La taula periòdica dels elements organitza tots els elements químics coneguts basant-se en les seves propietats físiques i químiques. Aquestes propietats ajuden a distingir entre metalls, no metalls i metal·loides. Els metalls es caracteritzen per la seva capacitat de conduir electricitat i calor, presentar lluentor metàl·lica i ser mal·leables. Els no metalls, per contra, generalment no tenen aquestes propietats, mentre que els metal·loides presenten característiques intermèdies. Aquest experiment de laboratori pretén investigar les propietats físiques i químiques clau d'elements seleccionats (zinc, sofre, silici, ferro i plom) i classificar-los d'acord amb aquestes. Addicionalment, s'examinaran les propietats dels metalls alcalins i alcalinoterrosos per comprendre els seus comportaments químics únics.
Aquesta activitat pràctica introdueix els estudiants al mètode científic, permetent-los observar, provar i classificar elements basant-se en les seves propietats. En realitzar experiments per mesurar la conductivitat elèctrica i tèrmica, observar el brillantor metàl·lica, provar la mal·leabilitat i avaluar la reactivitat amb àcid, els estudiants adquiriran experiència pràctica en la ciència experimental. L'estudi dels metalls alcalins i alcalins de terres millora la comprensió de les famílies químiques i els seus trets definitoris, fomentant el pensament analític i promovent una apreciació més profunda de la taula periòdica.
Objectius educatius
- Comprensió de les propietats físiques i químiques: Els estudiants exploraran les diferències entre metalls, no-metalls i metal·loides a través de l'observació directa i la realització de proves. Aprendran com les propietats físiques com la conductivitat, la brillantor i la mal·leabilitat, així com la reactivitat química, distingeixen aquestes categories.
- Experimentació pràctica: A través d'experiments guiats, els estudiants adquiriran experiència pràctica en la manipulació d'eines i materials de laboratori, incloent detectors de conductivitat, pinces i àcids. Aquest enfocament pràctic millora la seva comprensió dels conceptes i mètodes científics.
- Desenvolupament de habilitats analítiques: Els estudiants analitzaran dades experimentals per classificar els elements en categories apropiades. Compararan els seus resultats amb les propietats conegudes dels metalls, no metalls i metal·loides, fomentant el pensament crític i les habilitats de resolució de problemes.
- Explorant famílies químiques: S'estudiaran les propietats dels metalls alcalins i alcalinoterrosos, posant èmfasi en els seus comportaments químics distintius. Els alumnes comprendran com aquestes famílies interactuen amb l'aigua i com la seva reactivitat varia dins la taula periòdica.
- Connectant la teoria amb la pràctica: realitzant proves de laboratori, els estudiants superaran la bretxa entre el coneixement teòric de la taula periòdica i l'aplicació pràctica. Això reforça els conceptes apresos a classe i proporciona un context per a les aplicacions científiques del món real.
- Promoció de la seguretat i les millors pràctiques: els estudiants seguiran els protocols de seguretat del laboratori, inclòs l'ús d'equips de protecció i la manipulació adequada de productes químics. Això infon una cultura de seguretat i responsabilitat en el treball científic.
- Fomentar la col·laboració i el treball en equip: treballant en parelles o grups reduïts, els estudiants compartiran responsabilitats en la realització d'experiments, la recollida de dades i l'anàlisi dels resultats. Aquest enfocament col·laboratiu imita els entorns científics professionals i millora les habilitats de comunicació.
- Fomentant la curiositat i la investigació científica: mitjançant l'exploració de la taula periòdica a través de la experimentació, els estudiants desenvoluparan una curiositat més profunda pel món natural i un desig d'explorar més a fons els principis de la química i la ciència dels materials.
Al final d'aquesta activitat de laboratori, els estudiants hauran adquirit una sòlida comprensió de com les propietats físiques i químiques defineixen la classificació dels elements. També hauran reforçat les seves habilitats experimentals, analítiques i col·laboratives, preparant-los per a estudis científics més avançats.
