Ver/descargar materiales de la actividad
Anuncio
PROYECTO: ESTÍMULO A LA CULTURA CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA TÍTULO DE LA PROPUESTA: Materia y Energía: Actividades Experimentales Escolares con Materiales de Bajo Costo ESCUELA N° 93, “19 de Junio” VILLA OLMOS RESPONSABLES: Por ANEP-CES: Prof. Marisa Arriola, Prof. Claudia Durán, Prof. Analía Otte TUTOR: Por PEDECIBA: Prof. Ismael Núñez Nuestra propuesta consiste en la realización de talleres de actividades experimentales con materiales de bajo costo relacionadas con Materia y Energía. Se trata de actividades experimentales sencillas, en las que hemos procurado utilizar materiales de fácil acceso, lo que hace posible su realización por todos los interesados. Esto a la vez permite al niño interactuar con objetos con los cuales está familiarizado y contribuye a eliminar su visión de la ciencia como algo ajeno y complicado reservado a un grupo selecto de personas. Estas actividades tienen como objetivo la adquisición de las herramientas de la metodología científica, por lo que incluye en las fichas de trabajo formulación de hipótesis, experimentación propiamente dicha, recolección de datos, construcción e interpretación de gráficos, elaboración de conclusiones, análisis de factores que afectan las medidas involucradas, etc. Además surge como producto de este proyecto un librillo para uso del maestro/a donde se nuclean las fichas de todas las actividades experimentales propuestas. La intención al elaborar este librillo es aportar un material de consulta al docente. Todas las fichas tienen el mismo formato: titulo, propuesta de tema y curso en que se puede aplicar, materiales necesarios, consejos de seguridad, procedimiento, preguntas que guían la observación, preguntas para pensar, temas cotidianos relacionados con la temática, fundamentación teórica, bibliografía ACTIVIDADES EXPERIMENTALES REALIZADAS: 1. Principio de Arquímedes 2. Globos sorprendentes y la pelotita porfiada 3. ¿Qué es eso llamado densidad? 4. Juguemos con globos. 5. Volcán submarino 6. Peso y masa 7. Conductividad térmica (1) 8. Transferencia de calor por convección 9. Conductividad térmica (2) 10. Ver o No ver 11. Produciendo corriente eléctrica (1) 12. Produciendo corriente eléctrica(2) 13. Rompiendo como un rayo 14. Matemática curiosa (1) 15. Matemática curiosa (2) 16. ¡Uy qué mezcla es esta mezcla!. 17. Las latitas rebeldes FICHA PARA DOCENTES DE ALGUNAS DE LAS ACTIVIDADES PRÁCTICAS SELECCIONADAS: - ACTIVIDAD PRÁCTICA N° 1: PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES FICHA PARA DOCENTES ACTIVIDAD EXPERIMENTAL APLICABLE EN: CURSO CONTENIDO ASIGNATURA 4° La flotación y la fuerza de empuje FÍSICA ¿QUÉ HAREMOS? Verificaremos a través de la experimentación el Principio de Arquímedes. MATERIALES NECESARIOS Un recipiente con desagüe Un recipiente lleno de arena Un frasquito vacío Un vasito de plástico Una regla Un soporte Hilo y 2 clips Una banda elástica ¿QUÉ CUIDADOS DEBEMOS TENER? No realizar esta actividad experimental sin la presencia de un adulto A SEGUIR LAS INDICACIONES… 1. Arma el dispositivo mostrado en la foto superior. 2. Mide y anota la longitud de la banda elástica. 3. Coloca agua en el recipiente con desagüe y espera hasta que no salga más agua por el mismo. 4. Introduce con cuidado el recipiente con arena dentro del recipiente con desagüe y recoge en el frasquito toda el agua que desplaza. ¿Qué ha pasado con la longitud de la banda elástica? 5. Coloca el agua que recogiste dentro del vaso de plástico. Observa lo que le sucede a la banda elástica. 6. Mide nuevamente la longitud de la banda elástica y compárala con la que registraste en el paso 2. REGISTRA TUS OBSERVACIONES ¡VAMOS A PENSAR JUNTOS! Nuestro sistema está formado por: un vasito de plástico unido a un recipiente lleno de arena. Podemos estar seguros que en las condiciones de trabajo la banda elástica tiene un comportamiento lineal: es decir que experimenta deformaciones iguales cuando se le aplican fuerzas iguales. ¿Cuál es la fuerza que tira de la banda elástica cuando el sistema está en el aire? ¿Por qué la banda elástica se acorta al sumergir el recipiente con arena en el agua? Compara el volumen del recipiente con arena con el volumen de agua que desplaza al sumergirlo. ¿Por qué crees que la banda elástica recupera su longitud inicial al colocar dentro del vaso el agua desalojada? ¿QUÉ HAS APRENDIDO EN ESTA ACTIVIDAD EXPERIMENTAL? PARA SEGUIR APRENDIENDO HAY QUE INVESTIGAR ¿Por qué un faquir puede acostarse en una cama de clavos sin hacerse daño? ¿Por qué crees que para desplazarse en la nieve se usan esquíes? ¿Cómo cambia la presión que soporta un buzo cuando desciende a una profundidad doble de la que se encontraba al principio?. Compara la presión en el fondo de cada uno de estos recipientes sabiendo que los tres contienen el mismo líquido. ¿Por qué si succionas todo el líquido y todo el aire de una caja de jugo ella se aplasta? ¿Por qué podemos levantar fácilmente objetos pesados dentro del agua? El empuje que recibe un corcho en un recipiente con agua es mayor, menor o igual que su peso? Compara las densidades del agua y del corcho. Diseña un experimento que te permita averiguar la densidad de un metal aplicando el principio de Arquímedes. Materiales que vas a utilizar: un objeto metálico, agua, un recipiente, un dinamómetro. Averigua qué es una prensa hidráulica y qué aplicaciones tiene. EL POR QUÉ DE LAS COSAS Los líquidos y gases presentan una característica en común: ambos pueden fluir y debido a ello se los agrupa bajo la denominación de fluidos. La posibilidad de fluir de líquidos y gases se debe a la escasa fuerza