El hombre, para poder transformar la realidad, necesita descubrir cómo funciona. No cabe duda que el investigador se ve obligado a elaborar y reelaborar su propio método de trabajo para llegar a desentrañar los secretos de la naturaleza. El método es el conjunto de procedimientos para realización de un fin; éste se deriva de la experiencia misma, y son los resultados obtenidos los que indican si es o no el adecuado. El método particular de las ciencias naturales es el método experimental, el cual no es una “receta” que al seguirse paso a paso resolverá automáticamente los problemas.
En un cambio químico, las sustancias se transforman en otras distintas debido a que se altera su estructura interna al interactuar con la energía; esto es lo que se conoce como reacción química. Por ejemplo un automóvil funciona porque en su motor está sucediendo una reacción de combustión de la gasolina y debido a ello se liberan productos como monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2) y vapor de agua (H2O), transformándose así la energía química del combustible en energía mecánica, la cual provoca el desplazamiento del automóvil. Sin embargo, no podemos introducir los productos de la combustión al motor para producir gasolina a partir de éstos. Este es un cambio químico irreversible ya que ocurre en una sola dirección.
Existen otros cambios que pueden ocurrir en dos direcciones; por ejemplo, el hierro (Fe) se oxida normalmente con el oxígeno (O2) del aire, produciéndose un óxido y liberándose energía (la cual es imperceptible, ya que la reacción es muy lenta), pero si se controlan adecuadamente las condiciones del cambio, se puede obtener el metal a partir de sus óxidos. A este tipo de cambios químicos se le conoce como reversible.
Otro ejemplo de cambio químico tiene lugar cuando cocinamos carne; el cambio de color obedece a una serie de complejas reacciones químicas de oxidación que, además, producen el color, aroma y sabor tan característicos de la carne. Los cambios químicos relacionados con el cocimiento de los alimentos son irreversibles.
En los seres vivos, cada proceso está relacionado con cambios químicos, de los cuales se obtiene la energía; por ejemplo, la respiración es un proceso en el cual los alimentos se utilizan de manera similar a la gasolina en un motor. En ella, a partir de la combustión de los alimentos se obtiene dióxido de carbono (CO2), agua (H2O) y energía, la cual se utiliza para realizar sus funciones como construir nuevas moléculas, mantener la temperatura del cuerpo, desplazarse, etc. Las plantas además realizan el proceso inverso a la respiración tomando la energía solar para llevar a cabo la fotosíntesis, la
cual consiste en la formación de carbohidratos >(CH2O)n@ a partir del dióxido de carbono y agua.
En una pila eléctrica o en un acumulador se encuentran sustancias que reaccionan transformando la energía química en energía eléctrica. Debido a esto, la estructura de las sustancias originales cambia cuando estas se acaban (se han convertido en otras sustancias), la pila o el acumulador dejan de suministrar energía eléctrica.
ACTIVIDAD DE REGULACIÓN
Explica como interactúan la materia y la energía en algún otro cambio químico que sucede a tu alrededor, mencionando si son reversibles o irreversibles:
En este apartado podrás verificar e identificar cuáles fueron los aciertos y/o errores que tuviste en la Actividad de Consolidación de este fascículo.
1.
a) Materia, es todo lo que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa.
b) Los sólidos son cuerpos o sustancias que no se pueden comprimir, no se difunden y tienen un volumen definido. En tanto que las fuerzas de atracción tienden a ser mayores que las de repulsión.
Los líquidos se difunden fácilmente , no se pueden comprimir y no tienen volumen propio. A diferencia de los sólidos y gases, tanto las fuerzas de atracción como de repulsión, de las moléculas, son iguales.
Los gases no cuentan con una forma y volumen definido, además de que se expanden fácilmente. En tanto que las fuerzas de repulsión son mayores, a las fuerzas de atracción.
c) Fusión, es la temperatura a la cual un sólido se funde o pasa al estado líquido.
d) Ebullición, es la temperatura a la cual un líquido comienza a hervir.
e) Densidad, es una unidad de medida que expresa la cantidad en gramos por unidad de volumen.
f) La cuantificación es una forma de registrar los cambios que se presentan durante un fenómeno. Por tanto, es una expresión numérica sobre dicho fenómeno, la cual le permite al químico realizar un análisis más preciso y detallado.
g) Una mol es la unidad de medida de las moléculas, la cual está en función de su peso molecular.
