Nuestro IES Profesor Tierno Galván participa por primera vez y con mucha ilusión en el programa ANDALUCÍA PROFUNDIZA con el proyecto “Los cristales nos rodean”. Este proyecto tiene como objetivo divulgar la importancia del mundo de los cristales en nuestro alumnado y sobre todo fomentar el estudio, el trabajo sistemático y cooperativo, el pensamiento racional y la comunicación, aprovechando experimentos atractivos de cristalización entre otros.
Pretendemos transmitir a los alumnos y alumnas cómo se hace y disfruta la Ciencia, desde la investigación en el laboratorio, para intentar que vean que el mundo de la experimentación es un mundo maravilloso. Así aprenderán nombres de materiales, reactivos, normas de laboratorio y disfrutarán de y con la Ciencia.Nuestro trabajo se ha desarrollado fuera del horario lectivo en ocho sesiones de marzo a junio.A continuación pasamos a detallarlas.
SESIÓN 1:EL JARDÍN QUÍMICO
En esta sesión primera hemos empezado repartiendo el material: las batas, guantes, gafas protectoras, las acreditaciones y las carpetas de trabajo donde nuestro alumnado irá anotando y archivando todo aquello que sea de su interés.Hemos hablado de normas de seguridad en los laboratorios y del material más utilizado en éstos.
A continuación, hemos empezado con el primer experimento : EL JARDÍN QUÍMICO, uno de los más bellos experimentos que se pueden hacer en un laboratorio.
Un jardín químico es una especie de bosque que se forma cuando se añaden ciertas sales en estado sólido (sulfato de cobre, cloruro de cobalto (II)…) a una disolución acuosa de silicato sódico.
Johann Rudolf Glauber (el científico que da nombre a la sal de Glauber o sulfato sódico) fue la primera persona que consta que observó un jardín químico. Fue en 1646 y empleó cloruro de hierro (II) y silicato potásico.
Cada sal da “plantas” de un color diferente. Así, las que se obtienen con cristales de sulfato de aluminio y potasio son blancas; las de sulfato de cobre, azules; las de cloruro de cromo (III), sulfato de níquel (II) y sulfato de hierro (II), verdes; los de cloruro de hierro ,anaranjadas; las de cloruro de cobalto (II), violetas…
Fundamento
El silicato de sodio, antiguamente llamado licor de piedras, es el responsable de esta bella experiencia. Al reaccionar con sales de metales de transición, obtendremos estructuras parecidas a corales, plantas, algas submarinas o estalagmitas.
Desde principios del siglo XX, el médico Stéphane Leduc había estudiado todas las posibilidades de combinación entre sales metálicas y disoluciones a base de carbonato, fosfatos y silicatos de sodio. Pensó haber “recreado la vida” observando crecimientos sorprendentes a base de compuestos químicos completamente inertes.
La explicación de este crecimiento arborescente se fundamenta en dos fenómenos físicos:
La ósmosis. En presencia de silicato de sodio, los iones metálicos forman silicatos metálicos. Una envoltura sólida pero semi-permeable se forma alrededor del gránulo de sal metálica. A causa de la diferencia de concentración entre el interior y exterior y dado que la pared es porosa, el agua entra por ósmosis. La presión en el interior de la envoltura o burbuja aumenta hasta su rotura.
El empuje de Arquímedes. Es debido a la diferencia de densidad entre la solución de silicato de sodio y el interior de la envoltura porosa. Por ósmosis el agua que entra en la burbuja disuelve la sal metálica y la densidad disminuye, cuando esta se vuelve inferior a la densidad de la solución de silicato, una fuerza dirigida de abajo a arriba, rompe la envoltura y el líquido interior sube a través de la solución de silicato formando ramas.
Si la sal utilizada es muy higroscópica como cloruro de hierro (III) y el cloruro de cobalto hexahidratado se obtienen grandes ramas de crecimiento rápido. En caso de sales menos higroscópicas se forman ramas finas o más cortas.
