formando un ángulo de 30º con el borde de este. Fije la pajita con cinta adhesiva para mantenerla en su sitio.

15.

Retire la cinta adhesiva de los bordes del cartón. Desplace el cartón hasta que la pajita no haga sombra y aparezca un punto de luz en el cartón. Fije los bordes del cartón a la pared con cinta adhesiva para mantenerlo en su sitio.

16.

Introduzca el sensor de Temperatura en agua helada durante diez segundos para enfriarlo. Retire el sensor y séquelo.

17.

Fije cuidadosamente con cinta adhesiva el sensor de temperatura en la misma posición anterior.

18.

Prepárese para recoger datos durante diez minutos.

19.

Presione el botón Data Logging para “despertar” el interfaz.

•

El diodo LED verde parpadeará una vez por segundo a medida que se enciende el interfaz.

20.

La recogida de datos comienza cuando el LED parpadea rápidamente. Registre datos durante diez minutos.

21.

Pasados diez minutos, mantenga presionado el botón Data Logging hasta que el LED se apague y finalice el registro de datos.

•

El diodo LED verde parpadeará una vez cada cinco segundos. El interfaz está en modo “sleep”.

22.

Traslade el interfaz y el resto del equipo al laboratorio.

Conecte el Interfaz

Vuelva a conectar los cables en el panel trasero del interfaz.

NOTA: El LED continuará parpadeando una vez cada cinco segundos. 2.

Pase los datos del interfaz a su ordenador.

•

En el programa, seleccione Conectar al Interfaz en el menú ‘Experiment o’.

•

El LED verde permanecerá encendido.

113

ANÁLISIS DE DATOS

Ajuste la gráfica de modo que muestre los valores Mínimo y Máximo de la temperatura.

•

Sugerencia: En DataStudio, haga clic en el botón ‘Menu de Estadísitcas’. En ScienceWorkshop, haga clic en el botón ‘Estadísticas’ para abrir el área estadística a la derecha de la gráfica. A continuación, haga clic en el botón ‘Menú de Estadísticas’.

Registre el valor mínimo de Y como temperatura inicial de la serie #1. Registre el valor máximo de Y como temperatura final de la serie #1.

Repita el procedimiento para encontrar las Temperaturas inicial y final de la serie #2.

Repita el procedimiento para encontrar las Temperaturas inicial y final de la serie #3.

Determine el cambio de la temperatura en cada serie restando la temperatura inicial a la temperatura final.

Anote sus resultados en la sección Informe de Laboratorio. -------------------------Al final de la experiencia Oden y limpieza del equipo:

Pida a su profesor instrucciones para retirar y limpiar el equipo de esta experiencia. Apagar el ordenador:

Al finalizar la experiencia, tiene varias opciones: 1.

Puede seleccionar ‘Salir’ en el menú ‘Archivo’ para finalizar la experiencia.

Puede seleccionar ‘Guardar’ o ‘Guardar como...’ en el menú ‘Archivo’ para guardas los cambios que ha realizado en la experiencia.

•

El archivo original está bloqueado, de modo que deberá dar un nuevo nombre de archivo a su experiencia.

Si desea continuar con la siguiente experiencia, seleccione ‘Abrir’ en el menú ‘Archivo’, y busque el archivo correspondiente a la siguiente experiencia.

114

Informe de Laboratorio Experiencia GS16: Insolación – Radiación Solar

IDEAS PREVIAS

Los dermatólogos recomiendan no exponer nuestra piel al sol demasiado tiempo ya que puede resultar perjudicial y producir cáncer. ¿A qué hora del día la piel absorbe más radiación solar? ¿Qué relación existe entre la cantidad de radiación absorbida y el ángulo en que los rayos solares inciden sobre la piel?

Tabla de Datos

Los datos de esta experiencia dependen de la localización, estación del año, condiciones meteorológicas, etc. Ángulo

Temp. inicial

Temp. Final

Cambio de temp.

90º 60º 30º

CONCLUSIONES Y APLICACIONES

¿Para qué ángulo el cartón recibió más radiación solar?

¿Para qué ángulo el cartón recibió menos radiación solar?

¿Qué ángulo simula mejor el verano?

¿Qué ángulo simula mejor el invierno?

