martes, 2 de febrero de 2016

PRÁCTICA 4º ESO: ALGUNOS TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS



REACCIÓN  DE COMBUSTIÓN

Dentro de las reacciones químicas hay un tipo llamado “reacciones de combustión”.
Una reacción de combustión es una reacción de oxidación rápida en la que se libera energía luminosa y calorífica.
Los procesos de combustión y de oxidación tienen algo en común: la unión de una sustancia con el oxígeno. La única diferencia es la velocidad con que el proceso tiene lugar. Así, cuando el proceso de unión con el oxígeno es lo bastante lento como para que el calor desprendido durante el mismo se disipe en el ambiente sin calentar apreciablemente el cuerpo, se habla de oxidación. Si el proceso es rápido y va acompañado de un gran aumento de temperatura y en ocasiones de emisión de luz (llama), recibe el nombre de combustión.
Ésta consiste en una combinación química con el oxígeno de la atmósfera para dar dióxido de carbono y agua. Se obtiene
La reacción de combustión se basa en la reacción química exotérmica de una sustancia o mezcla de sustancias llamada combustible con el oxígeno. Es característica de esta reacción la formación de una llama, que es la masa gaseosa incandescente que emite luz y calor, que esta en contacto con la sustancia combustible.

La reacción de combustión puede llevarse a cabo directamente con el oxigeno o bien con una mezcla de sustancias que contengan oxígeno, llamada comburente, siendo el aire atmosférico el comburente más habitual.



EJEMPLO:




En este experimento vamos a estudiar la combustión de una vela y vamos a ver cómo es necesaria la presencia de oxígeno para la combustión y cómo este oxígeno se consume en el proceso. Se trata de un experimento muy famoso que realizó Lavoisier en la segunda mitad del siglo XVIII.

Material que vas a necesitar:

Un plato hondo
Un vaso (preferiblemente estrecho)
Una vela.         
                                        
¿Cómo realizamos el experimento?

En primer lugar vas a colocar el plato encima de una mesa lleno con bastante agua. No ce falta que esté lleno hasta el borde.

Dentro del agua coloca una vela que se mantenga derecha.

Enciende la vela y observa cómo arde.

Tapa todo el conjunto con el vaso y observa lo que ocurre.

Verás como la vela poco a poco va dejando de arder hasta que se extingue la llama. A la vez observa cómo el nivel del agua va subiendo en el interior del vaso. 


¿Por qué ocurre esto?

Cuando arde una vela tiene lugar una reacción de combustión. Lo que arde realmente no es la mecha que sale de ella, sino la cera o parafina de la que está hecha. Con el calor la parafina primero funde y luego se evapora. La parafina en forma gaseosa y en contacto con el oxígeno del aire experimenta una reacción química en la que se desprende mucha energía (en forma de calor y luz) el resultado es la llama. La reacción química que tiene lugar es:

                                                       parafina + O2 ------->  CO2 + H2

Observa que en la reacción intervienen dos sustancias de partida la parafina (inicialmente sólida) y el oxígeno contenido en el aire (un gas), son los reactivos. A partir de ellos se obtienen dos sustancias totalmente diferentes el dióxido de carbono (un gas) y agua (también en estado gaseoso), son los productos. Si te fijas bien, verás que en paredes del vaso se empañan, incluso se forman una gotitas de agua. Lo que está ocurriendo es que el vapor de agua, en contacto con las paredes frías, se condensa.

La pregunta ahora es: ¿por qué sube el nivel del agua en el interior del vaso?. Puedes intentar responderla tú mismo antes de leer la respuesta en el párrafo siguiente.

