El alambique

CEIP SAN JOSÉ. CURSO 2010/11.

ACTIVIDAD: LOS CAMBIOS DE ESTADO SEPARACIÓN DE LOS COMPONENTES DE UNA MEZCLA HOMOGÉNEA. EL ALAMBIQUE

Coordinador de la actividad: Basilio González Rodríguez, tutor de 5º B Puebla de Cazalla, junio de 2011

INTRODUCCIÓN. Los profesores que, llevamos ya algunos años en la docencia, tanto en el ámbito de PRIMARIA como SECUNDARIA, entenderán la dificultad de comprender ciertos temas por parte del alumnado, por ejemplo, el que aquí nos ocupa: “ESTADOS DE LA MATERIA”. Casi todos los manuales de las diferentes editoriales enfocan la unidad de la misma manera: una presentación teórica, alusiva a los diferentes estados de agregación, con unas cuantas fotografías: un cazo en el fuego con agua para explicar el cambio de líquido a gas, “LA EVAPORACIÓN”; unos cubitos de hielo que se derriten para introducir “LA FUSIÓN”; el vaho en los cristales de los coches o de las ventanas de clase, si es invierno, para que se entienda la “CONDENSACIÓN”, y en muy raras ocasiones nos aparece al final de la unidad un ejemplito, ¿verdad?, con alguna ilustración, si hay suerte, de un trozo de yodo o ambientador de armario, para explicar “LA SUBLIMACIÓN”.

Normalmente, estos conceptos teóricos, que aparentemente puedan parecer simples y triviales, son captados por una minoría, no siendo suficientemente asimilados y entendidos por el resto de la clase, que olvidan con una rapidez asombrosa esos elementos que el profesorado tanto se ha esforzado en hacerles llegar.

La intención primordial con la que he enfocado la realización de esta experiencia, es poder facilitar al alumnado la asimilación de los conceptos de forma gradual y comprensiva estableciendo un nexo de unión entre los planteamientos teóricos de la UNIDAD, transmitido por los docentes, y la propia realidad del alumno, utilizando en todo momento, elementos propios de su entorno más inmediato, como vocabulario adecuado a su edad y ejemplos que formen parte, y puedan observar en su vida diaria, intentando evitar en todo momento el uso de tecnicismos, que para ellos carecen de significación.

OBJETIVOS DE LA EXPERIENCIA. 1º- Conocer los tres estados más usuales de agregación de la materia: Sólido, líquido y gaseoso.

2º- Conocer los procesos físicos que motivan los cambios de estado: de líquido a gas, EVAPORACIÓN; de gas a líquido, CONDENSACIÓN; de sólido a líquido, FUSIÓN; de líquido a sólido, SOLIDIFICACIÓN; de sólido a gas, SUBLIMACIÓN directa y de gas a sólido, SUBLIMACIÓN regresiva.

Nosotros centraremos nuestra experiencia en los dos primeros.

3º- Entender el concepto de mezcla y diferenciar las mezclas HOMÓGENEAS de las HETEROGÉNEAS O DISOLUCIONES. 4º- Material necesario para la experiencia.

5º- Distinguir las partes del destilador o ALAMBIQUE, diferenciando sus elementos fundamentales.

6º- Asimilar y comprender los principios físicos en los que se basa el proceso de la destilación.

7º- Conclusiones.

DESARROLLO. 1º ESTADOS DE LA MATERIA. Se entiende por estado de agregación de la materia a la forma en que se presenta ésta en la naturaleza. Un mismo cuerpo puede presentarse en los tres estados, sólido, líquido y gaseoso por ejemplo, el agua. Esto es debido a una distribución diferente de las moléculas de dicho líquido en cada uno de los diferentes estados, lo que le confiere propiedades físicas y químicas distintas.

Los alumnos de primaria entienden este concepto fácilmente ya que, puede ser ilustrado mediante la fusión de un trozo de hielo por calentamiento, convertirlo en agua y ésta, ser posteriormente evaporada si seguimos comunicando energía. Con esta experiencia, elemental, han visto y comprobado in situ los tres estados de agregación más frecuentes.

Esta experiencia se ha hecho extensiva a casi todos los niveles del CEIP San José, concretamente han pasado 10 grupos: desde 2º a 6º de primaria se les ha hecho la misma experiencia, adaptando los contenidos a su nivel, pero siempre con el mismo objetivo: “Entender, conocer y asimilar los conceptos de “MEZCLAS HETEROGÉNEA Y HOMOGÉNEA”, y los distintos métodos de separación. Concretamente me he centrado en la separación de uno de los componentes de una mezcla homogénea líquida: el vino, donde no podemos distinguir a simple vista, cuál es el soluto o qué elemento es el disolvente; por lo que, el método que se ha de emplear para la separación no puede ser convencional, sino que nos hemos de basar en los diferentes PUNTOS DE EVAPORACIÓN de sus componentes cuando se produce el CAMBIO DE ESTADO; esto lo conseguiremos mediante LA DESTILACIÓN, empleando un dispositivo denominado “ALAMBIQUE”, bonita palabra de origen árabe. De ahí la importancia de hacer una presentación previa al alumnado sobre los ESTADOS DE LA MATERIA, y los cambios que ésta sufre: fusión, solidificación, evaporación, condensación y sublimación directa e inversa.