de atracción existente entre las partículas que los constituyen. Eso les permite desplazarse y cambiar de forma con gran facilidad. Una diferencia fundamental entre los sólidos y los fluidos es su comportamiento ante la aplicación de una fuerza. Mientras que a los sólidos se les puede aplicar fuerzas en cualquier dirección los fluidos no pueden resistir una fuerza tangencial o esfuerzo cortante. Al aplicarle una fuerza de ese tipo, las partículas resbalan unas sobre otras. PRESIÓN ¿Por qué la arena se hunde mucho más cuando una mujer camina sobre ella con zapatos de taco fino que cuando lo hace descalza?. En ambos casos la fuerza aplicada sobre la arena es la misma: el peso de la mujer. La diferencia está en el tamaño de la superficie sobre la que se distribuye la fuerza: en el primer caso es la pequeñísima punta del taco y en el segundo es toda la planta del pie. Vemos a través de este ejemplo que el efecto de una fuerza no depende solamente del valor de ella sino también del área sobre la que se ejerce. La relación entre una fuerza aplicada perpendicularmente a una superficie y la superficie sobre la que se aplica se denomina presión. Matemáticamente se expresa de la siguiente manera: F: módulo o valor de la fuerza expresado en Newton (N) S: valor de la superficie expresada en m2 P: presión expresada en N/ m2 = Pascal (Pa) Otras unidades de presión: Milímetro de mercurio (mmHg): es la presión ejercida sobre su base por una columna de mercurio de 1 mm de altura. Atmósfera (atm) : es la presión ejercida sobre su base por una columna de mercurio de 76 cm de altura. Por lo tanto 1 atm = 760 mmHg Hectopascal (HPa): es un múltiplo del Pascal: 1 HPa = 100 Pa PRESIÓN EJERCIDA POR UN FLUIDO EN REPOSO Si dentro de un recipiente que contiene un fluido en reposo, como por ejemplo una botella con agua o una piscina, introducimos un objeto, la presión que ejerce el fluido sobre él es siempre perpendicular a la superficie. Recordemos que un fluido no es capaz de ejercer fuerzas tangenciales. El aumento de presión producido al empujar el émbolo ubicado en la parte inferior del recipiente, se transmite a todos los puntos del fluido en reposo que escapa por todos los orificios. Cualquier cambio de presión aplicado a un fluido en reposo contenido en un recipiente, se transmite sin alteración a todos los puntos del mismo y a las paredes del recipiente que lo contiene. Este enunciado se conoce como Principio de Pascal. Vamos a deducir una expresión general para la presión en el interior de un fluido en reposo. El módulo del peso del líquido es: P = m · g Si llamamos d a la densidad del líquido y V asu volumen, la masa del m = d · V líquido es: Como el recipiente tiene forma cilíndrica, el volumen del líquido lo determinamos como: V = S · h donde S es la superficie de la base y h la altura o profundidad del líquido. Sustituyendo en la expresión de la masa obtenemos: m = S· h · d Ahora sustituimos la masa obtenida en la fórmula del peso: P = m · g = s · h · d · g Aplicando la definición de presión obtenemos una expresión para la presión en el fondo del recipiente: P = F / s = s · h · d · g / s = h · d · g Por lo tanto la presión en el interior de un fluido es: P = d . g . h donde h es la profundidad, d es la densidad del fluido en cuestión y g la aceleración gravitatoria. La presión ejercida por un fluido en reposo depende solamente de su densidad y de su profundidad. Consideremos dos recipientes idénticos: uno lleno de agua y el otro lleno de mercurio cuya densidad es 13,6 veces mayor que la del agua. H2O Hg La presión sobre la base del recipiente que contiene mercurio es 13,6 veces mayor que P sobre la base del recipiente con agua. Es decir que para una misma profundidad el líquido más 13,6P denso ejerce más presión. La presión en el interior de un fluido es directamente proporcional a la profundidad. El agua que brota de los agujeros de la botella lo demuestra: la presión menor en el agujero superior produce un chorro de menor alcance. LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA La atmósfera es la capa gaseosa que rodea a la Tierra. El peso de la atmósfera distribuido sobre la superficie terrestre ejerce presión llamada presión atmosférica. Nosotros vivimos inmersos en la atmósfera y sometidos a su presión aunque no lo notamos. Es por eso que antiguamente se pensaba que el aire no tenía masa. El Físico italiano Evangelista Torricelli en el año 1643 diseñó un dispositivo con el cual logró medir la presión atmosférica. EL EXPERIMENTO DE TORRICELLI Llenó con mercurio un tubo de 1 metro de longitud y tapó con el dedo su extremo abierto. Lo invirtió dentro de un recipiente con mercurio y retiró su dedo cuidando que no entrara aire. El mercurio en el tubo descendió hasta una altura de 76 cm quedando en la parte superior del tubo un espacio vacío. ¿Por qué el mercurio no siguió bajando? Porque se igualaron las presiones. La presión en los puntos A y B es la misma ya que son dos puntos ubicados a la misma profundidad en el mismo fluido. La presión en A es la presión atmosférica y la presión en B es la que ejerce una columna de mercurio de 76 cm de altura.Por lo tanto el valor de la presión atmosférica es de 760 mmHg = 101,293 Pa La presión atmosférica disminuye con la altura, ya que la capa de aire soportada es cada vez menor a medida que se asciende. Si la densidad del aire fuese constante, la presión atmosférica disminuiría proporcionalmente con la altura, pero no es así. El aire de las capas más altas es menos denso. Cuando nos referimos a la presión en el interior de un líquido, no tuvimos en cuenta la presión atmosférica. Si ahora la consideramos la presión