Este experimento está estructurado para identificar sustancias desconocidas midiendo propiedades físicas clave: puntos de ebullición para líquidos y densidad para sólidos. Está dividido en dos partes para un enfoque integral.
Parte A: se enfoca en la identificación de líquidos desconocidos. Implica mediciones precisas de volumen, calentamiento controlado a 105 °C y monitoreo del comportamiento de ebullición para determinar el punto de ebullición de cada líquido. Este paso es fundamental para identificar los líquidos o compararlos con sustancias conocidas.
Parte B: se centra en la identificación de sólidos desconocidos mediante mediciones de densidad. Esto incluye pesar los sólidos, usar el desplazamiento de agua para medir el volumen —una técnica inspirada en el principio de Arquímedes— y calcular la densidad dividiendo la masa por el volumen. Este proceso es fundamental para distinguir o identificar sustancias sólidas
Objetivos Educativos
- Dominando técnicas de medición: Mejora las habilidades en la medición precisa de volumen y masa, fundamentales para el análisis científico.
- Comprensión de las propiedades físicas: Profundizar el conocimiento de cómo los puntos de ebullición y la densidad sirven como identificadores de sustancias.
- Aplicando principios teóricos: Aplica principios de física y química, como el principio de Arquímedes, a escenarios del mundo real.
- Desarrollo de habilidades analíticas: Cultivar la habilidad de analizar e identificar sustancias basándose en sus propiedades físicas, utilizando comparaciones con materiales conocidos para su verificación o identificación.
- Integración del conocimiento disciplinario: Demostrar la integración de la química y la física a través de aplicaciones prácticas, subrayando la naturaleza interdisciplinaria de la indagación científica.
Al participar en este experimento, los participantes no solo aplicarán técnicas de laboratorio esenciales, sino que también aprenderán a distinguir y caracterizar sustancias químicas a través de sus propiedades físicas. Esta experiencia práctica con H₂O, etanol, Carbonato de calcio, y Fe(OH)3 como sustancias de prueba subraya el uso práctico del punto de ebullición y la densidad en la identificación de sustancias, ofreciendo una profunda comprensión de los principios que guían la identificación de sustancias desconocidas en la exploración científica.
Protocolo
Identificación de líquidos desconocidos
- Mide con precisión 50 mL del líquido desconocido 1 con la probeta graduada de 50 mL.
- Vierte el líquido contenido en la probeta en un vaso de precipitados de 100 ml etiquetado como A.
- Enjuaga la probeta graduada.
- Repita los pasos 1 a 3 con el líquido desconocido 2, con el vaso de precipitados B.
- Coloca el vaso de precipitados A en la placa calefactora izquierda y el vaso de precipitados B en la placa calefactora derecha.
- Coloque una barra de agitación magnética en cada vaso de precipitados.
- Fija una abrazadera universal sobre el centro de cada vaso de precipitados en los soportes.
- Coloca un termómetro en cada vaso de precipitados sujetándolos a las pinzas unidas a los soportes universales.
- Pon en marcha el cronómetro.
- Inicie los agitadores magnéticos.
- Ajusta la temperatura de las placas calientes a 105 °C.
- En la tabla de resultados, revise el cambio de temperatura.
- Según la temperatura de ebullición, ¿qué podrían ser los líquidos desconocidos?
- Cuando se haya alcanzado la temperatura máxima de ebullición para cada vaso de precipitados, detenga los agitadores magnéticos.
- Detener el cronómetro.
- Baje la temperatura de la placa calefactora a 15°C.
- Desprenda los termómetros de las abrazaderas.
- Retire las barras de agitación magnética de los vasos de precipitados.
- Vacía el contenido de los vasos de precipitados en el contenedor de recuperación.
Identificación de sólidos desconocidos
- Usando las pinzas, coloque 5 trozos del sólido desconocido 1 en la balanza usando la embarcación de pesaje. Registre el peso total de los 5 trozos.
- Usando agua del grifo, llena un recipiente de rebosadero hasta su capacidad máxima antes del desbordamiento (500 ml). Deja que el exceso de agua fluya hacia el fregadero.
- Coloque el vaso de rebose en el mostrador justo al lado de la probeta graduada de 25 mL de modo que esta última quede posicionada bajo la abertura de rebose del vaso de rebose.
- Vacíe suavemente las piezas del sólido 1 contenidas en el recipiente de pesaje en el recipiente de rebosamiento. ¡Atención! Los dedos no deben entrar en contacto con el agua para no distorsionar los resultados.
- Usando el desbordamiento del recipiente de desbordamiento y el menisco en la probeta graduada, determina el volumen del sólido 1.
- Espera a que el flujo se detenga por completo.
- Registre el volumen ocupado. Con el peso de las piezas pesado en el paso 1, podrá así calcular la densidad.
- Usando las pinzas, retire los trozos de sólido 1 del recipiente de rebose y tírelos en el contenedor de recuperación.
- Vacía el líquido contenido en la probeta de 25 mL en el contenedor de recuperación.
- Usando agua del grifo, llene el recipiente de desbordamiento nuevamente hasta su capacidad total antes del desbordamiento (500 ml). Deje que el exceso de agua fluya hacia el fregadero.