Debemos observar también que la forma de las ramas depende del tamaño y geometría del gránulo de sal metálica. Así tenemos forma de hierba para el sulfato de níquel heptahidratado si está en polvo. Ramas finas para el sulfato de cobre pentahidratado, el cloruro de calcio y el cloruro de cobalto hexahidratado, también en polvo. Ramas irregulares para el sulfato de hierro (II) heptahidratado. Ramas espesas para el cloruro de hierro (III) si están en forma de granos gruesos, etc.
SESIÓN 2: CRISTALIZACIÓN DEL SULFATO DE COBRE
En esta sesión hemos empezado observando como el crecimiento de los cristales del jardín químico ya finalizó.Hicimos fotos y empezamos la práctica de la CRISTALIZACIÓN DEL SULFATO DE COBRE.
El sulfato de cobre (II) [CuSO4 · 5H2O] es un compuesto químico derivado del cobre que
forma cristales azules y solubles en agua.
Con esta práctica hemos querido preparar una disolución sobresaturada de esta sustancia para que, posteriormente, se formen los cristales. El sulfato de cobre, forma unos cristales triclínicos característicos muy similares a los de un romboedro.
Es necesario conocer la solubilidad del sulfato a distintas temperaturas:
• 20º : 20.3 g/100mL
• 40º : 29.0 g/100mL
• 60º : 40.0 g/100mL
• 80º : 55.0 g/100mL
Dentro de la solubilidad vamos a definir algunos términos:
-Solución saturada: es aquella que no admite más soluto (sal) para aquella temperatura.
-Solución sobresaturada: es aquella que contiene más soluto del que realmente admite, esto se consigue generalmente aumentando la temperatura.
En este experimento vamos a provocar la cristalización del sulfato de cobre a partir de una disolución sobresaturada para poder observar la morfología (forma) de los cristales.
PROCEDIMIENTO:
Cristalización de una solución sobresaturada:
• Pesamos 40gramos de sulfato de cobre pentahidratado
• Llevamos 100ml de agua destilada a ebullición y disolvemos el sulfato de cobre
• Agitamos bien hasta que los 40gramos de sulfato de cobre se disuelvan.
• Esperamos que baje un poco la temperatura y lo echábamos en el cristalizador
SESIÓN 3:CONTINUACIÓN CRISTALIZACIÓN SULFATO DE COBRE
Hoy , nada más llegar observamos que se habían formado muchos cristales y su forma se apreciaba perfectamente.Procedimos a aislar uno cada uno ,de nuestro cristalizador.Lo atamos a un hilo de nylon y por el otro extremo a un bolígrafo . Volvimos a preparar nuevamente la disolución sobresaturada de sulfato de cobre y cuando bajó la temperatura un poco introducimos nuestro cristal que hizo de semilla o núcleo de cristalización.
El tiempo restante lo dedicamos a realizar el experimento del GENIO DE LA BOTELLA.
Para realizar este experimento ,añadimos 30 mL aproximadamente de agua oxigenada o peróxido de hidrógeno en un matraz erlenmeyer y le echamos dentro un trocito de papel de filtro a modo de paquetito, en el que habíamos puesto la punta de espátula de permanganato de potasio, que actuará como catalizador de la reacción de descomposición del agua oxigenada.Al ser esta reacción fuertemente exotérmica, el agua formada está en fase de vapor. Al salir y encontrar una temperatura menor, condensa originándose un gran chorro de micro gotas de agua en forma de neblina o humo blanco.Ha salido “el genio de la botella”.
SESIÓN 4:LLUVIA DE ORO
Nuestro cristal ha crecido aún más y volvemos a repetir tal y como hicimos en la sesión anterior, para que el tamaño vaya aumentando.
La otra mitad de la sesión la dedicamos a ver “Cristales de Oro” , realizando la práctica de “ La lluvia de oro”.Nos salió también espectacular.
En primer lugar, de forma cualitativa, demostramos que la lluvia de oro es una reacción iónica y por tanto muy rápida. Con esta práctica observamos la formación de un precipitado, la variación de la solubilidad con la temperatura, y la cristalización.
