DÍA DE LA CIENCIA: EXPERIMENTOS CASEROS

Día de la ciencia

COLEGIO BASE

17.04.2015

Ya desde el año pasado, nuestro equipo nos interesamos por la química pero sobre todo por las reacciones químicas. Por ello, al ver que en el tan esperado día de la ciencia podíamos trabajar este tema, decidimos elegirlo y hacer algo que fuese divertido, bonito de ver y con un resultado alucinante. Decididos, vimos vídeos de reacciones químicas y encontramos uno de un profesor especializado en esta materia que nos llamó tanto la atención hasta tal punto que intentamos recrear sus experiencias en nuestras propias casas y ponerlas en común posteriormente por separado. Así, uno de los que seleccionamos para el día de la ciencia consistía en conseguir que un líquido cambiase de color añadiendo azúcar a una sustancia. Además, quisimos explicar todas las reacciones químicas que se derivaban de estos experimentos, que expusimos este día.

Resultado

El día de la ciencia, día 17 de abril, fue un día muy especial. En la primera parte de la mañana presentamos nuestros proyectos de matemáticas sobre la probabilidad. Una vez finalizada esta dedicación, presenciamos una lectura de un astrofísico que nos relató apasionadamente y de forma breve, la historia del universo, de nuestro sistema solar y otras curiosidades espaciales. Le encontramos didáctico y bastante entretenido y creemos que podría haber entusiasmado a algunos alumnos y alumnas para perseguir esta carrera dentro de unos años. Tras reflexionar sobre la charla, mientras comíamos, empezamos a preparar lo que sería el conjunto de experimentos de física y química, a la vez que los de biología. Los Fisicarios preparamos los materiales necesarios para las reacciones y esperamos a que llegaran estudiantes y profesores de todo el Colegio Base deseosos de ver nuestro empeño y trabajo cosechado desde semanas atrás. Poco a poco iba llegando gente de todos los cursos y en grupos de 5 o 6 hacíamos los experimentos. Hicimos todos menos el experimento del ácido clorhídrico y del zinc, ya que el ácido clorhídrico tiene un olor fuerte y un poco tóxico, además queríamos explotar el globo, pero sin ayuda de un mayor sería peligroso. Aparte de eso fue una tarde espectacular y todos los niños y niñas que se unieron se lo pasaron muy bien y de paso aprendieron algo nuevo, que siempre está genial.

Objetivos

En los siguientes experimentos trataremos los tres tipos básicos de reacciones químicas que nos podemos encontrar. Definiremos cada uno y haremos un experimento explicativo con la intención que el concepto se quede interiorizado más fácilmente. Por tanto, nuestro objetivo prioritario es conectar con los alumnos y enseñar conceptos básicos del campo de la  química de forma ilustrativa y entretenida óptima para su futuro.

Descomposición

https://www.youtube.com/watch?v=qWkyFfCmHbc

Introducción

• Se trata de una reacción de descomposición, como el propio nombre de la experiencia indica. Este tipo de reacción se caracteriza por la comunicación de energía al compuesto que se quiere descomponer, siendo para ello necesario el desprendimiento de energía en forma de calor. Este calor lo desprende el agua y el oxígeno, con más energía que el agua oxigenada. De esta forma, de un compuesto A, obtenemos uno B y otro C.

• En este experimento, añadiremos agua oxigenada a un poco de sangre, para poder descomponerla en oxígeno y en agua.
• La catalasa, enzima de la piel, hace que la descomposición se haga rápidamente.

Hipótesis

• Al aplicarle el agua oxigenada a la sangre, ésta, como con las heridas, causará que el compuesto reaccione separando los componentes.