Protocol
Part A: Les propietats dels metalls, no metalls i metal·loides
Conductivitat elèctrica
- Enceneu el detector de conductivitat elèctrica (ECD).
- Agafa una mostra de zinc amb les pinces.
- Col·loqueu els elèctrodes de CDE sobre la peça de zinc (assegureu-vos que ambdós elèctrodes estiguin en contacte simultani amb la peça).
- Observeu si el focus ECD s'encén o no, el resultat es troba a la taula de resultats.
- Repetiu els passos 2 a 4 amb les peces de sofre, silici, ferro i plom.
Conductivitat tèrmica
- Agafa una mostra de zinc amb les pinces.
- Col·loca el palmell de la mà lliure sobre la peça de zinc. El resultat de la sensació al tacte es registra a la taula de resultats.
- Repetiu els passos 1 i 2 amb els trossos de sofre, silici, ferro i plom.
Brillar
- Agafa una mostra de zinc amb les pinces.
- Amb l'altra mà, frega lleugerament la peça de zinc amb paper de vidre per treure qualsevol rastre de brutícia o oxidació en una de les seves parts.
- Observeu la zona friccionada, l'observació es troba a la taula de resultats si mostra o no un brillantor metàl·lic.
- Poseu la peça al contenidor de recuperació.
- Repetiu els passos 1, 2 i 3 amb els trossos de sofre, silici, ferro i plom.
Mal·leabilitat
- Agafa una mostra de zinc amb les pinces.
- Amb l'altra mà, agafa els alicates de torsió i intenta doblegar la mostra de zinc.
- Tingues en compte la mal·leabilitat en la taula de resultats. Si la peça es doblega lleugerament, és mal·leable. Si es trenca o no es doblega, no és mal·leable.
- Poseu la peça al contenidor de recuperació.
- Repetiu els passos 1 a 4 amb els exemplars de sofre, silici, ferro i plom.
Reacció a l'àcid
- Col·loca un tros de zinc, sofre, silici, ferro i plom en cadascun dels 50 mL de gots de precipitats ja identificats amb el nom.
- Amb el comptagotes, xuclar la dissolució d'àcid clorhídric (HCl 1 M) i abocar unes gotes sobre el tros de zinc.
- Observeu si es produeix una reacció d'efervescència (presència de bombolles petites). La reacció s'anotarà a la taula de resultats.
- Repetiu els passos 2 i 3 amb els trossos de sulfur, silici, ferro i plom.
Part B: Les propietats dels metalls alcalins i dels metalls alcalinoterris
Reacció amb aigua
- Als gots identificats amb liti, sodi, potassi, magnesi i calci, aboqueu 50 ml d'aigua destil·lada.
- Submergeix un tros de paper de tornassol vermell i un tros de paper de tornassol blau en cada vas de precipitats per confirmar la neutralitat de l'aigua utilitzada als vasos de precipitats.
Un medi neutre no canviarà el color dels papers de litmus.
- Amb les pinces, agafa una mostra de les substàncies liti, sodi, potassi, magnesi i calci i diposita-les en cadascun dels Beekers de 50 ml (que contenen aigua destil·lada) ja identificats pel nom.
Observeu si es produeix una reacció d'efervescència (presència de bombolles petites). La reacció s'anotarà a la taula de resultats.
- Torneu a submergir un tros de paper de litmus vermell i un tros de paper de litmus blau en cada got.
Resultats previstos
| Element | Zn | S | Si | Fe | Plom | Li | Na | K | Mg | Ca |
| Conductivitat elèctrica | Sí | No | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí |
| Conductivitat tèrmica | Sí | No | No | Sí | Sí | No | No | No | No | No |
| Brillantor metàl·lica | Sí | No | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí |
| Mal·leabilitat | Sí | No | No | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | No | No |
| Reacció àcida | Sí | No | No | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí |
| Reacció amb aigua | No | No | No | No | No | Sí | Sí | Sí | No | Sí |
Totes les substàncies que reaccionen amb l'aigua tindran un pH superior a 12.