en el interior de un líquido debe expresarse de la siguiente forma: P = Patmosférica + d . h . g PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES La figura muestra un cuerpo sumergido en un líquido y las fuerzas que experimenta. Las fuerzas horizontales se anulan mutuamente pero no las verticales. Sabemos que la presión aumenta con la profundidad, y eso determina que la fuerza sobre la superficie inferior del cuerpo sea mayor que la que se ejerce sobre la superior . Por tanto sobre el cuerpo actúa una fuerza neta de dirección vertical y sentido hacia arriba. Esta fuerza se llama EMPUJE. Arquímedes (filósofo griego 287-212 AC) demostró que el empuje tiene un valor igual al del peso del líquido desplazado por el cuerpo total o parcialmente sumergido. Esta afirmación se conoce como Principio de Arquímedes. Es importante destacar que lo que importa a los efectos del empuje es el peso del volumen de líquido que desplaza el cuerpo y no el peso del cuerpo. FLOTABILIDAD Las fuerzas que actúan sobre un cuerpo sumergido son el peso y el empuje. La relación entre ellas determina la flotabilidad del cuerpo. Pueden presentarse diferentes situaciones: Si el peso del cuerpo totalmente sumergido es mayor que el empuje, el cuerpo se hunde y se ubica en el fondo del recipiente. Si el empuje que recibe el cuerpo totalmente sumergido es mayor que el peso, el cuerpo sube a la superficie y flota semisumergido. El empuje sobre la parte sumergida es igual al peso. De un iceberg aflora a la superficie aproximadamente un 12% de su volumen total: el 88% restante está bajo el agua. Si el empuje que recibe el cuerpo totalmente sumergido es igual al peso del cuerpo, el mismo flota “entre dos aguas”, como el huevo de la imagen. EMPUJE Y DENSIDAD DEL LÍQUIDO De acuerdo al Principio de Arquímedes: EMPUJE = PESO DEL LÍQUIDO DESPLAZADO EMPUJE = mLd . g mLd : masa del líquido deso+plazado. mLd = VLd . DL VLd : volumen del líquido desplazado DL : densidad del líquido EMPUJE = VLd . DL . g Cuando el cuerpo está totalmente sumergido, el volumen de líquido que desplaza es igual al suyo. VLd = Vc EMPUJE = PESO DEL CUERPO = DL . Vc . g mC . g = DC . VC . g Estas dos expresiones solo difieren en el término D, que en un caso es la densidad del líquido y en el otro la del cuerpo. Entonces: Si DL › DC EMPUJE › PESO DEL CUERPO ; el cuerpo se hunde Si DL ‹ DC EMPUJE ‹ PESO DEL CUERPO ; el cuerpo flota Si DL = DC EMPUJE = PESO DEL CUERPO ; el cuerpo flota “entre dos aguas” DIRECCIONES WEB - BIBLIOGRAFÍA Máximo A.- Alvarenga B. FÍSICA GENERAL. 4ª edición. Oxford University Press 1998 Aristegui, R- Baredes C. FÍSICA II Santillana Polimodal 2000 http://paulaysuhistoria.blogspot.com/2010/04/experimentos-y-algo-mas- iii.html http://www.mates-fskyqmk.net/fsk/hidrostatica.html http://ricardi.webcindario.com/img/presi11.jpg kalipedia.com neferfisicayquimica.blogspot.com - ACTIVIDAD PRÁCTICA N° 7: CONDUCTIVIDAD TÉRMICA I FICHA PARA DOCENTES ACTIVIDAD EXPERIMENTAL APLICABLE EN: CURSO CONTENIDO ASIGNATURA 5º, 6º La transferencia de energía por calor. La energía interna de los sistemas. FÍSICA ¿QUÉ TAREA HAREMOS? Investigaremos la conductividad térmica de diferentes materiales. MATERIALES NECESARIOS Una lata con agua. Un tenedor de metal y otro de plástico del mismo tamaño. Mechero o calentador. Dos trocitos iguales de manteca. Un trozo de espumaplast ¿QUÉ CUIDADOS DEBEMOS TENER? Debes tener cuidado al manipular el mechero. No toques la lata. Ella se calienta rápidamente y puedes quemarte. Utiliza una lata cuyo borde no tenga filo para evitar cortes. No realices esta actividad experimental sin la presencia de un adulto A SEGUIR LAS INDICACIONES… 1. Perforar la espumaplast y colocar los tenedores en posición vertical como muestra la foto. 2. Colocar un trocito de manteca en la punta de cada uno de los tenedores. 3. Introducir los mangos en el recipiente con agua y calentar. 4. Observar los cambios que ocurren a medida que transcurre el tiempo. REGISTRA TUS OBSERVACIONES VAMOS A PENSAR JUNTOS 1. ¿Qué le sucede a la manteca a medida que transcurre el tiempo? 2. ¿Por qué crees que la manteca se ablanda? 3. ¿Cuál de los trocitos de manteca se mantuvo más tiempo en la punta del tenedor? ¿Por qué? 4. ¿Qué material es mejor conductor del calor: el metal o el plástico? ¿QUÉ HAS APRENDIDO EN ESTA ACTIVIDAD EXPERIMENTAL? PARA SEGUIR APRENDIENDO HAY QUE INVESTIGAR ¿De qué formas logran los constructores que una casa quede bien aislada? ¿Por qué entre el tanque metálico del calefón y la cubierta exterior del mismo se coloca fibra de vidrio? ¿Por qué los termos de metal mantienen el agua caliente? ¿Por qué las aves erizan sus plumas en los días muy fríos? ¿Por qué si apoyas uno de tus pies descalzos en el piso de baldosas y el otro sobre una alfombra sientes frío en el pie que tienes sobre las baldosas? ¿Por qué luego de estar un rato sentado si te pones de pie y tocas el asiento lo notas tibio? ¿Por qué los lagartos se quedan horas al sol? ¿Por qué las ollas, sartenes, cucharones y espumaderas tienen mangos de madera o plástico? ¿En qué época fue propuesta y qué afirmaba la Teoría del Calórico? ¿Por qué fue sustituida? EL POR QUÉ DE LAS COSAS La temperatura es la propiedad de la materia que se mide con el termómetro. Cuando dos objetos que tienen diferente temperatura se encuentran en contacto térmico se produce transferencia de energía en forma de calor desde el una “Calentando silla” Se objeto de mayor temperatura hacia el de menor transfiere energía en forma temperatura. Dicha transferencia continúa hasta que la perrita hacia la silla de calor desde el cuerpo de ambos quedan a la misma temperatura, es decir en