Fundamento teórico
Cuando las disoluciones de nitrato de plomo (II) y de yoduro de potasio se ponen en contacto, inmediatamente aparece un precipitado de color amarillo intenso.
Al calentar la disolución total, se disuelve totalmente el precipitado. Si se deja enfriar a temperatura ambiente vuelve a precipitar en forma de escamas brillantes, que al iluminarlas adquieren un brillo intenso.
SESIÓN 5: NIEVE ARTIFICIAL
Seguimos con el crecimiento del sulfato de cobre, repitiendo lo de sesiones anteriores. Nos asombra el tamaño de los cristales.
Para la segunda parte de la sesión vamos a preparar NIEVE ARTIFICIAL a partir del Poliacrilato de sodio. El poliacrilato de sodio es un polímero formado por monómeros .También se lo conoce como Súper Absorbente o SAP (súper absorbent polymer). Se observa como un polvo blanco y sin olor. Puede aumentar su volumen hasta mil veces si se le agrega agua destilada. Debido a sus cualidades es utilizado en pañales, toallas higiénicas o procesos químicos que requieran la absorción de agua.
La capacidad de absorber grandes cantidades de agua se debe a que en su estructura molecular existen grupos de carboxilatos de sodio que cuelgan de la cadena de composición principal del compuesto. Estos grupos, al entrar en contacto con el agua desprenden el sodio, dejando libres iones negativos de carboxilo. Los iones negativos se repelen, estirando la cadena principal y provocando el aumento de volumen. Para que el compuesto vuelva a ser estable y neutro, los iones captan las moléculas de agua.
Este polvo, al añadirle agua, se puede observar como se va absorbiendo por cada uno de los granitos, y se van reuniendo hasta formar una especie de gel cristalino. Debido a que este compuesto posee alta masa molecular, en vez de disolverse, se gelifica. Este compuesto también tiene la singular característica de parecerse a la nieve, mirado a simple vista, por lo que sirve para la creación de nieve artificial.
¡Además la podemos hacer de varios colores! Para ello echamos en el agua colorante alimentario. Fue realmente espectacular.
SESIÓN 6:PASTA DE DIENTES PARA ELEFANTES
En esta sesión empezamos la primera parte con el experimento PASTA DE DIENTES PARA ELEFANTES y terminamos continuando con el crecimiento de nuestros cristales de sulfato de cobre.
En este experimento, vamos a obtener una espuma densa que se expande, proveniente del oxígeno de la descomposición del agua oxigenada. Al entrar en contacto este oxígeno con jabón se produce una espuma densa que podría parecer pasta de dientes de elefante y de ahí el nombre de este conocido experimento.
Los materiales que vamos a usar para este experimento son:
Agua Oxigenada 30%. Es una concentración muy alta. También conocida como peróxido de hidrógeno.Hay que tener mucho cuidado pues es un material altamente oxidante.
Yoduro de Potasio
Jabón líquido de cocina
Probeta donde realizar el experimento
Paso a paso:
Introducimos 5ml de peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) al 30% – 110 volúmenes en un recipiente
Añadimos unas gotas de jabón (preferiblemente concentrado, pero cualquiera de cocina es válido)
Introducimos 3 gramos de yoduro de potasio ( o simplemente una cucharadita) y vemos como de forma espontánea y casi mágica se genera la espuma y comienza a salir del recipiente.
En este experimento hemos utilizado cantidades muy pequeñas de materiales, y a pesar de ello hemos conseguido una espuma muy densa. Variando las cantidades de material, añadiendo colorante de cocina, etc.., se pueden conseguir efectos muy vistosos y divertidos para los niños.
SESIÓN 7:RELOJ DE YODO Y ARCOIRIS QUÍMICO
En esta penúltima sesión, para motivar a los alumnos y alumnas en el estudio de la química, realizaremos dos experiencias que llamarán su atención y que puede servir para introducir diversos conceptos en el aula como la velocidad de reacción, la influencia de la concentración o la temperatura, a la vez que se realiza una presentación que resulta atractiva para los alumnos y que les puede hacer que se planteen lo que está sucediendo.