Metodología

• Materiales
• Agua oxigenada (H2O2)
• Sangre
• Vaso de precipitados o similar
• Recipiente para no manchar con la reacción
• Cerillas o mechero
• Procedimientos
• Añadimos aproximadamente 3 cm de agua oxigenada en un vaso de precipitados. A continuación echamos la sangre en el vaso. Observamos cómo comienza a producir mucha espuma que, cada vez va a ser mayor, hasta finalmente desbordar el vaso. Si acercamos una cerilla a la espuma podemos reconocer el oxígeno por esa especie de destellos que libera.

Resultado y explicación

• 2 H2O2 (Agua oxigenada / Peróxido de hidrógeno)= 2 H2O (Agua / Óxido de hidrógeno) + O2 (Oxígeno)

• La descomposición del agua oxigenada se utiliza como desinfectante, porque el oxígeno formado es el que oxida y mata a los microorganismos. Cuando se aplica en una herida, el peróxido de hidrógeno se pone en contacto con una enzima presente en la sangre, la catalasa, que lo descompone rápidamente, produciéndose el oxígeno que es responsable de la limpieza, del escozor y de las burbujas que observamos.
• Al verter la sangre dentro del vaso con agua oxigenada, la catalasa acelera la descomposición del peróxido de hidrógeno (por eso el proceso es muy rápido) y se libera oxígeno en forma gaseosa, el cual produce la espuma blanca que vemos en el experimento.
• Los destellos que surgen cuando acercamos la llama de la cerilla, son resultado de la combustión del oxígeno de la espuma, que la está avivando.
• Es una reacción es muy exotérmica, ya que los productos, agua y oxígeno, tienen más energía que el agua oxigenada. El proceso expulsa calor y energía al ambiente y el vaso se calienta

Conclusión

Al verter la sangre dentro del vaso con agua oxigenada, la catalasa acelera la descomposición del peróxido de hidrógeno (por eso el proceso es muy rápido) y se libera oxígeno en forma gaseosa, el cual produce la espuma blanca que vemos en el experimento. Al encenderlo se combustiona el oxígeno hasta que no queda más.

Sustitución

Introducción

• Esta reacción es una reacción de sustitución, ya que uno o varios elementos de un reactivo dan lugar a uno o varios compuestos diferentes.
• En este experimento, vamos a cambiar el color de la disolución usando permanganato de potasio, hidróxido de sodio y azúcar.

Hipótesis

Suponemos que va a cambiar de color por el efecto de la disolución.

Metodología

• Materiales

• Vaso de precipitados
• Otro recipiente de vidrio
• Azúcar o glucosa
• Permanganato de potasio
• Hidróxido de sodio
• Guantes y gafas de protección ocular

• Procedimiento

• Primero coloca 200 ml de agua en el vaso de precipitados. Ahora coloca unos 20ml de agua en el otro recipiente.
• Con los guantes y la protección ocular colocada, toma el permanganato de potasio y colócalo en el recipiente con menos agua; con 8 cristales de este. Revuelve bien hasta que se disuelva.
• Ahora coloca una cucharada de azúcar/glucosa en el vaso de precipitados. También revuelve bien hasta que se disuelva por completo y luego haces lo mismo con el hidróxido de sodio, es decir, colocas una cucharada de este compuesto dentro del vaso de precipitados y agita bien.
• Para terminar, con mucho cuidado vierte el contenido del recipiente con permanganato de potasio dentro del vaso de precipitados. Verás como va cambiando progresivamente de color.

• Resultado y Explicación
• 2 KMnO4 (Permanganato de potasio) + 2 C6H12O6 (Glucosa) + 2 NaOH (Hidróxido de sodio)=2 C6H11O7Na (Gluconato de sodio) + K2MnO4 (Manganato de potasio) + MnO2 (Óxido de manganeso) + 2 H2O (Agua)

• Es una reacción exotérmica, ya que se produce un desprendimiento de energía, en forma de calor. Además es aquella en la que los productos tienen menos energía que los reactivos.
• Además, esta sustancia cambia de color ya que durante el transcurso de la reacción, aparecen en la solución, diferentes iones del Óxido mangánico.
• Los distintos colores se deben a:
• Azul (MnO4 3- iones)
• Morado (MnO4 4- iones)
• Verde (MnO4 2- iones)
• Naranja (Mn 3+ iones)

• Conclusión

Supusimos correctamente lo que iba a suceder tras echar el hidróxido de sodio en el recipiente que contenía agua y azúcar mezclados con el permanganato de potasio. Progresivamente notamos cómo iba cambiando de color la disolución: violeta, verde y naranja, debido a los iones oxidantes.