Método Alternativo

115

•

Si no se puede salir al exterior para recoger datos, utilice una lámpara de 100 – 150 vatios como sustituto del Sol.

Sitúe el goniómetro/cartón a 25 cm de la lámpara.

•

No seleccione ‘Desconectar para toma de datos...’ en el menú ‘Experimento’ .

Siga el mismo procedimiento de registro y análisis de datos.

116

Experiencia GS16: Insolación – Radiación Solar Sensor de temperatura Tema Energía

DataStudio GS16 Insolation.DS

Equipo necesario Sensor de temperatura (CI- 6505A) Reloj Vaso Lámpara (opcional), 100 o 150 W Goniómetro (para medir ángulos)

ScienceWorkshop (Mac) G16 Insolation

Cant. 1 1 1 1 1

ScienceWorkshop (Win) G16_SUN.SWS

Reactivos y consumibles Cartón, 15 por 15 cm Cubitos de hielo Toallita de papel Pajita Cinta adhesiva Agua

Cant. 1 2–3 1 1 1 rollo 100 mL

Esta experiencia puede ser realizada en el exterior en un día soleado. La mejor hora es al atardecer.

IDEAS PREVIAS

FUNDAMENTO TEÓRICO

117

La cantidad de energía solar que la Tierra en su totalidad recibe del sol permanece exactamente constante de año en año, pero la cantidad de energía que recibe un determinado punto de la Tierra puede variar mucho de un día a otro día. Un hecho que fija la diferencia es el ángulo en que la radiación solar incide sobre la superficie de la Tierra. Si el ángulo de incidencia de la luz solar es casi vertical (90º), la cantidad de energía absorbida por metro cuadrado en ese determinado punto es máxima. Si el ángulo de incidencia de la luz solar es menor de 90º, la cantidad de energía absorbida por metro cuadrado en ese determinado punto es menor. A grandes altitudes de la superficie terrestre, el ángulo puede ser muy pequeño, de modo que la cantidad de energía absorbida puede ser muy pequeña. Si tres superficies de igual área tienen la misma temperatura inicial y son expuestas a la luz solar durante el mismo tiempo, pero los ángulos de incidencia de la luz son diferentes, la variación de la temperatura de cada superficie será distinta. La cantidad de radiación solar, o insolación, recibida por la Tierra es enorme. La cantidad de energía recibida por metro cuadrado cada segundo para un ángulo de 90º en la parte exterior de la atmósfera es de 1400 Julios. En unidades de potencia, 1400 vatios por metro cuadrado o 1.4 kilovatios por metro cuadrado.

RECUERDE •

Proteja sus ojos y piel de la luz solar directa.

•

Siga las instrucciones de utilización del equipo.

•

Si utiliza una lámpara, no la toque cuando esté caliente.

PROCEDIMIENTO

118

1. PROGRAME EL INTERFAZ CONNECTADO AL ORDENADOR

2. DESCONECTE EL INTERFAZ Y RECOJA LOS DATOS

3 . CONECTE EL INTERFAZ Y ANALICE LOS DATOS

PARTE I: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR

Conecte el interfaz de ScienceWorkshop al ordenador, encienda el interfaz y el ordenador.

119

Conecte la clavija DIN del sensor de temperatura al Canal analógico A del interfaz.

Abra el archivo titulado: DataStudio GS16 Insolation.DS

ScienceWorkshop (Mac) ScienceWorkshop (Win) G16 Insolation G16_SUN.SWS

•

El archivo DataStudio contiene el Workbook. Lea las instrucciones en el Workbook.

•

El archivo ScienceWorkshop contiene una gráfica de temperatura frente a tiempo.

•

La recogida de datos está fijada en una medida por segundo.

PARTE II: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO

•

No se necesita calibrar el sensor de temperatura.

Cinta adhesiva

Utilice un cartón de unos 15 x 15 cm (o 6 x 6 pulgadas). Fije el goniómetro con cinta adhesiva en el centro de un extremo del cartón formando un ángulo recto con el cartón.

Vierta agua y hielo en el vaso.

•

Utilizará el agua helada para enfriar el extremo del sensor de temperatura antes de cada serie de datos.