- Coloque el recipiente de rebosamiento de vuelta en el mostrador, justo al lado de la probeta graduada de 25 mL, de manera que esta última quede posicionada bajo la abertura de rebosamiento del recipiente de rebosamiento.
- Usando las pinzas, coloque 5 trozos del sólido desconocido 2 en la balanza usando la cápsula de pesaje. Registre el peso total de los 5 trozos.
- Vacíe suavemente las piezas de sólido 2 contenidas en el recipiente de pesaje en el recipiente de rebosamiento. ¡Atención! Los dedos no deben entrar en contacto con el agua para no distorsionar los resultados.
- Usando el desbordamiento del recipiente de desbordamiento y el menisco en la probeta graduada, determine el volumen del sólido 2.
- Registre el volumen ocupado. Con el peso de las piezas determinado en el paso 12, podrá así calcular la densidad. Habrá notado que el líquido se vuelve naranja oscuro o rojo después de la adición del sólido desconocido 2.
- Así podrá identificar los 2 sólidos desconocidos utilizando su densidad.
Resultados esperados
- El líquido desconocido #1 es agua
- El líquido desconocido #2 es etanol. Dado que el punto de ebullición del etanol es de 78 °C, hervirá más rápido que el agua, cuyo punto de ebullición es de 100 °C.
- El sólido desconocido #1 es carbonato cálcico (CaCO₃); una pieza pesa 2,9 gramos y cinco piezas pesan 14,5 gramos. Con una densidad de 2,71 g/mL, estas cinco piezas ocuparán un volumen de 5,4 mL.
- El sólido desconocido #2 es hidróxido de hierro (III) (Fe(OH)₃); una pieza pesa 12,75 gramos y cinco piezas pesan 63,75 gramos. Dada su densidad de 4,25 g/mL, el volumen total que ocupan estas piezas será de 15 mL.
Identificación de líquidos: Al calentar dos líquidos desconocidos hasta los 105 °C y observar sus puntos de ebullición, los alumnos deducen que el líquido #1 (agua) hierve a 100 °C y el líquido #2 (etanol) a 78 °C. Este experimento no solo ilustra el concepto de los puntos de ebullición, sino que también presenta un método para identificar sustancias basándose en sus propiedades físicas.
Identificación de sólidos: Mediante el método de desplazamiento, los participantes determinan la densidad de dos sólidos desconocidos. Descubrieron que el sólido #1 (carbonato cálcico, CaCO₃) tiene una densidad de 2,71 g/ml y ocupa un volumen de 5,4 ml, y que el sólido #2 (hidróxido de hierro (III), Fe(OH)₃) tiene una densidad de 4,25 g/mL y ocupa un volumen de 15 mL. Esta parte del trabajo de laboratorio refuerza el concepto de densidad y su papel en la identificación de sustancias.
Seguridad y Precisión: La importancia de la seguridad en el laboratorio se destaca a través del uso de equipo de protección y el manejo adecuado de los materiales. La precisión en la medición es crucial para obtener resultados científicos exactos.
Comprensión de las propiedades físicas: Los estudiantes aprenden que las propiedades físicas como el punto de ebullición y la densidad son clave para identificar sustancias. Esta experiencia práctica refuerza el conocimiento teórico.
Método Científico: El protocolo ejemplifica el método científico: hacer observaciones, formular hipótesis, realizar experimentos y sacar conclusiones. Resolución de Problemas: Los estudiantes aplican el pensamiento crítico y las habilidades de resolución de problemas para deducir la identidad de sustancias desconocidas, una habilidad esencial en la investigación científica.
Resumen de la asignación por rango de calificación
Grados 3-5 (Edades 8-10)
- EnfoqueIntroducción básica a los puntos de ebullición y la densidad, mediciones sencillas.
- ActividadesObservación de puntos de ebullición, medición de volumen y masa, cálculos básicos, instrucciones básicas de seguridad.
Grados 6-8 (Edades 11-13)
- EnfoqueComprensión y aplicación intermedias de técnicas de medición y propiedades físicas.
- Actividades: Medir volumen y masa, observar puntos de ebullición, aplicar el principio de Arquímedes, registrar observaciones, seguir protocolos de seguridad detallados.
Grados 9-12 (Edades 14-18)
EnfoqueDominio avanzado de técnicas de medición y habilidades analíticas.
ActividadesMedición detallada de propiedades físicas, control preciso de las condiciones experimentales, cálculos avanzados, aplicación de principios teóricos, registro y análisis detallados, adhesión a protocolos de seguridad avanzados.
Esenciales de laboratorio
Instrumentos
- Vasos de precipitados (100 ml y 1000 ml)
- Goteros
- Balanza electrónica
- Probetas graduadas (25 ml y 50 ml)
- Plancha eléctrica
- Soporte de laboratorio y pinzas
- agitador magnético
- Recipiente de desbordamiento
- Espátulas
- Termómetros y temporizador
- Pinzas
Productos
- Líquidos desconocidos (#1 y #2).
- Sólidos desconocidos (#1 y #2).