2º LOS CAMBIOS DE ESTADO. Una vez presentado al alumnado el concepto de “ESTADO DE LA MATERIA”, ilustrado con abundantes ejemplos de su entorno más inmediato y siempre contando con las aportaciones efectuadas por ellos, se pasará a introducir el concepto de “CAMBIO DE ESTADO”, para llegar a la conclusión final que el incremento y disminución de temperatura es la causa por la cual, los cuerpos cambian de “ESTADO DE AGREGACIÓN”.

El concepto anterior lo podemos ilustrar fácilmente derritiendo en un vaso de precipitado unos trozos de hielo mediante la energía suministrada por un mechero de alcohol etílico; esto les permite visualizar de forma directa el paso de estado “SÓLIDO a LÍQUIDO”. Si seguimos calentando, esto es, suministrando energía, se conseguirá que el agua, ahora en estado líquido, pase a vapor de agua, es decir, estado gaseoso, con lo que habrán observado la transformación de estado “LÍQUIDO a GASEOSO”; finalmente parte del vapor de agua volverá a estado “LÍQUIDO”, formándose pequeñas gotas de agua en el vaso de precipitado y en una placa de vidrio colocada sobre el mismo, que se encuentran a menor temperatura.

PRESENTAMOS AL ALUMNADO EL SIGUIENTE ESQUEMA Fig.1

Líquido

Sólido

Gaseoso

PRÁCTICA INICIAL

MONTAJE PARA LA PRÁCTICA

COMIENZA LA FUSIÓN COMUNICANDO CALOR AL HIELO.

SE INICIA LA CONDENSACIÓN

INICIAMOS LA COMBUSTIÓN

EL HIELO PASA A ESTADO LÍQUIDO

EL AGUA VUELVE AL ESTADO LÍQUIDO

Todas estas acciones van encaminadas a que entiendan, y al final lo entienden, que los CAMBIOS DE ESTADO, para que se produzcan, es preciso un trasvase de energía de un cuerpo a otro. La energía pasa del cuerpo más caliente al más frío; lo que se puede ilustrar de manera simple invitando al alumnado a coger un “cubito” de hielo, `para que, posteriormente, expliquen sus sensaciones: “Llegaremos a la conclusión de que, la impresión de frío, es la consecuencia inmediata de la pérdida de calor experimentada por su cuerpo”, imagen inferior. Entender estos conceptos es vital y básico para aprovechar al máximo las consecuencias que se derivan del proceso de destilación: “Ya empiezan a fijarse en el ALAMBIQUE que está funcionado a su lado”.

“UNA ALUMNA COMPRUEBA EL PRINCIPIO ANTERIOR”

SENSACIÓN DE FRÍO: SU CUERPO PIERDE CALOR

COMO CONSECUENCIA, EL HIELO SE VA FUSIONANDO.

ESQUEMA GENERAL DE LOS CAMBIOS DE ESTADO

Fusión

SÓLIDO

Sublimació n Directa

Solidificación

Sublimació n Inversa

LÍQUIDO

Evaporación

Condensación

GASEOSO “Llegados a este punto de la práctica, el alumnado no presenta problema alguno para nombrar los cambios de estado de agregación de la materia y cómo se denomina el proceso de transformación de uno a otro”.

3º LAS MEZCLAS. “Una mezcla es un conjunto formado por dos o mas sustancias, que no se han combinado químicamente y cada uno de sus componentes mantiene sus propiedades específicas.

Las mezclas se clasifican en HOMOGÉNEAS Y HETEROGÉNEAS. Los componentes de una mezcla pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos”.

Esta definición, que en principio pueda parecer abstracta y difícil de entender, es captada rápidamente cuando se les presenta ejemplos y situaciones de su vida cotidiana, como se puede ver a continuación en las siguientes fotografías tomadas en casa y en clase:

ESTA CONJUNTO NO FORMA UNA MEZCLA YA QUE SOLO SE SE OBSERVA UNA SUSTANCIA: HABAS.

En las mezclas HETEROGร NEAS, sus componentes se distinguen a simple vista y estรก formada por dos o mรกs sustancias, que pueden ser separadas con mรกs o menos facilidad por medios mecรกnicos: imanes, filtros, cribas, manos etc.

MEZCLA DE RIZOS DE PASTA Y ALUBIAS

MEZCLA FORMADA POR ARROZ Y CANICAS

PERAS, MANZANAS Y NARANJAS

EL ACEITE Y EL VINAGRE NO SON MISCIBLES.

En las mezclas HOMOGÉNEAS, sus componentes no se distinguen a simple vista por estar íntimamente ligados entre sí.