PARTE III: RECOGIDA DE DATOS

NOTA: El procedimiento de recogida de datos en esta experiencia se compone de varios pasos:

•

El primer paso de este procedimiento consiste en preparar el interfaz para la recogida de datos y desconectarlo del ordenador.

•

El segundo paso consiste en alinear el sensor de temperatura y el cartón con la luz solar.

120

•

El tercer paso consiste en recoger datos del cambio de temperatura con tres ángulos distintos de radiación solar. Deberá alinear el cartón a 90º, 60º y 30º respecto a la luz solar.

•

El paso final consiste en volver a conectar el interfaz al ordenador.

121

Prepare el Interfaz

•

Asegúrese que hay cuatro pilas alcalinas tipo AA en el compartimiento correspondiente del interfaz.

•

Asegúrese que el interruptor POWER del panel trasero del interfaz está en la posición ON.

Haga clic en el menú ‘Experimento’ en la barra ‘menú’. Seleccione ‘Desconectar para toma de datos…’ en el menú ‘Experimento’ .

LED medidor de

Luz

•

Se abrirá la ventana ‘Configuración de toma de datos’. Si su ordenador está conectado a una impresora, haga clic en ‘Imprimir Checklist’.

Haga clic en ‘Comenzar toma de datos’.

•

El interfaz pasará a modo “sleep”. El diodo (LED) verde del panel frontal del interfaz se apagará, y parpadeará cada cinco segundos.

Desconecte el interfaz del ordenador. Desenchufe el cable eléctrico y el cable del interfaz del panel trasero del interfaz.

Lleve el sensor de temperatura, la pajita, el vaso de agua helada, la cinta adhesiva, las toallitas de papel, el reloj y el goniómetro/cartón al exterior. Busque una pared soleada orientada al sur.

122

Alineado del sensor de temperatura

Sitúe el goniómetro/cartón en la base de la pared de modo que forme un ángulo recto con la luz solar.

Sostenga la pajita contra un lado del goniómetro. Sitúe el extremo de la pajita en el centro del goniómetro.

•

10.

Desplace el goniómetro/cartón hacia arriba o hacia abajo por la pared hasta que la pajita no haga sombra y esté directamente alineada con la luz solar.

•

Cuando la pajita esté directamente alineada con la luz solar, aparecerá un pequeño punto de luz sobre el cartón bajo el extremo de la pajita.

11.

Fije los bordes del cartón a la pared con cinta ahesiva para mantenerlo temporalmente en su sitio.

12.

Introduzca el extremo del sensor de temperatura en el vaso de agua helada durante unos diez segundos para enfriarlo. Retire el sensor del vaso y séquelo.

123

13.

Fije cuidadosamente con cinta adhesiva el extremo del sensor de temperatura en el centro del cartón (Ver diagrama).

C ARDBOARD

TEM PER A TU R E S EN S O R

TA PE

PR O TR A C TO R

14.

Prepare el reloj para controlar el tiempo. Recoja datos durante diez minutos con cada ángulo.

124

Registro de datos

23.

Cuando todo esté listo para el registro de datos, presione el botón Data Logging del panel frontal del interfaz para “despertar” el interfaz.

LIG H T-EM ITTIN G D IO D E (LED )

D A TA LO G G IN G B U TTO N

•

El LED verde del interfaz parpadeará una vez por segundo durante diez segundos a medida que se enciende el interfaz.

Prepárese para anotar el tiempo cuando el LED comience a parpadear rápidamente.

•

El LED verde comenzará a parpadear rápidamente (varias veces por segundo) cuando el interfaz comience la recogida de datos.

24.

Anote la hora inicial del registro de datos. Deje que el interfaz registre datos durante diez minutos.

25.

Al pasar los diez minutos, mantenga presionado el botón Data Logging hasta que se apague el LED y finalice el registro de datos.

•

El LED verde parpadeará una vez cada cinco segundos. El interfaz ha pasado a modo “sleep”.

26.

Retire el sensor de Temperatura del cartón.

27.

28.

Retire la cinta adhesiva de los bordes del cartón. Desplace el cartón hasta que la pajita no haga sombra y aparezca un punto de luz en el cartón. Fije el cartón con cinta adhesiva a la pared.

29.

Introduzca el sensor de Temperatura en el agua helada para enfriarlo. Retire el sensor y séquelo.