equilibrio térmico. Nos ubicaremos en el modelo corpuscular de la materia que propone que ella está formada por pequeñas partículas en continuo movimiento. Dichas partículas poseen energía cinética y potencial ya que se mueven, vibran, rotan, se trasladan y se ejercen fuerzas mutuamente. Al conjunto de toda la energía que poseen las partículas constituyentes de la materia se le denomina energía interna. Cuando un objeto se calienta aumenta su energía interna. La materia no contiene calor, tiene energía interna. El calor no es una propiedad de la materia como la masa o la temperatura. El calor es el mecanismo por el cual se transfiere la energía entre dos sistemas que están a diferente temperatura. El sentido de la transferencia es siempre desde el cuerpo de mayor temperatura. Cuando ambos cuerpos transferencia de energía cesa. temperatura hacia el de menor alcanzan el equilibrio térmico la LA TRANSFERENCIA DEL CALOR POR CONDUCCIÓN Si revuelves el arroz hirviendo dentro de una olla con una cuchara de metal, al cabo de unos instantes ella estará tan caliente que no podrás continuar sosteniéndola. El calor se ha transferido a lo largo de la cuchara por conducción. ¿En qué consiste la conducción? Las partículas de la zona de la cuchara que está dentro del agua hirviendo comienzan a moverse más rápido y chocan a sus vecinas provocando que éstas también se muevan más rápidamente y comuniquen ese movimiento a las que tienen al lado. De este modo todas las partículas van “contagiando” a sus vecinas y las hacen aumentar la velocidad con que se mueven. Es similar a lo que sucede cuando le das un empujoncito a la primera de las fichas de dominó que se alinearon formando una larga fila. Así va aumentando la energía de todas las partículas a lo largo de la cuchara hasta llegar al extremo que está en tu mano. No todos los materiales conducen el calor con la misma facilidad. Los que lo hacen muy bien se llaman conductores térmicos. Ejemplo de ellos son los metales. Los malos conductores del calor se denominan aislantes térmicos y entre ellos están la lana, el algodón, la madera, la espuma plast, el aire, el hielo, etc. ¿Por qué si tocas un mueble metálico y otro de madera ubicados en la misma habitación sientes “frío” el metal pero no la madera?. ¿Será porque el mueble de madera tiene una temperatura mayor que el de metal?. Tú ya sabes que no es por eso. Ambos muebles tienen la misma temperatura que no es otra que la temperatura ambiente de la habitación donde se encuentran. Lo que sucede es que tu cuerpo, que por supuesto está a mayor temperatura, transfiere más energía al metal, que es un buen conductor térmico, que a la madera que no lo es. La madera es un buen aislante: evita la transferencia de energía en forma de calor desde tu cuerpo hacia ella. La ropa de lana que te pones en invierno no te da calor: evita que se transfiera energía desde tu cuerpo hacia el ambiente y entonces no sientes frío. Debemos aclarar que el frío no es una magnitud física sino una sensación que experimentamos cuando “perdemos” calor. En invierno no cerramos la puerta para que no “entre el frío” sino para que no se transfiera energía en forma de calor desde el interior de nuestra casa hacia el exterior que está a menor temperatura. Debemos aclarar que ningún aislante puede evitar por completo la transferencia de energía. Ni el mejor de los termos conserva el agua caliente para siempre, lo que hace un buen aislante es hacer más lenta la transferencia. DIRECCIONES WEB - BIBLIOGRAFÍA PSSC. FÍSICA. 3ª Edición. Ed. Reverté. 1974-1975 Hewitt, P. FÍSICA CONCEPTUAL. 3ª Edición. Addison, Wesley, Longman. 1999 VIDEOS SOBRE CONDUCCIÓN EN LA WEB http://www.youtube.com/watch?v=OHLMqf5laFA&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=FHqhMeIfkLs&feature=related - ACTIVIDAD PRÁCTICA N° 15: MATEMÁTICA CURIOSA II ¿QUIÉN SE ESCONDE? FICHA PARA DOCENTES ACTIVIDAD EXPERIMENTAL APLICABLE EN: CURSO CONTENIDO ASIGNATURA 2° 3° 5° Sistemas de fraccionamiento: Cristalización Sistemas de fraccionamiento: Cromatografía Sistemas de fraccionamiento: La destilación QUÍMICA ¿QUÉ TAREA HAREMOS? Intentaremos averiguar si los sistemas que se te presentan están formados por uno o más componentes MATERIALES Recipientes transparentes como vasos de Tubos de ensayo (3) vidrio, de plástico, botellas pequeñas, otros Tapón de goma agujereado Papel absorbente: servilletas, tiras de papel Tubo de vidrio en forma de de diario sin letras, filtros de cafetera, otros ángulo agudo Bowls chico Tijeras Vasitos de plástico Lupa Pinza de madera Marcadores de color negro, marrón, azul, Alcohol etílico (blanco) otros de igual color y diferente marca Palitos largos como los de brochettes Mechero de alcohol Agua Vino tinto Nitrato de potasio Hielo ¿QUÉ CUIDADOS DEBEMOS TENER? No pruebes ninguna sustancia de las que utilices para trabajar No huelas directamente ningún líquido de los que utilices Ojo con el agua caliente y cuando prendas el mechero no vayas a quemarte Nunca toques el material cuando está caliente directamente con tus manos; si es necesario, utiliza una pinza de madera No realices esta actividad sin la presencia de un adulto A SEGUIR LAS INDICACIONES…Actividad 1 platea.pntic.mec.es 1. Con las tijeras corta tres o cuatro tiras de papel absorbente 2. Hazle un orificio en uno de sus extremos por donde pasarás el palito de brochettes o un lápiz largo 3. Traza en el otro extremo de cada uno de ellos una línea a 1 cm aproximadamente del borde (puede ser también un punto gordo) 4. Utiliza un color diferentes para cada papel 5. En un vaso alto o similar, coloca unos pocos mililitros de alcohol blanco, suficiente para cubrir el