En la reacción se consume un gas, el oxígeno que forma parte del aire, pero se forma otro, el dióxido de carbono obtenido en toda combustión. Resulta que el volumen de dióxido de carbono producido es más pequeño que el volumen de oxígeno que se consume. El resultado es que en el interior del vaso el volumen de gas final es menor que el inicial. Eso hace que disminuya la presión en el interior y, por ello, sube el agua hasta que la presión interior es igual a la exterior. 
REACCIÓN  DE PRECIPITACIÓN

Son reacciones en las que se forma un producto insoluble (no se disuelve) en el medio, normalmente agua. Cuando una sustancia iónica, se pone en un disolvente, sus iones pueden separarse (disolverse) o permanecer juntos (no se disuelve). Esto depende de la naturaleza de los reactivos, temperatura, grado de división del soluto...

Se produce reacción de precipitación, cuando al mezclar sustancias iónicas, los iones existentes en el medio tienden a estar unidos, formando un precipitado.

En las reacciones de precipitación se forma un producto insoluble.

En química se llama precipitado a una sustancia sólida que se forma en el interior de una disolución. En esta experiencia vamos a ver cómo a partir de una reacción química obtenemos un precipitado.

Material que vas a necesitar:
·         Vaso pequeño o copa
·         Un papel de filtro (de los que se utilizan para el café)
·         Leche
·         Refresco de cola
·         Agua tónica
·         Vinagre
·         Limón


¿Qué vamos a ver?

En este experimento vamos a obtener precipitados a partir de productos caseros. En realidad, vamos a observar cómo la caseína (proteína contenida en la leche) precipita en un medio ácido.
La leche es una mezcla de proteínas, lípidos y glúcidos en un medio acuoso. Entre las proteínas disueltas en la leche, la más importante es la caseína. Cuando esta proteína se encuentra en un medio ácido se produce su desnaturalización, tiene lugar una reacción química que altera su estructura, y deja de ser soluble en agua lo que provoca que precipite.
En el experimento vamos a ver cómo al poner la leche en contacto con diversos medios ácidos se produce la precipitación de la caseína.

¿Qué debes hacer?

Experimento 1

·         Pon un poco de leche en una copa o en un vaso pequeño
·         Añade unas gotas de vinagre. Observa bien lo que ocurre.
·         Deja el vaso con su contenido en reposo durante un tiempo. ¿Qué observas?
·         Separa ahora el sólido del líquido utilizando un filtro (también sirve un trapo o un pañuelo). ¿Qué observas? ¿Qué propiedades tiene el sólido obtenido?

Experimento 2

·         Repite la experiencia anterior haciendo reaccionar la leche con otras sustancias: refresco de cola, agua tónica, zumos, etc.
·         Sigue investigando.

Sigue experimentando

Puedes seguir investigando otras sustancias que tengan la propiedad de hacer precipitar la caseína de la leche.

REACCIÓN CON DESPRENDIMIENTO DE GASES

En esta experiencia vamos a estudiar, utilizando sustancias que puedes encontrar fácilmente en casa, una reacción química en la que se desprenden gases.

Material que vas a necesitar:
·         Un vaso
·         Una cucharilla
·         Bicarbonato del que se vende en las farmacias
·         Vinagre
·         Limón 

¿Qué vamos a ver?

En la experiencia vamos a ver cómo reacciona el bicarbonato de sodio (NaHCO3) con sustancias que tienen un carácter ácido. Podrás ver cómo se descompone el bicarbonato y se desprende un gas, el dióxido de carbono. Esto ocurre porque el vinagre y el zumo de limón son sustancias que llevan disueltos ácidos: ácido acético, en el caso del vinagre, y ácido cítrico, en el caso del limón.
La reacción química que tiene lugar es la siguiente:
    NaHCO3 + HAc   ---->   NaAc + CO2 + H2O
Los productos que se obtienen son: una sal (NaAc) que queda disuelta en el agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2) que al ser un gas burbujea a través del líquido.

¿Qué debes hacer?

Experimento 1
·         En el fondo de un vaso, o en un plato, coloca un poco de bicarbonato de sodio en polvo.
·         Deja caer sobre él unas gotas de vinagre. ¿Qué ocurre? Observa el efecto del gas que se desprende.
·         Repite la experiencia utilizando zumo de limón en vez de vinagre.
·         Haz otros experimentos para ver si el bicarbonato reacciona con otras bebidas ácidas (por ejemplo, zumo de naranja, zumo de manzana, refresco de cola, etc.).