Los materiales que se emplean no son difíciles de conseguir. Consiste en dos reacciones muy vistosas : reacción de reducción del yodato potásico por hidrogenosulfito de sodio en presencia de almidón (RELOJ DE YODO) y otra en la que utilizando indicadores de pH aparecen disoluciones coloreadas al pasar de medio ácido a básico ( ARCOÍRIS QUÍMICO).
RELOJ DE YODO
Un aspecto importante dentro de las reacciones químicas es la velocidad con la que se desarrollan. Hay reacciones muy rápidas como pueden ser las explosiones o muy lentas como la oxidación del hierro.
En esta práctica primera,la reacción conocida como ‘reloj de yodo’ ,se suele utilizar para estudiar la velocidad de reacción y en ella podemos observar la influencia de la temperatura y la concentración de las sustancias que intervienen.
Consiste en mezclar cantidades iguales de dos disoluciones transparentes e incoloras en una copa de vidrio. Al cabo de unos 20 segundos el contenido de la copa se transforma de manera súbita en un líquido negro.
Para ello preparamos dos disoluciones: Disolución 1: yodato de potasio (KIO3) 0,03 M. Se disuelven 6,42 g de KIO3 y se añade agua destilada hasta completar 1 litro. Disolución 2: hidrogenosulfito de sodio (NaHSO3) 0,03 M con almidón. Se disuelven 3,1 g de NaHSO3 y 0,6 g de almidón en agua destilada hasta 1 litro. Conviene disolver antes el almidón en un poco de agua caliente. También se pueden utilizar 5,75 ml de disolución de NaHSO3 al 40% (presentación comercial 5M) en lugar de los 3,1 g de sólido. Se mezclan cantidades iguales de las dos disoluciones (40 ml, por ejemplo) en un vaso de precipitado. Al cabo de unos 20 segundos se produce un cambio brusco pasando de incoloro a negro.
La reacción es muy rápida y el resultado un color azul oscuro casi negro.
ARCOÍRIS QUÍMICO
Con esta práctica queremos introducir de forma vistosa y colorida la diferencia entre sustancias ácidas y básicas y el concepto de indicador de pH.
Dado lo heterogéneo de nuestro grupo ( alumnado de 1º a 4º de ESO) mostraremos la práctica de forma magistral y luego pasamos a su explicación más detallada, respondiendo a las cuestiones que nos planteen los alumnos.
Llenamos dos Erlenmeyer de 1 L: uno de ellos con agua del grifo y el otro que diremos que es agua del arcoíris ( con una disolución de hidróxido de sodio 0,05 M ,2 g en 1 litro).Preparamos siete copas iguales.Al añadir agua de la primera de ellas a las copas “vacías” no ocurre nada y el agua permanece incolora, pero al añadir “agua del arcoíris” comienzan a aparecer colores, los siete que hemos preparado. De esta forma los alumnos empezarán a plantearse cuestiones pues no entenderán lo que está sucediendo.Las caras de asombro hizo que la experiencia valiera la pena.
En las copas previamente se habían echado varias gotas de los indicadores preparados como se indica a continuación:
• ROJO: 5 fenolf/ 2 nitrof
• NARANJA: 1 fenolf/ 7 nitrof
• AMARILLO: nitrofenol
• VERDE: 3 timolf/ 5 nitrof
• AZUL: timolftaleína
• AÑIL: 1 fenolf/ 1 timolf
• VIOLETA: fenolftaleína
Con esta práctica los alumnos han disfrutado muchísimo ,ha sido una de las que más les ha gustado.
SESIÓN 8: DIVULGACIÓN DE EXPERIENCIAS
En esta última sesión lo que hemos hecho ha sido divulgar todos los experimentos a nuestras familias. Ha sido una tarde divertida y de convivencia, sin duda lo hemos pasado genial.Esperamos poder seguir “ profundizando “ y creciendo como científicos , divulgadores y como personas con proyectos como éste el próximo curso ,pues estoy convencida de que la experiencia ha sido maravillosa.
