Laboratorio 4: "Reconocimiento de oxígeno"

Laboratorio 4

RECONOCIMIENTO DE OXÍGENO

Unidad: El aire

Curso: 1º Medio

Introducción:

Durante la génesis de la vida en nuestro planeta, los primeros en preparar el camino para los seres que habitamos la Tierra fueron organismos capaces de sobrevivir en ambientes hostiles, con mucha presencia de gases tóxicos para nosotros, con altas concentraciones de ácidos y sin oxígeno. De a poco, la atmósfera se fue cubriendo con oxígeno, permitiendo el desarrollo de nuevos organismos capaces de utilizar este gas para sus funciones celulares y para la sustentación definitiva de vida bajo la presencia de oxígeno. Ahora, respirar oxígeno está de moda, a pesar que aun persisten microorganismos capaces de vivir sin este preciado gas y en condiciones similares a las existentes hace 4 mil 500 millones de años aproximadamente.

Nosotros, como seres que respiramos oxígeno, sentimos su presencia, pero este gas no se descubrió sino hasta el año 1774 por el químico británico Joseph Priestley. Además, Lavoisier demostró la importancia de este gas para la combustión: mientras más oxígeno haya, la llama será más viva. De lo contrario, la llama se apagará.

Dentro de esta mezcla de gases que respiramos diariamente, ¿es posible determinar la existencia real de oxígeno?

Objetivo:

En grupos de 3 ó 4 alumnos, determinarán experimentalmente la presencia de oxígeno en compuestos y en el aire mediante la combustión.

Materiales:

• 2 frascos de vidrio o plástico con tapa
• Espátula
• Agua oxigenada de 30 vol.
• Dióxido de manganeso sólido (MnO₂)
• Levadura rallada
• Fósforos

Procedimientos:

En uno de los frascos viertan un poco de agua oxigenada. Ésta se descompone lentamente en agua, liberando oxígeno. Es por esto que acercarán, cuidadosamente, a la boca del frasco un fósforo encendido. El fósforo no se debe arrojar encendido al interior del frasco. Observen y comenten lo que ocurre.

Luego, vacíen en frasco y viertan en él agua oxigenada y agreguen una pizca de dióxido de manganeso. Tapen el frasco, sin cerrarlo herméticamente, y agiten un poco. Luego, destapen y acerquen a la boca del frasco un fósforo encendido. Observen y comenten lo que ocurre.

En el segundo frasco, viertan un poco de agua oxigenada y agreguen una pizca de levadura. Tapen el frasco, sin cerrarlo herméticamente, y agiten un poco. Luego, destapen y acerquen a la boca del frasco un fósforo encendido. Observen y comenten lo que ocurre.

Cuestionario:

1. ¿Qué ocurre con la llama en cada caso?
2. ¿A qué se atribuyen los cambios?
3. De las siguientes ciudades, ¿dónde es más fácil que se encienda un fósforo? ¿En La Paz, Bolivia, o en Talca? Fundamente.
4. ¿Bajo qué principio funciona el “ahogar el fuego con tierra” en caso de incendios?

Laboratorio 3: "Compresibilidad y expansión del aire a temperaturas determinadas"

Laboratorio 3

COMPRESIBILIDAD Y EXPANSIÓN DEL AIRE A TEMPERATURAS DETERMINADAS

Unidad: El aire

Curso: 1º Medio

Introducción:

El aire, como muchos otros materiales, se ve afectado en su volumen cuando se varía su temperatura, debido a que las moléculas que conforman dicho material adquieren o reducen su energía, dependiendo si su temperatura aumenta o disminuye respectivamente.

La tendencia de todos los materiales es aumentar el volumen que ocupan cuando aumenta su temperatura, y viceversa. Existen casos atípicos, como el agua, que cuando se congela, aumenta su volumen; esto se debe a que las moléculas que conforman el agua se reorganizan.

¿Qué ocurrirá con una cierta porción de aire al ser enfriado o calentado? ¿Se contraerá el volumen si se enfría, u ocurrirá lo contrario? ¿Se logrará observar un cambio en la masa o la densidad?