fondo del vaso 6. Coloca los tres o cuatro papeles en el palito de madera 7. Colócalos dentro del vaso, cuidando de que la línea no quede sumergida en el alcohol 8. Espera unos minutos y anota en el cuadro todo lo que ves ANOTA LAS OBSERVACIONES REALIZADAS EN EL CUADRO SIGUIENTE En los primeros instantes A los cinco minutos Después de 10 minutos ¡VAMOS A PENSAR JUNTOS! ¿Qué conclusiones puedes sacar sobre las diferentes tintas utilizadas? ¿Y sobre las tintas del mismo color pero de diferentes marcadores? ¿Qué tipo de sistemas son? ¿Cómo se llama este procedimiento y por qué? A SEGUIR LAS INDICACIONES… Actividad 2 1. En un recipiente adecuado coloca un poco de agua (1/4 vaso aproximadamente) a hervir 2. En otro recipiente transparente, pones dos aspirinas y con una cuchara las mueles bien de manera que queden en trocitos muy pequeños. Observa su aspecto utilizando una lupa y anota lo que ves. 3. Cuando el agua haya hervido, la trasvasas de a poco y siempre agitando al vaso que contiene las aspirinas 4. Agita continuamente hasta que ya no se disuelva más, y que quede sólido en el fondo sin disolver 5. Ahora tienes que pasar el sistema líquido a otro recipiente limpio y colocarlo en un baño de hielo 6. Espera unos minutos, observa con la lupa el sistema y luego registra en el cuadro las observaciones realizadas ANOTA LAS OBSERVACIONES REALIZADAS EN EL CUADRO SIGUIENTE ¿Qué aspecto tiene la aspirina molida? ¿Qué sucede al agregar agua caliente al la aspirina? ¿Qué pasó al enfriar el sistema? ¿Qué aspecto tiene el sólido final? ¡VAMOS A PENSAR JUNTOS! ¿Para qué es necesario moler las aspirinas? ¿Qué les sucede al agregar agua caliente? ¿Sería lo mismos si agregamos agua fría? ¿Qué tipo de sistema se forma? Comprar el aspecto de los sólidos, comenta lo que hayas observado y discute las diferencias y similitudes ¿Quién es el sólido final? ¿Cómo se llama este procedimiento y por qué? A SEGUIR LAS INDICACIONES… Actividad 3 1. En un vaso pones agua a enfriar con cubitos de hielo 2. Coloca un poco de vino tinto en el tubo de ensayo (tubo 1) 3. Lo tapas con el tapón de goma que tiene un tubo de vidrio y un tubo de goma (o manguerita) 4. Coloca el extremo del tubo de goma dentro de otro tubo de ensayo (tubo 2) sumergido en el agua con hielo 5. Utilizando una pinza de madera tomas firmemente el tubo de vidrio y lo calientas suavemente con el mechero de alcohol 6. Cuando veas que hay líquido en el tubo 2, lo retiras y colocas otro tubo (3) 7. Continúa calentando hasta que no quede líquido en el tubo 1 8. Coloca el líquido recogido en el tubo 2 y acércale un fósforo ¿qué observas? 9. Repite este último paso con el líquido del tubo 3 y anota lo que sucede 10. Anota todo lo que observas ANOTA LAS OBSERVACIONES REALIZADAS EN EL CUADRO SIGUIENTE Antes de calentar Tubo 1 Tubo 2 Tubo 3 Después de calentar ¡VAMOS A PENSAR JUNTOS! ¿Qué tipo de sistema es el vino? ¿Qué sucede al calentar? ¿Cómo se llama el proceso que ocurre con el líquido del tubo 2? ¿Podrías decir cómo está formado el sistema líquido del tubo 2? ¿Podrías decir cómo está formado el sistema líquido del tubo 3? ¿Qué podrías decir del tubo 1? ¿Qué propiedad de las sustancias permitió hacer esta actividad? ¿Cómo se llama este procedimiento? ¿QUÉ HAS APRENDIDO CON ESTAS ACTIVIDADES EXPERIMENTALES? PARA SEGUIR APRENDIENDO HAY QUE INVESTIGAR… ¿Qué nombre tienen los métodos empleados? ¿En qué tipo de sistemas se aplican? ¿Qué se consigue al aplicarlos a los sistemas? Cuando vamos a la playa luego de sumergirnos en el agua del mar y secarnos al sol, nos quedan unas manchitas blancas sobre la piel. ¿Tendrá relación este fenómeno con las actividades experimentales que hiciste hoy? ¿Es posible que realices la separación de los pigmentos de la tinta con agua? Discute esta posibilidad antes de realizarla. Busca información sobre las aplicaciones de los mismos en la vida de una sociedad Investiga la procedencia de la aspirina, su edad y sus diferentes usos. EL POR QUÉ DE LAS COSAS Una solución es un sistema homogéneo o una mezcla homogénea fraccionable. Con esto se quiere decir que una vez formada la solución se puede volver a separar sus componentes mediante métodos apropiados, denominados, en forma general, “métodos de fraccionamiento”. El hecho de poder separar los componentes de una mezcla homogénea es útil en diferentes áreas del conocimiento, por ejemplo, en medicina, para identificar la sustancia que efectivamente actúa en un medicamento, en química forense, para detectar qué sustancias contiene el estómago de un occiso, en la industria para conocer la pureza de un producto, etc. Los métodos de fraccionamiento más comunes son: cromatografía, destilación y cristalización. CROMATOGRAFÍA La cromatografía es un método físico de separación para la caracterización de mezclas complejas, la cual tiene aplicación en todas las ramas de la ciencia y la física. Es un conjunto de técnicas basadas en el principio de retención selectiva, cuyo objetivo es separar los distintos componentes de una mezcla homogénea, permitiendo identificar y determinar las cantidades de dichos los mismos. separación de clorofilas mediante cromatografía en papel La cromatografía puede cumplir dos funciones básicas que no se excluyen mutuamente: Separar los componentes de la mezcla, para obtenerlos más puros y que puedan ser usados posteriormente (etapa final de muchas síntesis). Medir la proporción de los componentes de la mezcla (finalidad analítica). En este caso, las cantidades de material empleadas son pequeñas. Hay diferentes tipos de cromatografías: en papel, en capa fina, en columna, de líquidos, de gases, de fluidos supercríticos. De cada una de