h) El número de Avogadro es de 6.023 x 1023 i) El Peso Molecular (PM) del:
Na OH
CO2
H2O
Masa atómica
Masa atómica
Masa atómica
Na : 1 x 23 = 23 O : 1 x 16 = 16 H : 1 x 1 = 1 PM = 40 g/mol
C : 1 x 12 = 12 O : 2 x 16 = 32 PM = 44 g/mol
H : 2 x 1 = 2 O : 1 x 16 = 16 PM = 18 g/mol
j) Los pasos que se deben realizar durante la fase experimental en química son: 1) Observación 2) Cuestionamiento o Planteamiento del Problema
La materia al transformarse (de hidróxido de sodio puro a hidróxido de sodio acuoso) mediante una reacción química se puede observar un desprendimiento de energía que se manifiesta en forma de calor, el cual se puede cuantificar mediante la variación de temperaturas, de ahí la importancia de realizar la medición de dicha temperatura. Al registrar ésta, podemos identificar que la variación de la misma está en función de la cantidad de la materia. Es decir, que a mayor cantidad de materia (SOSA), mayor es la cantidad de energía en forma de calor que se desprende en la reacción, esto se fundamenta a la cantidad de átomos que participan en la mezcla.
Las propiedades del estado de agregación líquido de la materia son:
a) Mantiene su volumen característico. Es decir, aunque un líquido adopta la forma del recipiente que lo contiene, éste no se expande para ocupar todo el volumen.
b) Se difunde más lentamente que los gases. Una disolución acuosa con un colorante puesta en contacto con agua pura se difunde muy lentamente en el agua. Por el contrario, un perfume vaporizado puede olerse en toda la habitación pocos segundos después de que se abre la botella.
c) Es mucho menos compresible que el gaseoso. Se requieren enormes presiones para reducir el volumen de un líquido.
d) Tiene tensión superficial. Esta propiedad es la que permite que una aguja, una hoja de afeitar o un insecto flote en el agua, ya que la cohesión que se da entre las moléculas impide el paso de sólidos.
e) Presenta evaporación y presión de vapor. Una de las propiedades importantes de un líquido es su tendencia a evaporarse. El agua se escapa de un recipiente por evaporación sólo cuando dicho recipiente está abierto; si el recipiente está cerrado, el proceso de evaporación continúa hasta que llega a establecerse un equilibrio entre la presión ejercida por el gas de dicha sustancia y la fase líquida del mismo. Esta presión se llama presión de vapor.
Por ejemplo, si colocas acetona en un recipiente abierto, después de un tiempo determinado se evapora. Si el recipiente permanece herméticamente cerrado el volumen del líquido disminuye poco, siendo que la cantidad faltante se encuentra en forma de vapor. Esta acetona en forma de gas ejercerá una presión sobre la acetona líquida; a esta presión se le denomina presión del vapor de la acetona.
f) Presenta un punto de ebullición, congelación y fusión característico.
Se denomina punto de ebullición de un líquido al fenómeno en el cual el mismo empieza a ebullir (hervir) debido al aumento de temperatura. Durante esta fase el líquido tiende a evaporarse. Este fenómeno se producirá cuando la presión de vapor del líquido sea igual a la presión de la atmósfera.
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 3
“PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS” (OBLIGATORIA)
Objetivo
Determinar algunas propiedades de los líquidos experimentalmente para caracterizar este estado de agregación de la materia. Cuestionario de conceptos antecedentes. 1) ¿Qué es el punto de ebullición?.
2) ¿Qué es la presión de vapor de un líquido?.
3) ¿Qué factores determinan la presión de vapor?.
4) ¿Qué es la tensión superficial?.
5) ¿Qué relación hay entre la capilaridad y la tensión superficial de un líquido?.
Experimento I Objetivo
Observar la presión de vapor del agua a diferentes temperaturas, para determinar la relación entre éstas.
Hipótesis
Elabora tu hipótesis a partir de la siguiente pregunta. ¿Cuál es la influencia de la temperatura en la presión de vapor?.
Calienta el agua a fuego moderado hasta la ebullición. Las pinzas de Mohr deben obstruir la manguera del matraz al manómetro.
Después de unos 30 segundos de ebullición, retira el mechero y tapa perfectamente y de inmediato el matraz con el tapón que tiene el termómetro.
Retira las pinzas de Mohr de la manguera y observa que pasa en el manómetro, anótalo y también registra la temperatura.
Acerca la cuba hidroneumática con agua al matraz para enfriarlo, con la mano baña todo el matraz y observa si hay variaciones en el termómetro y en el manómetro. Registra por lo menos tres datos diferentes del nivel del agua coloreada y su temperatura correspondiente.