- Identificació de propietats d'elements
- Els estudiants observaran i registraran amb precisió la conductivitat elèctrica, la conductivitat tèrmica, la brillantor, la mal·leabilitat i la reactivitat del zinc, el sofre, el silici, el ferro i el plom. Aquestes observacions els permetran classificar els elements com a metalls, no metalls o metal·loides.
- Comprendre les característiques de les famílies químiques
- A través de l'experimentació, els estudiants identificaran els comportaments únics dels metalls alcalins i alcalinoterris en reaccionar amb l'aigua. Observaran variacions en la reactivitat, cosa que els permetrà establir connexions entre la posició d'un element a la taula periòdica i el seu comportament químic.
- Desenvolupament d'habilitats
- Els estudiants milloraran les seves habilitats pràctiques de laboratori, incloent la mesura precisa, l'ús d'equips especialitzats i el maneig adequat de reactius químics. Aquestes habilitats donaran suport als seus futurs esforços científics.
- Anàlisi i Interpretació de Dades
- Els estudiants aprendran a analitzar resultats experimentals de manera crítica i a comparar les seves troballes amb les expectatives teòriques. Això aprofundirà la seva comprensió de la taula periòdica i les propietats dels materials.
- Aplicació de Protocols de Seguretat
Complint les directrius de seguretat, els estudiants demostraran la capacitat de realitzar experiments de manera responsable, una competència essencial per treballar en qualsevol entorn de laboratori.
Resum de tasques per rang de qualificació
Resum de tasques per rang de qualificació
Cursos 6è-8è
Enfocament Construcció de habilitats fonamentals i comprensió de les propietats dels elements.
- Els estudiants completaran proves bàsiques sobre conductivitat elèctrica, conductivitat tèrmica, lluentor i reactivitat.
- Les observacions seran senzilles, amb un enfocament en la identificació de tendències i la realització de classificacions bàsiques d'elements.
Resultats esperats:
- Comprensió de les propietats físiques i químiques clau.
- Capacitat millorada per seguir instruccions i documentar resultats.
- Introducció a les tendències i classificacions de la taula periòdica.
Cursos 9-10
Enfocament Ampliació de les habilitats analítiques i exploració de famílies químiques.
- Els estudiants realitzaran anàlisis més detallades, incloent comparacions entre els metalls alcalins i els alcalinoterris.
- Aprendran a interpretar dades experimentals dins del context de les tendències de la taula periòdica.
Resultats esperats:
- Desenvolupament de les habilitats de contrastació d'hipòtesis i anàlisi crítica.
- Aplicació de les tendències periòdiques per predir el comportament dels elements.
- Col·laboració millorada mitjançant experiments en grup.
Cursos 11è-12è
Enfocament Experimentació avançada i síntesi de coneixement.
- Els estudiants realitzaran experiments exhaustius, integrant múltiples punts de dades per classificar elements i comprendre les tendències periòdiques.
- Produciran informes de laboratori detallats, que inclouran introduccions, metodologies i avaluacions crítiques dels seus resultats.
Resultats esperats:
- Domini dels protocols de laboratori i mesures de seguretat.
- Capacitat per produir informes científics de qualitat professional.
- Comprensió a fons de la taula periòdica i les seves aplicacions en química i ciència dels materials.
En estructurar la tasca per alinear-se amb les etapes de desenvolupament dels estudiants, aquesta activitat de laboratori garanteix que els estudiants de tots els nivells puguin participar de manera significativa amb el contingut i desenvolupar habilitats essencials per a futurs estudis científics.
Equipament de laboratori
Instruments
- Detector de conductivitat elèctrica (DCE)
- Alicates de metall
- Paperets de tornassol vermell i blau
- Paper de vidre
- Paper de cuina
- 50mL gots x5
- 5 Beekers de 100ml
- Gotejador
- Gràfic de pH
Productes
- Solució HCl 1M
- Zinc (s)
- Sofre (s)
- Silici (s)
- Ferro (s)
- Plom (s)
- Liti (s)
- Sodi (s)
- Potassi (s)
- Magnesi (s)
- Calci (s)