Experimento 2
·         Prepara una disolución con 1 cucharadita de bicarbonato en medio vaso de agua.
·         Utiliza una parte de la disolución para ver cómo reacciona con el vinagre y otra para el zumo de limón.
·         Repite la experiencia con disoluciones más concentradas de bicarbonato (2, 3 cucharaditas, etc.) y compara los resultados obtenidos con los del caso anterior. ¿Observas diferencias? ¿Cuáles?
·          
Sigue experimentando

Ahora podemos intentar recoger el gas (dióxido de carbono) que hemos obtenido. Para ello vamos a repetir el experimento 2 utilizando una botella, en vez de un vaso, y un globo.
·         Pon vinagre en una botella.
·         En un globo pon una cucharadita de bicarbonato.



·         Sujeta el globo en la boca de la botella, con cuidado para que no caiga el bicarbonato. Ya tenemos preparado el experimento.
·         Levanta el globo y deja caer el bicarbonato sobre el vinagre. Observa cómo según se va desprendiendo el dióxido de carbono el globo se va hinchando. 



Puedes probar con distintas cantidades de reactivos (vinagre y bicarbonato) y ver cómo varía la presión del gas en el globo.

REACCIÓN DE NEUTRALIZACIÓN

CONCEPTO PREVIO: ¿QUÉ ES EL pH?

Tal como el "metro" es una unidad de medida de la longitud, y un "litro" es una unidad de medida de volumen de un líquido, el pH es una medida de la acidez o de la alcalinidad de una sustancia>.
Cuando, por ejemplo, decimos que el agua está a 91° Celsius expresamos exactamente lo caliente que está. No es lo mismo decir “el agua está caliente” a decir “el agua está a 91 grados Celsius”.
De igual modo, no es lo mismo decir que el jugo del limón es ácido, a saber que su pH es 2,3, lo cual nos indica el grado exacto de acidez. Necesitamos ser específicos.
Por lo tanto, la medición de la acidez y la alcalinidad es importante, pero ¿cómo está relacionado el pH con estas medidas?
Escala de pH
Los ácidos y las bases tienen una característica que permite medirlos: es la concentración de los iones de hidrógeno (H+). Los ácidos fuertes tienen altas concentraciones de iones de hidrógeno y los ácidos débiles tienen concentraciones bajas. El pH, entonces, es un valor numérico que expresa la concentración de iones de hidrógeno.
Hay centenares de ácidos. Ácidos fuertes, como el ácido sulfúrico, que puede disolver los clavos de acero, y ácidos débiles, como el ácido bórico, que es bastante seguro de utilizar como lavado de ojos. Hay también muchas soluciones alcalinas, llamadas "bases", que pueden ser soluciones alcalinas suaves, como la Leche de Magnesia, que calman los trastornos del estómago, y las soluciones alcalinas fuertes, como la soda cáustica o hidróxido de sodio, que puede disolver el cabello humano.
Los valores numéricos verdaderos para estas concentraciones de iones de hidrógeno marcan fracciones muy pequeñas, por ejemplo  1/10.000.000 (proporción de uno en diez millones). Debido a que números como este son incómodos para trabajar, se ideó o estableció una escala única. Los valores leídos en esta escala se llaman las medidas del "pH".




La escala pH está dividida en 14 unidades, del 0 (la acidez máxima) a 14 ( nivel básico máximo). El número 7 representa el nivel medio de la escala, y corresponde al punto neutro. Los valores menores que 7 indican que la muestra es ácida. Los valores mayores que 7 indican que la muestra es básica.

La escala pH tiene una secuencia logarítmica, lo que significa que la diferencia entre una unidad de pH y la siguiente corresponde a un cambio de potencia 10. En otras palabras, una muestra con un valor pH de 5 es diez veces más ácida que una muestra de pH 6. Asimismo, una muestra de pH 4 es cien veces más ácida que la de pH 6.