Figura 14
Evita que el agua coloreada pase por la manguera al matraz, colocando las pinzas a la manguera si es necesario.
Registro de observaciones
Anota los registros de temperatura y presión de vapor en la siguiente tabla.
Tabla 6 Experimento II
TEMPERATURA
NIVEL DEL AGUA
Objetivo
Realizar la ebullición del agua a temperatura ambiente para establecer la relación entre el punto de ebullición y la presión de vapor.
Hipótesis
Considera la siguiente pregunta para elaborar tu hipótesis. ¿Es posible lograr la ebullición del agua sin calentar?.
¿Qué necesitas?
Materiales
Sustancias
☞ 1 Soporte Universal
☞ 4 L de agua
☞ 1 Matraz redondo de 0.5L
☞ 1 Mechero Bunsen
☞ 1 Pinzas para bureta
☞ 1 Tapón monohoradado
☞ 1 Termómetro de 0 a 150 ºC
☞ 1 Cuerpos de ebullición
☞ 1 Cuba hidroneumática
☞ 1 Franela de 30 x 30 cm
☞ 1 Probeta de 100 ml
Prevención y seguridad
La indicada para trabajar con material de vidrio y mechero de gas.
¿Cómo hacerlo?
Instala un sistema como el que se muestra a continuación.
Figura 15
Calienta el agua a fuego moderado hasta ebullición. Registra la temperatura de ebullición.
Después de unos 30 segundos de ebullición, retira el mechero y tapa perfectamente el matraz con el tapón que tiene el termómetro.
Acerca la cuba hidroneumática con agua fría al matraz y báñalo con agua fría. Observa que pasa en el matraz.
Continua enfriando hasta que el matraz marque 25 ºC aproximadamente.
Registro de observaciones
Temperatura de ebullición del agua.
¿Qué ocurre en el matraz al bañarlo con el agua fría?.
Experimento III
Objetivo
Medir la capilaridad en diferentes líquidos para determinar cuál presenta mayor tensión superficial.
Hipótesis
Relaciona la capilaridad de una sustancia con la tensión superficial y elabora tu hipótesis.
¿Qué necesitas?
Materiales Sustancias8
1 Gradilla ☞ 3 mL de agua caliente
4 Tubos de ensayo 10 x 100 mm ☞ 3 mL de agua fría
12 Tubos capilares largos ☞ 3 mL de aceite lubricante
1 Regla ☞ 3 mL de etanol
Prevención y seguridad
La indicada para trabajar con material de vidrio y líquidos inflamables cuando se tiene una flama.
Etanol- líquido incoloro, muy volátil, inflamable, de olor agradable y poco tóxico por ingestión.
¿Cómo hacerlo?
Numera los tubos del 1 al 4 y coloca en ellos los líquidos. Utiliza un tubo para cada líquido.
8 Las cantidades pueden ser aproximadas.
Figura 16
Precaución: Recuerda que le alcohol es inflamable no lo acerques al mechero encendido.
Introduce un tubo capilar en cada tubo y después de unos 2 minutos tapa con el dedo índice el capilar del tubo 1, sácalo y mide la altura del etanol, registra el dato y repite el procedimiento dos veces más con nuevos capilares.
Repite el procedimiento con los tubos 2 al 4.
Registro de observaciones
Tabla 7.
Altura del líquido (cm)
Líquido
Primera
Segunda
Tercera
Promedio
Etanol
Aceite lubricante
Agua fría
Agua caliente
Eliminación de desechos.
El aceite lubricante lo debes colocar en el recipiente que te indique tu asesor o el responsable del laboratorio para que se use posteriormente, el etanol debes desecharlo por la tarja con suficiente agua.
Cuestionario de reflexión
1.- ¿A qué se debe la variación en el nivel del agua coloreada en el experimento 1?.
2.- A partir de la definición de punto de ebullición, explica lo que observaste en el experimento II al enfriar el matraz.
3.- Considerando la relación entre la capilaridad y la tensión superficial, ordena los líquidos de mayor a menor tensión superficial en el experimento III.
Conclusiones
Contrasta tus hipótesis con los resultados obtenidos y elabora las conclusiones; considerando el cuestionario de reflexión.
EXPLICACIÓN INTEGRADORA
A manera de resumen, te presentamos el siguiente cuadro sinóptico.
a) Mantiene un volumen b) Presenta difusión lenta c) Menos compresible que el gas
Recent Comments