30.

Fije cuidadosamente el sensor al cartón en la misma posición anterior.

31.

Prepárese para recoger datos durante diez minutos.

32.

Presione el botón Data Logging para “despertar” el interfaz.

•

El diodo LED verde parpadeará una vez por segundo durante diez segundos a medida que se enciende el interfaz.

125

33.

La recogida de datos comienza cuando el LED parpadea rápidamente. Recoja datos durante diez minutos.

34.

Pasados diez minutos, mantenga presionado el botón Data Logging hasta que se apague el LED y finalice el registro de datos.

•

El LED verde parpadeará una vez cada cinco segundos. El interfaz está en modo “sleep”.

35.

Retire el sensor de Temperatura del cartón.

36.

37.

38.

Introduzca el sensor de Temperatura en agua helada durante diez segundos para enfriarlo. Retire el sensor y séquelo.

39.

Fije cuidadosamente con cinta adhesiva el sensor de temperatura en la misma posición anterior.

40.

Prepárese para recoger datos durante diez minutos.

41.

Presione el botón Data Logging para “despertar” el interfaz.

•

El diodo LED verde parpadeará una vez por segundo a medida que se enciende el interfaz.

42.

La recogida de datos comienza cuando el LED parpadea rápidamente. Registre datos durante diez minutos.

43.

Pasados diez minutos, mantenga presionado el botón Data Logging hasta que el LED se apague y finalice el registro de datos.

•

El diodo LED verde parpadeará una vez cada cinco segundos. El interfaz está en modo “sleep”.

44.

Traslade el interfaz y el resto del equipo al laboratorio.

Conecte el Interfaz

Vuelva a conectar los cables en el panel trasero del interfaz.

NOTA: El LED continuará parpadeando una vez cada cinco segundos. 4.

Pase los datos del interfaz a su ordenador.

•

En el programa, seleccione Conectar al Interfaz en el menú ‘Experiment o’.

•

El LED verde permanecerá encendido.

126

ANÁLISIS DE DATOS

Ajuste la gráfica de modo que muestre los valores Mínimo y Máximo de la temperatura.

•

Registre el valor mínimo de Y como temperatura inicial de la serie #1. Registre el valor máximo de Y como temperatura final de la serie #1.

Repita el procedimiento para encontrar las Temperaturas inicial y final de la serie #2.

Repita el procedimiento para encontrar las Temperaturas inicial y final de la serie #3.

10.

Determine el cambio de la temperatura en cada serie restando la temperatura inicial a la temperatura final.

Anote sus resultados en la sección Informe de Laboratorio. -------------------------Al final de la experiencia Oden y limpieza del equipo:

Pida a su profesor instrucciones para retirar y limpiar el equipo de esta experiencia. Apagar el ordenador:

Al finalizar la experiencia, tiene varias opciones: 4.

Puede seleccionar ‘Salir’ en el menú ‘Archivo’ para finalizar la experiencia.

Puede seleccionar ‘Guardar’ o ‘Guardar como...’ en el menú ‘Archivo’ para guardas los cambios que ha realizado en la experiencia.

•

El archivo original está bloqueado, de modo que deberá dar un nuevo nombre de archivo a su experiencia.

Si desea continuar con la siguiente experiencia, seleccione ‘Abrir’ en el menú ‘Archivo’, y busque el archivo correspondiente a la siguiente experiencia.

127

Informe de Laboratorio Experiencia GS16: Insolación – Radiación Solar

IDEAS PREVIAS

Los dermatólogos recomiendan no exponer nuestra piel al sol demasiado tiempo ya que puede resultar perjudicial y producir cáncer. ¿A qué hora del día la piel absorbe más radiación solar? ¿Qué relación existe entre la cantidad de radiación absorbida y el ángulo en que los rayos solares inciden sobre la piel?

Tabla de Datos

Los datos de esta experiencia dependen de la localización, estación del año, condiciones meteorológicas, etc. Ángulo

Temp. inicial

Temp. Final

Cambio de temp.

90º 60º 30º

CONCLUSIONES Y APLICACIONES

¿Para qué ángulo el cartón recibió más radiación solar?

¿Para qué ángulo el cartón recibió menos radiación solar?