Los métodos de separación ya no son tan convencionales, empleándose otros más complicados y específicos como la centrifugación, electrolisis o el caso que nos ocupa, LA DESTILACIÓN.

LA LECHE ESTÁ FORMADA POR GRASAS, AZÚCARES, PROTEÍNAS. AGUA…

EL POPULAR CAFÉ

EL ACEITE ES UNA MEZCLA HOMOGÉNEA.

CAFÉ CON LECHE

“El vino, protagonista fundamental de nuestra práctica, es el típico ejemplo de mezcla homogénea, sus componentes, alcohol, agua, azúcares y otros numerosos elementos no se distinguen a simple vista”

MUESTRA DE VINO TINTO EN UN MATRAZ ERLENMEYER.

4º MATERIAL NECESARIO PARA LA EXPERIENCIA. La relación de materiales que se muestra a continuación puede parecer complicada para el alumnado de PRIMARIA, pero no lo es en absoluto; mi experiencia me ha constatado, lo rápido que capta el alumnado de 3er CICLO, cómo se denominan cada uno de los utensilios, habiendo hecho previamente una somera presentación, descripción y utilidad de los mismos.

La forma y utilidad del instrumental de laboratorio les motiva mucho a entender el objetivo de la práctica.

El instrumental que se enumera y visualiza a continuación, es el necesario para la realización de la práctica y ha sido expuesto al grupo-clase y trabajado en fichas impresas y pizarra digital.

MECHERO DE ALCOHOL ETÍLICO

REJILLA CON RETORTA

ARO SOPORTE CON NUEZ DOBLE

MATRAZ ERLENMEYER

TAPONES DE DIVERSOS CALIBRES

PINZAS METÁLICAS

BASE SOPORTE

VARILLA PARA EL SOPORTE

VASO DE PRECIPITADO DE 250cc

DESTILADOR DE TUBO RECTO

5º EL ALAMBIQUE, SUS ELEMENTOS Y UTILIDAD. Presentamos al alumnado un esquema del alambique o destilador, explicándoles de forma gráfica en qué consiste dicho aparato, distinguiendo sus partes principales y el principio fundamental de funcionamiento.

“Los alumnos se motivan con toda la parafernalia que supone dicho montaje, sobre todo con el cuerpo principal o destilador y el conjunto de tubos que entran y salen para completar el proceso de refrigeración”.

6º LOS PRINCIPIOS DE LA DESTILACIÓN Una vez que el alumnado posee una formación teórica de los CAMBIOS DE ESTADO y una visión global de los elementos que componen el montaje del dispositivo, pasamos a la presentación del mismo en pleno funcionamiento, dónde podrán observar lo trabajado anteriormente. Haremos especial énfasis en las diferentes fases de los cambios de estado; sabiendo que en nuestro caso se producen dos, EVAPORACIÓN Y CONDENSACIÓN, siendo esta última la protagonista fundamental para la obtención de ALCOHOL, en estado líquido.

La DESTILACIÓN consiste en separar los componentes de una DISOLUCIÓN, en nuestro caso el vino tinto, teniendo en cuenta que uno de ellos, el alcohol, es más volátil que los otros, es decir, hierve antes; su PUNTO DE EBULLICIÓN es más bajo, lo que provoca que los vapores de alcohol asciendan por el núcleo del destilador y sean enfriados por una corriente de agua con temperatura inferior y circulación independiente. Los vapores de alcohol transmiten su calor al conjunto lo que provoca la condensación de los mismos que pasan a estado líquido, vertiéndose en el vaso de precipitado.

¡¡MONTAJE DEFINITIVO DE NUESTRO ALAMBIQUE!!

CONCLUSIONES Se ha de intentar durante todo el proceso que dura la presentación y posterior desarrollo de la experiencia que el alumnado se implique y no actúe como un mero espectador pasivo, que sea capaz de deducir las causas de los fenómenos que intervienen en la misma. “Puedo afirmar que, motivados adecuadamente, su capacidad deductiva es muy interesante, llegando a conclusiones antes de lo que nos imaginamos, todo es cuestión de adaptar el proceso a su nivel”.

La metodología aplicada en la experiencia ha consistido en una presentación previa en la pizarra junto con el tutor/a del grupo en cuestión, momento que se aprovechaba para diagnosticar el estado del alumnado en relación al tema mediante la formulación de preguntas cruzadas y expresión de opiniones. A continuación pasamos a la parte práctica donde se desarrolla la actividad y los alumnos intervienen sacando sus conclusiones.

METODOLOGÍA

FASE PREVIA TEÓRICA CON LA COLABORACIÓN DEL TUTOR

FASE PRÁCTICA.

“El alcohol, producto resultante de la destilación, no se parece en nada a la disolución de la cual lo hemos obtenido, es la consecuencia más importante que han deducido; su olor, color y sabor son totalmente diferentes. Han comprendido que los elementos que componen una mezcla suelen tener propiedades físicas y químicas distintas y que están tan íntimamente ligados entre sí que no se distinguen a simple vista”.