Esta sesión de laboratorio está estructurada en dos partes distintas, cada una enfocada en diferentes reacciones que involucran magnesio para ilustrar los principios de las reacciones químicas y la termoquímica.
- Parte 1: implica reaccionar magnesio en polvo con ácido clorhídrico (HCl) 1M en un calorímetro para medir las temperaturas inicial y final y observar los cambios térmicos que ocurren. Esta parte enfatiza la naturaleza exotérmica de la reacción entre el magnesio y el ácido clorhídrico.
- Parte 2: repite el procedimiento utilizado en la Parte 1 pero sustituye el magnesio por polvo de óxido de magnesio (MgO) para explorar la reacción entre el MgO y el ácido clorhídrico. Esta comparación tiene como objetivo resaltar las diferencias en la reactividad y los cambios térmicos entre el magnesio y su óxido al reaccionar con el ácido clorhídrico.
Objetivos Educativos
Esta sesión de laboratorio está diseñada para ayudar a los estudiantes a alcanzar un conjunto de objetivos de aprendizaje progresivos que se alinean con su nivel de estudio. En todos los grupos de edad, el objetivo principal es desarrollar la curiosidad por los procesos químicos, reforzar el método científico y cultivar prácticas de laboratorio seguras.
- Comprensión conceptual: Los estudiantes aprenderán los principios fundamentales de las reacciones químicas, prestando especial atención a los procesos exotérmicos y la relación entre reactivos, productos y cambios de energía. Al comparar las reacciones del magnesio y el óxido de magnesio con el ácido clorhídrico, los estudiantes reconocerán cómo la forma química y el enlace influyen en la reactividad y la liberación de calor.
- Habilidades prácticas y técnicas: Los estudiantes desarrollarán técnicas de laboratorio prácticas, que incluyen la medición precisa de reactivos, el manejo cuidadoso de instrumentos científicos y la observación sistemática de los cambios de temperatura a.
- Pensamiento analítico y crítico: Los estudiantes analizarán las diferencias en la energía térmica liberada por dos reacciones similares pero distintas. Compararán datos empíricos con expectativas teóricas, discutirán las fuentes de error y considerarán las implicaciones más amplias de la termoquímica en contextos del mundo real, como la ciencia de materiales y las aplicaciones energéticas.
- Comunicación científica y seguridad: Se animará a los participantes a registrar sus hallazgos con claridad, interpretar los resultados l.
Al final de la sesión, los estudiantes no solo deberían comprender los principios científicos que sustentan las reacciones estudiadas, sino también ganar confianza en la aplicación de habilidades de laboratorio, la evaluación de datos y la comprensión de la relevancia de la termoquímica tanto para el aprendizaje académico como para los fenómenos cotidianos.
Protocolo
- Mide 100 mL de ácido clorhídrico (HCl) 1 M usando la probeta graduada.
- Vierte el contenido de la probeta en el calorímetro.
- Coloca la tapa al calorímetro.
- Inserte el termómetro en el orificio de la tapa.
- Pese un trozo pequeño de cinta de magnesio (Mg) (aproximadamente 0.5 g) usando la balanza.
- Abre la tapa y coloca el trozo de magnesio en el calorímetro y ciérrala de nuevo lo más rápido posible.
- Activa el temporizador.
- Active el agitador del calorímetro presionando el botón verde de la tapa.
- Observe atentamente la evolución de la temperatura en la tabla de resultados.
- Espera unos 3 minutos o hasta que la temperatura deje de aumentar.
- Detener el cronómetro.
- Reinicia el temporizador presionando el botón Reset.
- Detén el agitador presionando el botón rojo. Retira el termómetro y luego la tapa del calorímetro.
- Vierta el contenido líquido del calorímetro en el recipiente negro de residuos. Retire el trozo de cinta de magnesio usando las pinzas.
- Enjuague el calorímetro, el termómetro y el agitador con agua destilada.
- Deja que el calorímetro se enfríe por unos 30 segundos.
- Repita los pasos del 1 al 11 con aproximadamente 1 g de óxido de magnesio en trozos.
La reacción se acelera 10 veces más rápido, para observar más fácilmente la reacción completa.
Resultados esperados
- Un pequeño trozo de Mg (aproximadamente 0.55g) aumentará la temperatura en aproximadamente 22℃ en 140 segundos, para 440 kJ por mol de Mg.
- Un pequeño trozo de MgO (aproximadamente 1 g) aumentará la temperatura en aproximadamente 7℃ en 180 segundos, por 120 kJ por mol de MgO.
Resumen de la asignación por rango de calificación
Grados 3-5 (Edades 8-10)
- EnfoqueIntroducción básica a las reacciones químicas y los cambios de temperatura.
- ActividadesObservación de cambios de temperatura durante las reacciones, comparaciones sencillas de reacciones que involucran magnesio y óxido de magnesio, instrucciones básicas de seguridad.
Grados 6-8 (Edades 11-13)
- EnfoqueComprensión intermedia de reacciones químicas, técnicas de medición y termoquímica.
- Actividades: Realizar reacciones con magnesio y ácido clorhídrico, medir cambios de temperatura, comparar reacciones con óxido de magnesio, comprender los cambios de calor en las reacciones, seguir protocolos de seguridad detallados.
Grados 9-12 (Edades 14-18)
- EnfoqueComprensión avanzada de la termoquímica, técnicas de medición precisas y dinámica de reacciones.
- Actividades: Realizar con precisión reacciones con magnesio y óxido de magnesio en ácido clorhídrico, medir y registrar cambios de temperatura, comparar la reactividad y los cambios de calor, analizar las condiciones experimentales y sus efectos, registrar e interpretar detalladamente los resultados, cumplir con protocolos de seguridad avanzados, reforzar conceptos de reacciones químicas y termoquímica.
Esenciales de laboratorio
Instrumentos
- Vaso de precipitados (1000ml)
- Calorímetro
- Balanza electrónica
- Probetas (70ml y 250ml)
- Espátulas
- Termómetros
- Temporizador
- Pinzas
Productos
- HCl 1 M (disolución)
- Magnesio (en polvo)
- Óxido de magnesio (en polvo)