¿Qué ángulo simula mejor el verano?

¿Qué ángulo simula mejor el invierno?

Método Alternativo

128

•

Si no se puede salir al exterior para recoger datos, utilice una lámpara de 100 – 150 vatios como sustituto del Sol.

Sitúe el goniómetro/cartón a 25 cm de la lámpara.

•

No seleccione ‘Desconectar para toma de datos...’ en el menú ‘Experimento’ .

Siga el mismo procedimiento de registro y análisis de datos.

129

Experiencia M08: Humedad relativa Sensor de Temperatura Esta es una experiencia de LABORATORIO con una experiencia de CAMPO opcional.

Equipo necesario Sensor de Temperatura (CI- 6505A) Recipiente, 100 mL

Cant. Otros 2 Abanico de cartón, unos 15 por 15 cm 1 Estopilla*, unos 5 por 5 cm Goma elástica Agua, a temperatura ambiente (*en lugar de estopilla puede utilizarse un material ligero de algodón. VOCABULARIO

humedad

higrómetro

humedad relativa

Cant. 1 1 2 100 mL

humedad específica

IDEAS PREVIAS

¿Qué relación existe entre la humedad y la humedad relativa? ¿Cómo puede determinarse la humedad relativa mediante la medida de la temperatura? Anote sus respuestas en la sección Informe de Laboratorio.

FUNDAMENTO TEÓRICO

La cantidad de vapor de agua contenida en el aire se denomina humedad. A medida que las moléculas de agua se evaporan, la humedad del aire aumenta. Determinadas regiones climáticas de la tierra (como desiertos y las regiones Árticas y Antárticas) tienen una humedad muy baja, mientras que otras regiones climáticas (como los bosques tropicales) tienen una humedad moderada o alta. En general, la cantidad de vapor de agua contenida en un determinado volumen de aire aumenta a medida que aumenta la temperatura. Una temperatura elevada permite que se evapore mayor cantidad de agua transformándose en vapor de agua. A medida que la 130

temperatura desciende, disminuye la cantidad de vapor de agua en el aire porque las moléculas de agua se condensan pasando a estado líquido, de modo que desciende la humedad. Cuando la cantidad de vapor de agua en el aire es la máxima que este puede soportar a una temperatura determinada, el aire está saturado. La humedad relativa es una forma común de expresar la cantidad de vapor de agua en el aire. La humedad relativa es un coeficiente que compara la masa de vapor de agua en el aire con la masa máxima de vapor de agua que el aire puede soportar en el punto de saturación. La humedad relativa se expresa siempre como un porcentaje. La humedad específica es la cantidad real de vapor de agua en el aire expresada en gramos de vapor de agua por kilogramo de aire. Un instrumento utilizado para medir la humedad relativa es el higrómetro. El higrómetro está formado por dos termómetros idénticos. El depósito de uno de los termómetros está cubierto con una estopilla húmeda mientras que el depósito del otro termómetro se mantiene seco. El higrómetro se gira en el aire de modo que este circule libremente alrededor de los depósitos de ambos termómetros.

estopilla

Termómetro húmedo

Termómetro seco

Si la humedad relativa es alta, el agua de la estopilla que envuelve el termómetro no se evapora muy rápida y la temperatura registrada por este se mantiene próxima a la registrada por el otro termómetro. Sin embargo, si la humedad relativa es baja, hay menor cantidad de vapor de agua en el aire. El agua de la estopilla se evapora más rápidamente y, en consecuencia, la temperatura registrada por el termómetro desciende más rápidamente. La humedad relativa se determina comparando la temperatura del termómetro seco con la diferencia entre la temperatura del termómetro seco y el termómetro con estopilla húmeda.

RECUERDE •

Siga las instrucciones de utilización del equipo.

PROCEDIMIENTO

Utilice dos sensores de Temperatura para medir la humedad relativa bajo diferentes condiciones meteorológicas. Utilice DataStudio o ScienceWorkshop para registrar los datos de la temperatura. Utilice la tabla para determinar los valores de la temperatura del sensor de Temperatura con estopilla húmeda y del sensor de Temperatura seco. 131

MONTAJE DEL EQUIPO

Envuelva el depósito de uno de los sensores de Temperatura con una estopilla y sujete esta con una goma elástica. Este será el tensor de Temperatura húmedo.