Síntesis/Red-Ox

Introducción

• Este tipo de reacción consiste en obtener, a partir de la mezcla de dos materiales simples, uno distinto y más complejo. Sería algo tal que: A + B = C. Estos elementos se llaman reactivos.
• En este experimento, haré una reacción redox, luego será explicada. Técnicamente, este experimento explica una reacción de sustitución, pero nos sirve para explicar este tipo de reacciones perfectamente.
• A parte de esta reacción redox, también se da una exotérmica, es decir, una reacción en la que se desprende calor y en este caso, en grandes cantidades, de ahí la utilidad de los motores de hidrógeno.

Hipótesis

Podemos deducir que no va a liberar gases tóxicos sino agua, al tratarse una combustión de hidrógeno.

Metodología

• Materiales
• Guantes (como medida de protección)
• Globos
• Zona ventilada
• Matraz de erlenmeyer
• Ácido clorhídrico
• Zinc
• Procedimiento
• Colocamos el zinc en el matraz.
• Vertemos ácido clorhídrico en el matraz junto al zinc. A continuación, lo más ágilmente posible, colocamos el globo de tal manera que cubra la boca de entrada de la probeta, esto permitirá recoger el hidrógeno.
• Una vez hinchado agarramos fuertemente el globo para que no se desinfle y pierda el hidrógeno que hemos creado en su interior.

• Resultados y Explicación

• HCl(ac)(Ácido clorhídrico) + Zn (zinc) = ZnCl2 (Cloruro de zinc) + H2 (Hidrógeno) Como vemos, no es una reacción de síntesis “pura” pero es inevitable que se quede residuos (que sería el cloruro de zinc) por ello, podríamos tratarlo como una de síntesis con la que se obtiene hidrógeno.

• Al añadir el ácido clorhídrico con el zinc, se da una reacción de redox. Esta reacción, también llamada reducción-oxidación, consiste en el intercambio de electrones entre los reactivos, por ello, diferenciamos el agente reductor (que es el que dona electrones y se oxida, en este caso el zinc) y el agente oxidante (que es el que recibe los electrones que dona el agente reductor). Esta transferencia, causa que los átomos se unan creando estructuras más estables. Dado que esta reacción química alterna electrones, también cambia el estado de oxidación de los elementos, haciendo que el que done, aumente su estado de oxidación y el que asimile, lo reduzca. Este aumento o descenso va concorde a llegar a los 8 electrones, es decir, que un átomo reduce su número de oxidación cuanto más cerca esté de llegar a los 8 electrones en su última capa (esto se debe a que es la estructura eléctrica más estable).
• El estado de oxidación corresponde al grado de oxidación o la carga eléctrica de un átomo en un compuesto, contando los electrones de su última capa. Otro nombre es números de oxidación y va desde +8 a -4. En nuestro caso, el zinc tiene como número de oxidación 2 en su comienzo y el del ácido clorhídrico es de -1, pero al unirse, el zinc aumenta su estado pasando a tener como número de oxidación 1 y el cloro, 2.

• Conclusión:

Aprovechando el desprendimiento de gas de hidrógeno al surtir el ácido clorhídrico, pusimos el globo en el orificio de salida del matraz y vimos cómo se hinchaba. Una vez hinchado, observamos que el globo intentaba ascender. Esto es debido a que el gas de su interior es menos denso que el aire.