Cómo se mide el pH
Una manera simple de determinarse si un material es un ácido o una base es utilizar papel de tornasol. El papel de tornasol es una tira de papel tratada que se vuelve color rosa cuando está sumergida en una solución ácida, y azul cuando está sumergida en una solución alcalina.
Los papeles tornasol se venden con una gran variedad de escalas de pH. Para medir el pH, seleccione un papel que dé la indicación en la escala aproximada del pH que vaya a medir. Si no conoce la escala aproximada, tendrá que determinarla por ensayo y error, usando papeles que cubran varias escalas de sensibilidad al pH.
Para medir el pH, sumerja varios segundos en la solución el papel tornasol, que cambiará de color según el pH de la solución. Los papeles tornasol no son adecuados para usarse con todas las soluciones. Las soluciones muy coloreadas o turbias pueden enmascarar el indicador de color.
El método más exacto y comúnmente más usado para medir el pH es usando un medidor de pH (o pHmetro) y un par de electrodos. Un medidor de pH es básicamente un voltímetro muy sensible, los electrodos conectados al mismo generarán una corriente eléctrica cuando se sumergen en soluciones. Un medidor de pH tiene electrodos que producen una corriente eléctrica; ésta varía de acuerdo con la concentración de iones hidrógeno en la solución.



Indicadores ácido-base



Desde tiempos muy antiguos, se conocen distintas sustancias de origen orgánico que tienen la propiedad de cambiar su color, dependiendo de las características ácidas o básicas  de las sustancias a las que son añadidas. En la actualidad, estas sustancias, y muchas otras, que se han introducido en el uso habitual de los laboratorios químicos, se utilizan con la finalidad de determinar el valor del pH de las disoluciones, así como también, el punto final de las valoraciones ácido –base. Dichas sustancias reciben el nombre de indicadores ácido-base.
Así podemos definir a un indicador ácido-base  como, una sustancia que puede ser de carácter ácido o básico débil, que posee la propiedad de presentar coloraciones diferentes dependiendo del pH de la disolución en la que dicha sustancia se encuentre diluida.

Cada uno de los indicadores posee un intervalo de viraje que lo caracteriza, es decir, un entorno en mayor o menor medida, reducido de unidades de pH. Dentro de dicho intervalo es donde se produce el cambio de color, o viraje. Un indicador tiene mayor utilidad, cuanto más pequeño es su intervalo de viraje, produciéndose así de forma más clara y sencilla el cambio de color.

En la tabla siguiente se muestran algunas indicadores ácidos-base, junto a los datos de sus intervalos de viraje y el color que tienen cuando el pH es menor o superior, a dicho intervalo.

Ejemplo:

Pongamos como ejemplo el comportamiento del indicador azul de bromotimol, en tres soluciones diferentes: la solución ácida, neutra y básica.

·    Al añadir nuestro indicador azul de bromotimol, en un tubo de ensayo que contenga una disolución de HCl por ejemplo, veremos un color amarillo en la solución, que tendrá un pH < 6.0.

·         Si añadimos el mismo indicador a otro tubo de ensayo, esta vez relleno de agua, veremos que tendrá una coloración verde, con un pH= 7.
·     
       Por último, cuando añadimos el indicador de azul de bromotimol, a un tubo de ensayo que contenga una disolución de NaOH, veremos como ésta se tiñe de azul, con un pH > 7.6. Se comprueba de este modo que el intervalo de viraje está entre 6.0 y 7.6.





El papel indicador universal, es gran utilidad en los laboratorios para poder medir de manera muy sencilla los diferentes pH de las disoluciones. Su manejo es extremadamente sencillo, pues basta con introducir un trocito de papel en la disolución problema, y éste inmediatamente mostrará un color determinado, que puede ir desde el rojo al azul, dependiendo si es ácida o básica.