Llene un recipiente con agua a temperatura ambiente.

CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR

Conecte la clavija DIN del sensor de Temperatura sin estopilla en el Canal Analógico A del interfaz. Conecte la clavija DIN del sensor de Temperatura con estopilla en el Canal Analógico B del interfaz.

Inicie DataStudio o ScienceWorkshop y abra el archivo titulado: DataStudio M08 Humidity.ds

•

ScienceWorkshop (Mac) M08 Humidity

ScienceWorkshop (Win) M08_HUMI.SWS

El archivo contiene una tabla, una gráfica, e información numérica. La recogida de datos está fijada en 5 medidas por segundo (5 Hz)

RECOGIDA DE DATOS

Anote en su informe una descripción de las condiciones meteorológicas (p.ej. soleado, nublado, con niebla, etc.), y localización (interiores o exteriores).

Sitúe ambos sensores en el borde de una mesa de modo que los extremos de los sensores sobresalgan del borde de la mesa.

Humedezca la estopilla con agua a temperatura ambiente.

Comience la recogida de datos.

Abanique los extremos de los sensores con el abanico de cartón.

Pare la recogida de datos pasados 60 segundos.

OPCIONAL

132

Ajuste el interfaz ScienceWorkshop 500 a “data logging”. Lleve el interfaz, los sensores, el abanico y el recipiente con agua al exterior. Repita el procedimiento de recogida de datos. Recuerde, presione el botón ‘LOG’ para comenzar la recogida de datos, espere 10 segundos, y, a continuación, abanique los extremos de los sensores durante 60 segundos. Presione el botón ‘LOG’ para finalizar la recogida de datos. Lleve el interfaz al interior, conecte el interfaz a la red eléctrica y al ordenador. Descargue los datos del interfaz al ordenador.

ANÁLISIS DE DATOS

Examine cada serie de datos para determinar la temperatura de cada sensor de temperatura en cada serie de datos. Utilice los valores de la temperatura y la tabla del Informe de Laboratorio para determinar la humedad relativa.

Anote sus resultados y conteste a las cuestiones del Informe de Laboratorio.

Informe de Laboratorio Experiencia M08: Humedad Relativa IDEAS PREVIAS

¿Qué relación existe entre la humedad y la humedad relativa? ¿Cómo puede determinarse la humedad relativa mediante la medida de la temperatura?

ANÁLISIS DE DATOS

133

Tabla de Datos

Para cada serie de datos, describa las condiciones del tiempo y su localización. Examine los datos de la serie en la Tabla y en la gráfica para determinar las temperaturas.

•

Serie #

Condiciones meteorológicas y Localización

Temperatura sin estopilla (ºC)

Temperatura con estopilla (ºC)

1 2 3

Utilice la Tabla de Humedad Relativa (adjunta) para calcular la humedad relativa para cada serie de datos.

•

Serie #

Temperatura sin estopilla (ºC)

Diferencia de temperatura de los sensores

Humedad Relativa (%)

1 2 3

CONCLUSIONES Y APLICACIONES

Compare sus respuestas a “Ideas Previas” con los resultados.

¿Qué diferencia existe entre la humedad relativa y la humedad específica?

¿Cuál es la causa de la diferencia entre de los datos del sensor sin estopilla y del sensor con estopilla?

¿Qué significa la expresión: “La humedad relativa es del 60%”?

¿Qué le hace sentirse incómodo en un día húmedo y caluroso?

Complete lo siguiente :

134

VOCABULARI O Humedad: Higrómetro: Humedad relativa: Humedad específica:

135

Tabla de Humedad Relativa (en porcentajes)

Diferencia de temperaturas entre los sensores seco y húmedo (ºC)

Temp en seco 0 ºC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

81 83 84 84 85 86 86 87 87 88 88 89 89 89 90 90 90 90 91 91 91 91 92 92 92 92 92 92 93 93 93 93 93 93 93 94

64 66 68 70 71 72 73 74 75 76 77 78 78 79 79 80 81 81 82 82 83 83 83 84 84 84 85 85 85 86 86 86 86 87 87 87