Objetivo:

En grupos de 3 ó 4 alumnos, demostrarán físicamente los cambios que se producen en el volumen del aire al variar la temperatura.

Materiales:

• Un globo “bombita de agua”
• Una caja de plumavit con tapa
• Hielo
• Lana
• Una regla
• Una calculadora
• Una hoja de papel milimetrado
• Papel y lápiz para realizar cálculos

Procedimientos:

Como primer paso, inflarán el globo hasta alcanzar un volumen no exagerado, y procederán a medir el contorno con la lana. Luego, medirán la extensión de la lana con la regla y registrarán la medida y la etiquetarán como “Contorno inicial (C0)”.

A continuación, dentro de la caja de plumavit, vaciarán todo el hielo posible, dejando espacio suficiente para dar cabida al globo y poder tapar la caja cómodamente.

Luego, pondrán el globo dentro de la caja con hielo, y vaciarán aun más hielo donde sea posible. Luego tapen la caja.

Realizarán 6 mediciones del contorno del globo cada 10 minutos, rotulando cada medición con “Contorno 1 (C1)”, “Contorno 2 (C2)”, etc., hasta llegar al “Contorno 6 (C6)”.

A medida que vayan midiendo el contorno del globo, calcularán el volumen correspondiente, suponiendo que el globo es totalmente esférico. Para esto, utilizarán la expresión matemática
de donde despejarán r para reemplazarlo en la fórmula

para obtener el volumen correspondiente. Usarán todos los decimales de π (pi) que entregue la calculadora. Los resultados de r y V quedarán expresados aproximados a dos decimales (Ej.: r=6,32 cm; V=32,87 cm3). No olvidar mencionar las unidades de medición.

Una vez que tengan los volúmenes (expresados como V1, V2, etc.), confeccionarán una tabla de dos columnas donde registrarán los volúmenes y el tiempo. Luego, utilizarán el papel milimetrado para la confección de un gráfico volumen – tiempo. En el eje de las abscisas (eje X) ordenarán el tiempo en minutos, y en el eje de las ordenadas (eje Y) ordenarán los volúmenes (cm3). El gráfico a confeccionar será un diagrama lineal, debe llevar un título apropiado y no puede tener borrones.

Cuestionario:

1. Con toda la información obtenida, elabore una explicación acerca la variación del volumen del globo. Para esto, apóyense con los pasos del método científico (observación, planteamiento del problema, hipótesis, experimentación, comprobación, conclusión).
2. ¿Se ve afectada la energía cinética de las partículas que conforman el aire?
3. Si la masa del globo con aire es constante, ¿qué ocurre con la densidad del aire a medida que varía su temperatura?
4. Explique el principio que usan los globos aerostáticos para subir y desplazarse.
5. Con ayuda de un programa computacional (de preferencia el Microsoft Excel), grafique nuevamente la tabla obtenida anteriormente y determine la tendencia de la curva obtenida mediante una ecuación para predecir el comportamiento del volumen del aire a medida que la temperatura varía.
6. ¿Puede obtenerse un volumen igual a 0? Fundamenten.

Laboratorio 2: "Reconocimiento de aguas duras y blandas"

Laboratorio 2

RECONOCIMIENTO DE AGUAS DURAS Y BLANDAS

Unidad: El agua

Curso: 1º Medio

Introducción:

El agua es un componente fundamental para la vida tal como la conocemos; es por eso que su consumo es muy importante y su cuidado.

Durante el último siglo, los niveles de contaminación de este preciado producto se han visto incrementados a niveles inimaginables, produciendo la muerte de muchos organismos que utilizan el agua como medio de transporte y de desenvolvimiento y como componente fundamental de la dieta alimenticia.

Respecto a la contaminación del agua, preocupa mucho los contenidos de sales inorgánicas disueltas en ella, produciendo, muchas veces, que el agua se torne dañina para el organismo, produciendo enfermedades renales, como los “cálculos renales” que corresponden a la acumulación de sal y su posterior formación de “piedrecitas” en los nefrones. También, puede producir alzas en la presión sanguínea.