las anteriores hay variaciones en la técnica y equipamiento empleados. En nuestro país, en el LATU, hay un departamento de cromatografía que realiza análisis de alimentos y de aguas residuales. CROMATOGRAFÍA EN PAPEL Se basa en las diferentes afinidades de los componentes de una mezcla homogénea por el papel (fase estacionaria o fija) o por un líquido absorbido en éste (agua, alcohol u otro) A medida que el líquido asciende por el papel, arrastra aquellos componentes solubles en él, dejándolos a mayor distancia de la muestra inicial mientras que los componentes menos solubles, quedan más cerca. En la actividad experimental planteada, el soporte fijo es el papel, el sistema a fraccionar la tinta y la fase móvil el alcohol etílico (también podría haberse hecho con agua). DESTILACIÓN La destilación, es la operación que se realiza para separar una mezcla de dos líquidos miscibles, o una disolución de sólido en líquido. Consiste en el calentamiento a ebullición de la mezcla, y la posterior condensación de los vapores formados. El líquido que se obtiene en la condensaciónyg-quimica.blogspot.com será más rico en el componente más volátil, que el líquido que permanece en el matraz. El origen de la destilación se halla en los alquimistas árabes quienes utilizaron el alambique (figura) para separar compuestos. También se atribuye a ellos la palabra alcohol. Las primeras referencias a la destilación del alcohol datan del siglo XII y nos hablan de la fabricación del aqua vitae (agua de la vida) en referencia a los licores destilados y a la destilación del aguardiente. Este términopervive todavía en el aquavit sueco y noruego, o en el akvavit danés. Fue el español Arnau de Villanova el primero que describiría con detalle la elaboración del llamado “elixir de la vida eterna” o aqua vitae, que se extrae por la “destilación del vino o de sus heces”. Durante la Edad Media se dio un impulso a la producción de este tipo de bebidas, gracias a la labor de los monjes cristianos. Estos monjes trataban de encontrar esencias mágicas con aplicaciones medicinales. Estos experimentos son el origen de los elixires. Ocurría sin embargo que la técnica era un poco rudimentaria, y el resultado no constituía algo particularmente grato de ser degustado. Entonces, para mejorar el sabor comenzaron a aromatizar sus brebajes con flores y frutas maceradas. A partir del siglo XV se fundan los gremios de la destilación y será a partir de entonces cuando nazcan algunos de los licores más conocidos y consumidos, como el coñac, el brandy, el whisky o el ron. Desde el momento en que se descubren los destilados y su capacidad de ser trasladados de un lugar a otro, a diferentes temperaturas, con abundantes trasiegos, las bebidas alcohólicas se encuentran en cualquier sitio y son asequibles para toda la sociedad. Es entonces cuando comienza su comercialización. La destilación se utiliza en múltiples procesos industriales. Uno de ellos es la destilación del petróleo quien, entre otros beneficios, proporciona los combustibles que mantienen en movimiento al parque automotor de nuestro país. En la figura se muestran las fracciones más importantes que se obtienen del destilado y cracking del petróleo. Destilación del vino Si destilamos un vino se puede observar como mínimo, la aparición de dos fracciones: alcohólica la primera, ya que el etanol tiene un punto de ebullición de 78ºC a presión normal (1.013,25 hPa) y otra fundamentalmente acuosa que permanece en el matraz. Esta separación no es nunca perfecta, y siempre se obtiene una mezcla de ambas. Se obtienen mejores resultados, realizando el fraccionamiento con la destilación fraccionada o rectificación. El reconocimiento del alcohol se produce mediante la combustión del mismo y se repite este procedimiento con las fracciones siguientes, notando la disminución de la cantidad de alcohol destilada y aumentando la de agua. CRISTALIZACIÓN Es el proceso por el cual se forma un sólido cristalino ya sea a partir de un gas un líquido o una disolución. Este sólido resultante tiene una pureza mayor que el disuelto originalmente. Es una operación necesaria para todo evavslucy.blogspot.com producto químico que se presenta comercialmente en forma de polvos o cristales, ya sea el azúcar (sacarosa), la sal común (cloruro de sodio) etc. Hay varios métodos de cristalización, el utilizado en la actividad experimental consiste en el enfriamiento de una solución concentrada preparada a temperatura elevada. De esta manera se consigue que el sólido cristalice a medida que la temperatura desciende debido a la disminución de la cantidad de soluto que puede permanecer disuelto. El sólido cristalizado es el producto principal y el líquido mantiene disueltos gran parte de las impurezas presentes en el sólido inicial. Cristalización del ácido acetilsalicílico (aspirina) Para que se pueda emplear este método de purificación debe haber variación de la solubilidad con la temperatura, lo que no siempre es el caso. La sal de mesa, por ejemplo, tiene una solubilidad que varía desde unos 35 g a 50 g en 100 mL de agua, en el intervalo de temperaturas comprendido entre 0 y 100 °C, lo que hace que la cristalización por cambio de temperatura sea poco importante, no así en otras sales, como nitrato de potasio (KNO3) cuya solubilidad varía de 10 g/mL a más de 100 g/mL en el mismo intervalo de temperatura. En nuestro caso, el ácido acetilsalicílico tiene poca variación de solubilidad pero es suficiente para apreciar la cristalización. (Solubilidad: 3,3 g/L en agua a 25 ºC pero es mucho más soluble en etanol, lo que permite obtener cristales más puros al cambiar el solvente de la solución acuosa por alcohol etílico). Cuanto mayor sea la diferencia de solubilidad con la temperatura, se pueden obtener mayores rendimientos. A escala industrial, estas operaciones pueden además incluir procesos de purificación complementarios como el filtrado, la decantación de impurezas, etc. Luego de hacer este procedimiento el material queda mucho más puro. DIRECCIONES WEB – BIBLIOGRAFÍA http://platea.pntic.mec.es http://www.cienciafacil.com/experimentos2.html www.consumo-responsable.com http://es.wikipedia.org Saravia G. Segurola B. Franco M. Nassi M. Todo se transforma. Química. 