Una reacción de neutralización es una reacción entre un ácido y una base, generalmente en las reacciones acuosas ácido-base se forma agua y una sal, un ejemplo es el producto de la reacción ácido-base del HCl con NaOH


HCl(ac) + NaOH(ac)    ® NaCl(ac) + H2O(liq)



MATERIAL:

1 cuentagotas
1 matraz Erlenmeyer de 50 ml
1 cuchara
10 ml de vinagre blanco
Bicarbonato casero (NaHCO3)
Rojo de fenol u otro indicador

PROCEDIMIENTO:

Coloca 10 ml de vinagre en un matraz Erlenmeyer de 50 ml y agrega 2 o 3 gotas del indicador (rojo de fenol). Observa el cambio de color que se presenta y anótalo. 


Agrega poco a poco bicarbonato de sodio en el matraz con vinagre hasta que observes un cambio de color ¿Qué sucedió? ¿Ocurrió una reacción química? ¿Cómo la identificastes? ¿Qué tipo de reacción se llevó a cabo? ¿Cuáles son los productos de esta reacción?
Hechas las observaciones, agrega un exceso de NaHCO3 ¿Qué ocurrió? ¿Cambió de color de nuevo la solución? ¿Qué crees sea lo que ocasionó ésto?

EXPLICACIÓN:

Como el vinagre es un ácido y el bicarbonato de sodio una base sus características son opuestas, por lo cual al reaccionar anulan sus propiedades mutuamente, ésto es, se neutralizan; como resultado de esta reacción química se obtiene agua y una sustancia nueva denominada sal. Esta reacción es posible de identificar gracias a dos evidencias: el vire de color del indicador y la aparición de efervescencia.
Los indicadores viran de color según sea la naturaleza de la sustancia con que se pongan en contacto: ácidos, bases o sales (neutras). La presencia de burbujas (efervescencia) se debe a la descomposición del bicarbonato de sodio (NaHCO3) en gas dióxido de carbono (CO2). La ecuación de la reacción química es la siguiente: 


Al agregar el exceso de NaHCO3 el color del indicador vira de nuevo, esto se debe a que la solución deja de ser neutra y adquiere una función básica.

VARIANTE DE ESTA PRÁCTICA DE REACCIÓN DE NEUTRALIZACIÓN

“EL ESTÓMAGO PIDE AYUDA” 



MATERIALES:

Vasos de vidrio o frascos de Gerber
Frascos goteros
Agua destilada
Anaranjado de metilo
Ácido clorhídrico concentrado
Sal de frutas o Alka-Seltzer (antiácido)
Cerveza

PROCEDIMIENTO:

En un vaso coloca 50 ml de cerveza, 0.5 ml de ácido clorhídrico y unas gotas de anaranjado de metilo.
En otro vaso disuelve un Alka-Seltzer o sal de frutas en 30 ml de agua.
En el vaso con la cerveza agrega poco a poco la solución de Alka-Seltzer hasta la desaparición de la coloración rojiza.

EXPLICACIÓN:
La realización de esta práctica, tiene como objetivo que el alumno observe una reacción de neutralización semejante a la que se lleva a cabo en el estómago de una persona que ha ingerido cerveza o alimentos ácidos.
Nota: El anaranjado de metilo lo podemos sustituir por colorante natural de col morada.





EVALUACIÓN




Como instrumento de co-evaluación y auto-evaluación, los alumnos utilizarán la siguiente diana:





Además cada alumno cumplimentará también su diario de aprendizaje, donde contestará los ,  modo de auto-evaluación siguientes aspectos:

1.          FECHA
2.         CONTENIDO BÁSICO DE LA SESIÓN.
3.        ¿CUÁLES SON LAS PRINCIPALES IDEAS QUE DEBO RECORDAR DE LO TRATADO?
4.         HOY HE APRENDIDO QUE….
5.         NO ME HA QUEDADO CLARO…
6.         LO QUE MÁS ME HA GUSTADO HA SIDO…
7.         LO QUE MENOS ME HA GUSTADO HA SIDO…
8.         OTRAS OBSERVACIONES (Comentarios)

Como instrumento de hetero-evaluación, la profesora utilizará la siguiente rúbrica:








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