Es importante agregar que la contaminación del agua produce problemas a nivel agrícola, ya que no permite el desarrollo normal de las cosechas, originando millonarias pérdidas en negocios. Además, accidentalmente caen al agua los pesticidas y fungicidas utilizados en las faenas agrícolas, agravando aun más la situación.

El agua que contiene altos niveles de sal se denomina “agua dura”, y existen diversos procesos para “ablandarla” o disminuir sus niveles salinos, previniendo enfermedades y problemas industriales, ya que se requiere más calor para hervir “aguas duras” que “aguas blandas”, lo que conlleva un gran gasto de recursos y baja eficacia en los procesos. Esto también produce problemas en nuestros hogares, ya que por ejemplo, la presencia de aguas duras baja la eficacia del shampoo que utilizamos cuando nos duchamos, o perjudica la eficacia de los detergentes para lavar la ropa.

¿Cómo podemos distinguir las aguas duras de las blandas?

Objetivo:

En grupos de 4 ó 5 alumnos, discriminarán entre diversas muestras de agua la presencia de contenido salino, clasificando en aguas duras y aguas blandas, mediante el principio de formación de espuma.

Materiales:

• Jabón líquido o ralladura de jabón
• Una cuchara
• Agua destilada
• 3 ó 4 muestras de agua mineral, sin sabor, de diversas marcas
• Sal común
• 7 a 10 botellas plásticas de 500 cc. con tapa.
• Agua corriente
• Papel y lápiz para la confección de una tabla
• Lana
• Una regla

Procedimiento:

Llenen hasta la cuarta parte con agua destilada una de las botellas y añadan 1 cucharada de jabón líquido o de ralladura de jabón. Tápenla y agiten con fuerza. Observen y comenten lo que ocurre. Luego, hagan el mismo procedimiento con agua corriente. Rotulen las botellas como “1” y “2” respectivamente.

Para las botellas 3 y 4, añadan hasta la cuarta parte agua destilada. En una de ellas añadan 3 cucharadas de sal y en la otra, 6. Agreguen una cucharada de jabón, tapen, agiten, observen y comenten lo que ocurre.

Para las botellas 5, 6 y 7 (u 8), realicen el mismo procedimiento con el agua mineral sin agregarle sal.

Para que la medición sea más objetiva, midan con una lana, y luego midan con una regla el trozo de lana utilizada, la altura de espuma que se formó desde el nivel del agua. Anoten las medidas y ordénenlas de menor a mayor, indicando a quién corresponde cada altura.

Una vez realizadas todas las observaciones, confeccionarán una tabla con 3 columnas: en la primera indicarán la sustancia evaluada, en la segunda la altura de espuma obtenida, y en la tercera indicarán si creen que corresponde a agua dura o blanda, teniendo como referencia de agua blanda al agua corriente. Ante cualquier duda consulten con el profesor.

Cuestionario:

1. Según el orden obtenido, indiquen la tendencia que se presenta.
2. Tres investigadores acuerdan realizar la siguiente actividad: el primero recoge 300 mL de agua de la Laguna del Maule; el segundo recoge 300 mL de agua en el curso del río que pasa por el Puente de los Vientos, y el tercero recoge 300 mL de agua de mar. Con esta actividad, ¿pueden explicar el porqué el agua de mar es salada? ¿Cómo lo explicarían? Inventen y justifiquen la(s) razón(es).
3. Supongan que ustedes son nutricionistas. ¿Qué tipo de agua mineral recomendarían para una persona que sufre de presión alta? ¿Y para alguien con presión baja? Justifique.
4. ¿Será beneficioso para la salud el consumo de agua destilada? Justifique.

Laboratorio 1: "Conductividad eléctrica"

Laboratorio 1
CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA
Unidad: El agua
Curso: 1º Medio

Introducción:
Desde la antigüedad, los fenómenos eléctricos han maravillado, sorprendido y preocupado a la humanidad. Muchas veces, los fenómenos eléctricos se atribuían a la ira de los dioses, como por ejemplo, en la antigua Grecia se creía que los rayos eran la manifestación furibunda de Zeus. Con el avance del tiempo y el progreso tecnológico, se hizo fundamental el estudio y control de la electricidad. Con esto se consiguió crear artefactos que nos facilitan la vida.