3er año C.B. 1a edición. Editorial Contexto. 2010 - ACTIVIDAD PRÁCTICA N° 15: ¡¡¡ UY QUÉ MEZCLA ES ESTA MEZCLA!!! FICHA PARA DOCENTES ACTIVIDAD EXPERIMENTAL APLICABLE EN CURSO 4 años 5 años 1º 2º CONTENIDO La tamización (método de separación de sist. heterogéneos) Los sistemas heterogéneos (mezclas heterogéneas) La Decantación (método de separación de sist. heterogéneos) La Filtración (método de separación de sist. heterogéneos) ASIGNATURA QUíMICA QUíMICA QUíMICA QUíMICA ¿QUÉ TAREA HAREMOS HOY? Trabajaremos con mezclas conocidas por todos e intentaremos separar algunas de sus partes componentes. MATERIALES: Cucharitas descartables Jeringas de plástico sin aguja Bowls Bandejas Muestra de suelo Agua Aceite Clavitos Agua de arroyo, cañada, de mar o tajamar Arena Colador Vasos descartables Embudo Toallas de cocina Imán Llave de paso (de uso médico) ¿QUÉ CUIDADOS DEBEMOS TENER? No realizar esta actividad experimental sin la presencia de un adulto A SEGUIR LAS INDICACIONES… EXPERIENCIA 1: TAMIZACIÓN 1. Toma 2 bandejas. 2. En una de ellas coloca un poco de tu muestra de suelo. Observa su apariencia (color, textura, olor). 3. Pasa la muestra de suelo a través del colador para la otra bandeja. 4. Compara lo que quedó en la segunda bandeja y lo que quedó en el colador. ¿Qué pudiste separar? REGISTRA TUS OBSERVACIONES VAMOS A PENSAR JUNTOS: ¿Te parece que el suelo es una mezcla homogénea o heterogénea? Mediante el uso del colador, ¿qué pudiste separar? En general, según tu opinión ¿qué condiciones tiene que tener la mezcla para poder ser separada por este método? EXPERIENCIA 2: FILTRACIÓN 1. Usa 2 vasos descartables. 2. En uno de ellos coloca tu muestra de agua de arroyo, ¿qué apariencia tiene? 3. Toma una toalla de cocina recorta un círculo de aproximadamente 10cm de diámetro. 4. Dobla la toalla como te indica la figura: a la mitad y luego nuevamente a la mitad (en 4 partes), ese será tu filtro. 5. Para colocar el filtro en el embudo separa 3 partes de los dobleces para el mismo lado de forma tal que se forme un cono. 6. Coloca otro vaso debajo del embudo con el filtro y pasa con cuidado el agua de arroyo por el filtro. 7. Espera hasta obtener un poco de líquido filtrado. ¿qué apariencia tiene? 8. Observa cómo quedó la toalla de cocina o sea el filtro. REGISTRA TUS OBSERVACIONES VAMOS A PENSAR JUNTOS: ¿Te parece que el agua de arroyo es una mezcla homogénea o heterogénea? Mediante el uso del filtro, ¿qué pudiste separar? ¿Qué otro material podrías haber usado como filtro? En general, según tu opinión ¿qué condiciones tiene que tener la mezcla para poder ser separada por este método? EXPERIENCIA 3: DECANTACIÓN SÓLIDA 1. Coloca un poco de agua de arroyo en un vaso o recipiente transparente. 2. Deja el recipiente y su contenido quieto por un buen rato, mientras continúa realizando otras actividades prácticas. 3. Luego de un rato observa el fondo del recipiente que dejaste con agua en reposo. ¿Qué observas? ¿Se separó algún componente del sistema? REGISTRA TUS OBSERVACIONES VAMOS A PENSAR JUNTOS: En general, según tu opinión ¿qué condiciones tiene que tener una mezcla para poder ser separada por este método? EXPERIENCIA 4: DECANTACIÓN LÍQUIDA Muchas veces en la cocina se mezcla sin querer agua y aceite, si esta mezcla no se separa no se puede freír pues en el aceite caliente el agua salta y te puede quemar. En esta experiencia vamos a trabajar con una mezcla de aceite y agua hecha por nosotros. 1. En un vaso mezcla agua con aceite. ¿Qué características tiene esta mezcla? 2. Sobre la mesa de trabajo dispones de un “embudo de decantación casero” (jeringa con una llave de paso), fíjate que la llave de paso esté cerrada. 3. Toma el “embudo de decantación casero” y coloca adentro la mezcla de agua y aceite. ¿Qué sucede con la mezcla al cambiarla de recipiente? 4. Espera hasta que la mezcla se separe en 2 fases. 5. Con mucho cuidado abre la llave de paso, deja salir toda el agua y cierra la llave. REGISTRA TUS OBSERVACIONES VAMOS A PENSAR JUNTOS: ¿Te parece que el agua con aceite es una mezcla homogénea o heterogénea? Mediante el uso el embudo de decantación, ¿qué pudiste separar? En general, según tu opinión ¿qué condiciones tiene que tener la mezcla para poder ser separada por este método? EXPERIENCIA 5: IMANTACIÓN En trabajos como el de carpintero o mecánico es muy común que se caigan al suelo clavitos, tornillos o tuercas. Éstos por ser muy pequeños son difíciles de encontrar en el piso, es por esto que muchas veces estas personas usan este método para juntar estos objetos de metal muy chiquitos. 1. En un vaso mezcla clavitos con tierra. ¿Qué características tiene esta mezcla? 2. Acerca un imán a la mezcla. ¿Qué observas? ¿Qué pudiste separar de la mezcla? 