46 49 52 55 57 58 60 62 63 64 66 67 68 69 70 71 71 72 73 74 74 75 76 76 77 77 78 78 78 79 79 80 80 80 81 81

29 33 37 40 43 45 48 50 51 53 55 56 58 59 60 61 63 64 65 65 66 67 68 69 69 70 71 71 72 72 73 73 74 74 75 75

13 17 22 26 29 33 35 38 40 42 44 46 48 50 51 53 54 55 57 58 59 60 61 62 62 63 64 65 65 66 67 67 68 68 69 69

7 12 16 20 24 26 29 32 34 36 39 41 42 44 46 47 49 50 51 53 54 55 56 57 58 58 59 60 61 61 62 63 63 64

7 11 15 19 22 24 27 29 32 34 36 38 40 41 43 44 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 57 58 59

8 12 15 18 21 23 26 27 30 32 34 36 37 39 40 42 43 44 46 47 48 49 50 51 51 52 53 54

6 9 12 15 18 20 23 25 27 29 31 32 34 36 37 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49

7 10 13 15 18 20 22 24 26 28 30 31 33 34 36 37 38 39 40 41 42 43 44

6 8 11 14 16 18 20 22 24 26 28 29 31 32 33 36 37 38 39 40 41

7 10 12 14 17 19 20 22 24 26 27 28 30 31 32 33 35 36

Experiencia S06: pH de un Medio acuático natural Sensor de pH

136

•

Esta experiencia consta de dos partes: una en exteriores y otra en el laboratorio. Equipo necesario

Interfaz ScienceWorkshop™ 500 Sensor de pH (CI- 6507) Recipiente, 250 mL Botella transparente de plástico, ~ 500 mL Rotulador Frasco de lavado Alargador VOCABULARI O

ácido (pH)

1 1 3 5 1 1 1

acidificación

C Por estudiante a n t . Salvavidas Botas de goma Ropa protectora Consumibles Disolución tampón de pH alto Disolución tampón de pH bajo Agua destilada básico (pH)

Cant.

1 1 par Cant. 100 mL 100 mL 1L

neutro (pH)

IDEAS PREVIAS

¿Cuál es el pH de las distintas zonas de un medio acuático natural? ¿Existe variación del pH? Anote sus respuestas en la sección Informe de Laboratorio.

FUNDAMENTO TEÓRICO

El pH de un medio acuático depende de varias condiciones naturales y de la interacción humana sobre el medio ambiente. Es importante comprender el pH dado que la vida acuática sólo puede sobrevivir en un rango de pH muy estrecho. La mayor parte de la vida acuática depende de que el rango del pH del agua esté entre 5 y 9. El agua con un pH fuera de este rango no puede sostener vida alguna. El agua de lluvia tiene una tendencia natural a ser ligeramente ácida. El agua de lluvia se acumula en los medios acuáticos naturales causando una ligera acidificación. El agua de lluvia que se filtra por los lechos de los bosques y ciénagas, también tiene tendencia a ser más ácida debido a la interacción del agua con la materia orgánica. En otras situaciones donde el yeso y la piedra caliza son abundantes, el agua tiene tendencia a ser más básica. Este es el resultado de la mezcla del agua y el carbonato cálcico localizado en esas zonas para formar hidróxido de calcio que es una base. En la naturaleza, los ácidos y las bases son abundantes y están neutralizándose constantemente entre ellos manteniendo el pH de los medios acuáticos naturales en el rango de pH 5 a pH 9.

137

En esta experiencia se recogerán algunas muestras de agua de distintas zonas de un medio acuático natural. En el laboratorio se debe utilizar el sensor de pH para medir el pH de cada muestra. RECUERDE (RECOGIDA DE MUESTRAS) •

Utilice un salvavidas cuando recoja las muestras.

•

Utilice ropa apropiada.

RECUERDE (LABORATORIO) •

Utilice ropa protectora mientras manipula los reactivos.

•

Siga las instrucciones de utilización del equipo.

•

Deseche los reactivos y disoluciones según las instrucciones.

PROCEDIMIENTO

En la recogida de muestras, se deben recoger muestras de agua de distintas zonas de un medio acuático natural. En el laboratorio, utilice el sensor de pH para medir el pH de las muestras de agua recogidas. Se debe calibrar el sensor de pH antes de hacer las mediciones. Recuerde, para más información ver Apéndice A.