Muchos materiales tienen la capacidad de conducir la electricidad, debido a que están compuestos por iones (partículas cargadas eléctricamente), cuyas cargas pueden ser positivas o negativas, como es el caso de los metales, sales disueltas en agua, compuestos ácidos y básicos, entre otros. Así también, existen materiales que no tienen esta capacidad, ya que están conformados por partículas con carga eléctrica neutra, o sin carga, como es el caso de algunos plásticos, el vidrio, la madera, el agua destilada (agua en su máximo estado de pureza), entre otros. También existen los materiales semiconductores, como es el caso del silicio, con el cual se fabrican los chips de los computadores, y el aire.

Objetivo:
Mediante este laboratorio, que se realizará en dos clases, se determinará, en grupos de 4 ó 5 alumnos, la causa de la conductividad eléctrica en el agua, variando la concentración salina, y se demostrará el proceso de conductividad en otros materiales. Además, se darán las instrucciones para la confección de un conductímetro con el que podrán realizar observaciones en el hogar.

Materiales:

Para la confección del conductímetro (Primera clase):

• Una ampolleta de 60 W
• 3 metros de cable conductor
• Una clavija o enchufe
• Un soquete plástico o de loza
• Una base de madera de 10 x 10 x 2 centímetros
• Alicate
• Cuchillo cartonero (usar con precaución)
• 2 tornillos
• Un destornillador
  

Para la realización de la experiencia (Segunda clase):

• Una fuente de vidrio o plástica, de aproximadamente 2 litros de capacidad
• Agua destilada
• Agua corriente
• Cloruro de sodio (sal común, fina)
• Azúcar
• Un paño de cocina
• Aceite para cocinar, jugo de limón, vinagre, una llave, un trozo de madera, trozos de papel, trozos de plástico, hojas de árboles, vidrio. Materiales a discreción del grupo.

Procedimientos:
Construcción del conductímetro (Primera clase):
Antes de empezar, se requiere que este trabajo se realice con mucha precaución debido al uso de objetos afilados.

Para empezar, se corta el trozo de cable a la mitad, obteniendo dos cables de 1 metro y medio de largo. Luego, con el alicate se pelan las puntas, dejando descubierto el alambre conductor.

Cada trozo de cable se conecta al soquete en sus contactos. En un soquete de loza, los contactos se encuentran por debajo. En uno de plástico se ubican dentro, por lo que hay que desmontar la parte superior tal como si se estuviera abriendo una botella con tapa rosca, para conectar los cables en los contactos.

Una vez conectados los cables, se procederá a conectarlos a la clavija o enchufe. Para hacer esto, se requiere abrir el enchufe y conectar las puntas a los contactos correspondientes. Una vez hecho esto, se enrosca la ampolleta en el soquete y luego se enchufa la clavija al tomacorriente. Si todo quedó bien conectado, la ampolleta debe alumbrar. En caso contrario debemos revisar las conexiones.

¡Aun no está listo el conductímetro! Con el conductímetro desenchufado, se cortará uno de los cables a la mitad y se pelarán las puntas con el alicate. Asegúrense de no tocar la punta de los cables con el conductímetro enchufado.

Una vez que estén seguros que realizaron todo correctamente, atornillen el soquete a la base de madera. A fin de cuentas, el conductímetro debe tener la siguiente apariencia:

Si quieren comprobar que realmente funciona y que conectaron todo correctamente, enchufen el conductímetro y junten las puntas peladas de los cables, tomándolos por el aislante.

Realización de la experiencia (Segunda clase):
Una vez terminado y probado el conductímetro, viene el proceso de comprobar la conductividad eléctrica de algunos materiales.

Como se habrán dado cuenta, si el material es conductor, la ampolleta encenderá. Si no lo es, no encenderá.

Antes de comenzar, cada grupo deberá confeccionar una tabla con 3 columnas, donde escribirán el material a probar, su conductividad y una breve hipótesis argumentando las razones por las cuales el material es conductor o no. Para denotar la conductividad en la segunda columna, pueden utilizar símbolos.