3. En una bandeja raspa lo que separaste con el imán. REGISTRA TUS OBSERVACIONES VAMOS A PENSAR JUNTOS: ¿ Te parece que tierra con clavitos es una mezcla homogénea o heterogénea? En general, según tu opinión ¿qué condiciones tiene que tener la mezcla para poder ser separada por este método? ¿QUÉ HAS APRENDIDO CON ESTA ACTIVIDAD EXPERIMENTAL? PARA SEGUIR APRENDIENDO HAY QUE INVESTIGAR… En los siguientes imágenes, diferencia entre las mezclas homogéneas y las heterogéneas: Si a una modista se le caen alfileres al piso donde hay un poco de tierra, telas e hilos, ¿qué método le serviría para juntar las alfileres?. Cuando se hace café en una cafetera, ¿cuál de los métodos vistos se aplica? Al hacer té en saquitos, ¿cuál de los métodos vistos se aplica? Para separar arena fina de piedritas, ¿cuál de estos métodos aplicarías? Si se mezcla accidentalmente nafta y agua, ¿qué método aplicarías para separarlas? A veces en las recetas de cocina dice “tamizar la harina”, ¿qué se busca al aplicar ese método? Averigua cómo se realiza el proceso de potabilización de agua e identifica diferentes métodos de separación de fases que se aplican. Averigua para qué se usa el método de centrifugación cuando se hacen análisis de sangre. EL POR QUÉ DE LAS COSAS La materia se puede presentar como sustancias puras y como mezclas. Las sustancias puras son sistemas homogéneos cuya composición no varía porque están formadas por un solo componente. Se dividen en Sustancias Puras Simples y Sustancias Puras Compuestas. Las Sustancias Puras Simples son aquellas que no pueden descomponerse en otras sustancias puras más sencillas por ningún procedimiento, pues están formadas por un solo elemento químico. Por ejemplo el ozono (O3), dioxígeno (O2), carbón grafito (C), hierro (Fe). Los elementos se encuentran clasificados en la Tabla Periódica. Están ordenados según su número atómico creciente y se representan mediante su símbolo químico. En la actualidad se conocen aproximadamente 115 elementos. Las Sustancias Puras Compuestas son aquellas sustancias puras que están constituidas por 2 ó más elementos combinados en proporciones fijas. Estas sustancias se pueden descomponer mediante procedimientos químicos en sustancias simples. Por ejemplo el agua (H2O) está constituida por los elementos hidrógeno (H) y oxígeno (O), se puede descomponer mediante una electrólisis en dioxígeno (O2) y dihidrógeno (H2). Las mezclas se encuentran formadas por 2 ó más sustancias puras, su composición es variable. Se distinguen dos clases de mezclas, las homogéneas y las heterogéneas. Las mezclas homogéneas, también llamadas soluciones, son sistemas homogéneos o sea a simple vista son completamente uniformes. Por ejemplo: agua salada, aire, una aleación de oro y cobre. Las mezclas heterogéneas son sistemas heterogéneos pues están formadas por dos o más porciones diferentes llamadas fases. Por ejemplo: Agua con aceite, granito, arena en agua. Se emplean diferentes procedimientos físicos para separar las fases de una mezcla heterogénea, algunos de éstos son: la filtración, la decantación sólida, la decantación líquida, tamización, imantación, centrifugación. Estos métodos de separación son bastante sencillos por el hecho de que en estas mezclas se distinguen las fases. La elección del método de separación depende de algunas de las propiedades de las fases a separar. Filtración: Este procedimiento se emplea para separar un líquido de un sólido insoluble en ese líquido. Se necesita un material poroso que actúe como filtro, puede ser papel, algodón, tela, arena. Estos materiales permiten solamente el paso del líquido reteniendo el sólido. Sedimentación o Decantación sólida: puede usarse para separar sólidos de líquidos por la diferencia de densidad. Cuando el sólido es más denso que el líquido, se deja sedimentar el sistema, es decir se deja en reposo y el sólido se depositará en el fondo del recipiente. Se separa la fase líquida volcando suavemente el vaso que lo contenga. Decantación líquida: Se emplea para separar 2 líquidos que no se mezclen entre sí. Este método se basa en la diferencia de densidad entre los dos componentes, que hace que dejados en reposo en un embudo o bola de decantación, ambos se separen hasta que el más denso se ubica en la parte inferior. Un embudo de decantación es un recipiente transparente provisto de una llave en su parte inferior. Al abrir la llave, pasa primero el líquido de mayor densidad y cuando éste se termina se cierra la llave para impedir el paso del otro líquido, de esta forma se separan los dos líquidos. Centrifugación: se utiliza para separar sólidos de líquidos, cuando las partículas de sólido son muy pequeñas y de baja densidad. Para realizar este método se tiene que usar una centrífuga que al girar rápidamente acelera el proceso de decantación del sólido, de esta manera el sólido queda compactado en el fondo del tubo de centrífuga y al volcar se separa el líquido sobrenadante. Imantación o separación magnética: este método se aplica si una de las sustancias es atraída por los imanes. Se usa un imán para separarla del resto de sustancias que forman la mezcla heterogénea. Tamización: se utiliza si todas las sustancias que constituyen la mezcla heterogénea son sólidas y el tamaño es muy diferente, podemos utilizar un tamiz para dejar pasar las más pequeñas y dejar en el tamiz las más grandes. DIRECCIONES WEB - BIBLIOGRAFÍA En alguna de las siguientes páginas encontrarás ideas para construir filtros caseros de agua: http://www.fullexperimentos.com/2010/07/filtro-casero-para-el-agua.html http://www.dforceblog.com/2010/05/06/como-reciclar-el-agua-en-tu-hogarcon-un-filtro-casero/ Burns, R. Fundamentos de química Prentice Hall., Madrid Chang, R. Química. 6aedición. Editorial Mc Graw Hill. México. Saravia G. Segurola B. Franco M. Nassi M. Todo se transforma. Química. 3er año C.B. 1a edición. Editorial Contexto. 2010 http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_fyq3/tema3/index3.htm http://www.saberciencias.com.ar