RECOGIDA DE MUESTRAS

Antes de salir, limpie las botellas y aclárelas con agua destilada. Etiquete la primera botella como Lugar #1. Etiquete el resto de las botellas como Lugar #2, Lugar #3, Lugar #4 y Lugar #5.

Diríjase a un punto de recogida. Anote lo siguiente en el Informe:

•

fecha

•

hora

•

localización

•

condiciones meteorológicas

138

Utilice el alargador para llenar la botella con agua. Llene la botella con agua de un punto lo más lejano de la orilla que sea posible.

Extienda el alargador por encima del agua.

Gire el alargador de modo que la boca del recipiente apunte hacia abajo.

Hunda el recipiente verticalmente en el agua hasta que esté completamente sumergido.

Gire lentamente el alargador 90 grados hasta que la boca del recipiente quede horizontal.

Continúe girando el recipiente hasta que esté vertical y saque el recipiente lentamente del agua.

Vierta el contenido del recipiente en la primera botella.

Repita el procedimiento de recogida de muestras en otros cuatro puntos distintos.

139

LABORATORIO

Prepare el equipo de laboratorio

Conecte la clavija DIN del sensor de pH en el Canal Analógico A del interfaz de ScienceWorkshop. Conecte el conector BNC en el enchufe BNC.

Prepare el equipo para calibrar el sensor de pH. Para calibrar el sensor de pH se necesitará: un frasco de lavado, agua destilada, tres recipientes, disoluciones tampón de pH alto (p.ej. pH 10) y de pH bajo (p.ej. pH 4), sensor de pH.

Vierta 100 mL de la disolución tampón de pH alto en un recipiente. Vierta 100mL de la disolución tampón de pH bajo en un segundo recipiente. Vierta 100 mL de agua destilada en el tercer recipiente. Llene el frasco de lavado con agua destilada.

Conecte el sensor al interfaz. Inicie DataStudio o ScienceWorkshop y abra el archivo titulado: DataStudio S06 pHof a Stream.DS

ScienceWorkshop (Mac) S06 pH of Water

ScienceWorkshop (Win) S06_PH.SWS

•

El archivo presenta en pantalla digital numérica y una tabla. Las opciones de muestreo están fijadas para realizar una medida del pH por segundo. La recogida de datos finalizará automáticamente pasados 30 segundos.

Utilice los recipientes, disoluciones tampón y el frasco de lavado para calibrar el sensor de pH.

NOTA: Las instrucciones de calibrado del sensor de pH se encuentran en el Apéndice A.

RECOGIDA DE DATOS

Introduzca el electrodo de pH en el agua de una de las botellas. Mida el pH del agua. Retire el electrodo de pH y límpielo con agua destilada.

Repita el procedimiento con el resto de las muestras de agua.

140

ANÁLISIS DE DATOS

Examine cada serie de datos en la tabla para determinar el pH medio de cada muestra de agua. Registre el pH medio de cada muestra.

Anote su conclusión y responda las preguntas del Informe de Laboratorio. Anote sus resultados en la sección Informe de Laboratorio.

141

Informe de Laboratorio Experiencia S06: pH de un Medio acuático natural

IDEAS PREVIAS

¿Cuál es el pH de las distintas zonas de un medio acuático natural? ¿Existe variación del pH?

ANÁLISIS DE DATOS

1. Utiice los datos de la Tabla para determinar el valor medio del pH para cada muestra de agua. 2. Registre el pH para cada muestra de agua.

Tabla de Datos

Fech a

Hora

Localización

Condiciones Meteorológicas

Corriente de agua rápida #1 Corriente de agua rápida #2 Corriente de agua lenta #3 Corriente de agua lenta #4 Corriente de agua lenta #5

CONCLUSIONES Y APLICACIONES

Compare su hipótesis (su respuesta a “Ideas Previas”) con los resultados obtenidos.

Basándose en los datos de pH obtenidos, ¿podría esta agua sostener vida acuática? Justifique su respuesta.

¿Qué factores pueden influir en el pH del agua?

142

Complete lo siguiente:

VOCABULAR IO Ácido (pH): Acidificación: Básico (pH): Neutro (pH):

143