Por cada medición que se realice, procuren que los cables sumergidos no se toquen, ya que el circuito se cerrará y la ampolleta se encenderá.

Sujeten los cables desde el aislante y no toquen el líquido, para evitar electrocutaciones.

Para empezar, comprobaremos si el vidrio es o no un conductor eléctrico. Para esto pueden usar la fuente de vidrio vacía. Hagan contacto con los terminales de los cables sobre la superficie de la fuente. Observen, anoten y comenten lo que ocurre, así como con todas las experiencias venideras en este laboratorio.

Como segunda experiencia, viertan agua destilada en la fuente y prueben si conduce la electricidad.

Luego, como tercera experiencia, viertan azúcar en el agua destilada y realicen la medición. Aumenten gradualmente la cantidad de azúcar.

Ahora, vaciarán la fuente, la enjuagarán con agua destilada, la secarán, y vaciarán en ella agua destilada y le agregarán una pizca de sal. Vayan aumentando la cantidad de sal progresivamente. Comprueben la conductividad en cada adición de sal.

Nuevamente, vaciarán y enjuagarán la fuente con agua destilada, la secarán, y la llenarán con agua corriente (de la llave).

A continuación, realicen la medición para el jugo de limón y/o el vinagre.

Ahora, comprobarán libremente unos 10 ó 15 materiales distintos, a libre albedrío, y realizarán las observaciones pertinentes. No olviden tener sumo cuidado con el manejo del conductímetro.

En caso de existir dudas, consúltenlas con el profesor, quien gustosamente les atenderá. (“No hay peor pregunta que la que no se hizo”).

Cuestionario:

1. Expliquen por qué el agua destilada no conduce la electricidad.
2. ¿De qué manera la sal disuelta en el agua destilada permitió que la ampolleta se encendiera? Explique utilizando el concepto de disociación.
3. En base a lo observado, ¿será conductor de electricidad el agua mineral?
4. ¿Qué ocurrió con el jugo de limón y/o con el vinagre? (Consultar libros para desarrollar una explicación sencilla)
5. Supongan que durante una conversación sobre formas de calentar agua para la ducha, se plantea la siguiente afirmación: “Yo nunca me ducharía con agua caliente en invierno mientras tengo la radio encendida en el baño para escuchar música, ya que el vapor de agua se condensaría y podría electrocutarme”. ¿Qué le responderían a esta persona?
   

Introducción

Cuenta una pequeña historia lo siguiente: un día, la teoría y la práctica fueron de paseo a un lugar donde había un paisaje muy hermoso y un lago muy grande y profundo. Después de comer y de descansar, la teoría decidió meterse a bañar al lago, pero se ahogó porque necesitaba de la práctica. A su vez, la práctica no pudo ayudarla, porque necesitaba de la teoría.

A pesar que la historia es un poco macabra, es cierta. En la enseñanza de las ciencias es fundamental combinar ambas disciplinas: la teoría y la práctica. De esta manera, es más fácil aprender ciencias, ya que se conecta el conocimiento con la realidad, haciendo más amistosa la relación entre alumno – ciencia.

Los prácticos de laboratorio son experiencias muy importantes, porque permiten captar detalles que no se ven estudiando sólo la teoría. Además, aumentan nuestra capacidad motora, ya que muchas veces se requieren movimientos “finos”, y algo muy importante que permiten desarrollar es la responsabilidad, ya que en ocasiones se debe trabajar con mucho cuidado y precaución. Incluso, se dice que los prácticos son la “piedra angular” de la enseñanza de las ciencias.

A continuación se presentan 10 prácticos de laboratorio, pensados para ser desarrollados en los niveles de 1º y 2º medio. En estos prácticos, se da énfasis al trabajo en equipo, al debate en torno a preguntas claves para comprender los contenidos relacionados, y al desarrollo de la responsabilidad. Otros factores importantes a desarrollar son la observación cuidadosa, la abstracción, la tabulación de datos y su posterior análisis para la emisión de conclusiones; temas importantes a desarrollar por el método científico.