observación de los cambios de estado del agua

Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas
CAMBIOS DE ESTADO
Miguel Ángel Bueno Juan
I. E.S. SERRA PERENXISA
Torrente
Introducción:
En la vida cotidiana se producen cambios de estado de muchas sustancias, pero muchas
veces no somos conscientes de ello, ni tampoco cuándo o porqué se producen dichos
cambios. Con estas dos prácticas se pretende hacer patente los cambios de estado de la
sustancia más común que nos rodea, el agua. Así como comprobar en qué condiciones se
producen dichos cambios de estado. Además muchos alumnos no están acostumbrados a
observar, medir y anotar datos en el laboratorio. Es fundamental que se familiaricen con las
técnicas del laboratorio si queremos que lleguen a tener un pensamiento científico.
Objetivos:
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Comprobar experimentalmente los cambios de estado del agua y su relación con la
temperatura.
Familiarizarse con la toma de datos.
Aprender a hacer una representación gráfica.
Distinguir entre el agua en estado gaseoso y el aire.
Relación del tema propuesto con el currículo del Curso:
Esta práctica se puede realizar en 1º, 2º ó 3º de ESO, ya que los cambios de estado se
encuentran en el currículo de los tres cursos. En qué curso realizarla dependerá del nivel
real de los alumnos y de si ya la han realizado en cursos anteriores.
Esta práctica se divide en dos: “Observación de los cambios de estado del agua” y
“¿Qué hay dentro del vaso agua o aire?”. La primera es la observación de los cambios de
estado del agua anotando la temperatura a intervalos regulares de tiempo y la segunda
consiste en obtener vapor de agua encerrado en un vaso. La primera se haría en los cursos
inferiores y en 3º de ESO solamente si no se hubiera realizado en los cursos anteriores.
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Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas
Material y recursos necesarios:
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Hielo a -10ºC.
Agua líquida.
Algunas sustancias volátiles como acetona, etanol, etc.
Vaso de vidrio.
Vaso de precipitados resistente al fuego.
Recipiente de vidrio con boca ancha que resista el fuego.
Trípode.
Rejilla de amianto.
Hornillo o mechero.
Termómetro.
Cronómetro. (Se puede utilizar el del móvil).
Normas de seguridad:
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Trabajar con fuego y con agua hirviendo implica que se debe de extremar la
precaución. Asegurarse de que en el botiquín existe el material necesario para tratar
posibles quemaduras.
Algunas de las sustancias, etanol, acetona, volátiles son altamente inflamables. Hay
que tener mucho cuidado de introducirlas en el agua caliente sin acercarlas a la
llama ni dejar los frascos cerca de los mecheros.
Procedimiento:
Observación de los cambios de estado del agua
1. Se coloca el trípode con la rejilla encima del mechero.
2. Se echa hielo picado en el vaso de precipitados resistente al fuego,
(aproximadamente 1/3 del volumen del recipiente) y se introduce el termómetro.
3. Se mide la temperatura, se anota en la tabla y se enciende el mechero.
4. Removemos el agua – hielo de vez en cuando para homogeneizar la temperatura.
(Se puede utilizar el termómetro si se hace con cuidado para no golpearlo y
romperlo).
5. Se mide y se anota la temperatura a intervalos de 1min.
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Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas
¿Qué hay dentro del vaso agua o aire?
1. Llenamos un vaso con agua totalmente, hasta los bordes.
2. Lo cubrimos con el recipiente de calentar. Le damos la vuelta con cuidado, de forma
que el agua no salga y quede dentro del vaso boca abajo.
3. Rellenamos el recipiente de calentar con aproximadamente 3 cm de altura de agua.
4. Ponemos a calentar.
5. Medimos la temperatura y observamos qué sucede.
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Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas
Tiempo necesario para desarrollar esta práctica:
Una sesión de clase para cada práctica. Aprox. 100 min.
Cuestiones para los alumnos:
Preguntas previas a la práctica
Su finalidad es descubrir lo que ya conoce sobre el tema el alumnado y detectar sus
conceptos erróneos.
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¿Cuáles son los estados de la materia?
¿Has visto alguna vez el agua sólida? Pon ejemplos.
¿Has visto alguna vez el agua gaseosa? Pon ejemplos.
Cuando el agua o cualquier otra sustancia cambia de estado, ¿sigue siendo la misma
sustancia?
Preguntas posteriores a la práctica
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¿Puede producirse el proceso inverso al realizado en la práctica? El paso: gas
líquido
sólido. Pon ejemplos de situaciones donde se produzcan.
¿Hay vapor de agua en la atmósfera? ¿Cómo podríamos comprobarlo? Piensa
alguna posible experiencia para demostrar tu afirmación.
Realiza la gráfica Temperatura – tiempo. Indica el estado del agua en cada tramo de
la gráfica.
Cuando sale el agua líquida del vaso, ¿qué queda dentro?
¿Por qué sale el agua del vaso?
¿Qué le sucederá a un globo si le metemos un poco (2 ó 3 ml) de una sustancia
volátil (alcohol o acetona), lo cerramos, sin aire dentro y lo calentamos metiéndolo
en agua caliente? Si te interesa la práctica pídele a tu profesor que te ayude a
preparar el guión y el montaje de la práctica). Ten cuidado y no la hagas tú solo,
que el alcohol y la acetona son muy inflamables.
¿Por qué es muy peligroso echar agua sobre aceite caliente? Si se prende fuego una
sartén con aceite, ¿se debe apagar con agua?
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Simulación en la que se representan los cambios de estado de un metal (a
nivel atómico).
Por último se les pasa esta simulación para que entiendan cuál es el proceso a nivel atómico
en los cambios de estado. Esta simulación sería fundamentalmente para los alumnos de 3º
de ESO. Está realizada con el programa Flash y hace falta el mismo para poder
reproducirla. También está disponible en Internet dentro del portal educativo
www.portaleso.com en el enlace:
http://portaleso.homelinux.com/portaleso/trabajos/fisicayquimi/lamateria/vibracion/vibracio
n_red.html
Otros enlaces que pueden ser muy clarificadores para entender los cambios de estado a
nivel atómico son:
http://www.skoool.es/content/los/chemistry/melt_boil_point/launch.html
http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/
indice.htm
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Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas
Análisis de las respuestas de los alumnos:
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Una cuarta parte de los alumnos de 3º de ESO no asistieron a la realización de la
práctica. (Absentismo elevado).
Otra cuarta parte no entregó el informe de la práctica. Se les dejó dos semanas para
que lo pudieran elaborar. (Elevado desinterés y poco hábito de trabajo).
La mayoría conocían el nombre de los tres estados de la materia y dieron ejemplos
correctos.
De los que entregaron el informe, sólo uno supo hacer la representación gráfica
correctamente.
Algunos de ellos decían que el agua seguía sólida a 30ºC o incluso 80ºC.
Ninguno se extrañó que la representación no se pareciera en nada a la curva teórica
de calentamiento del agua.
Algunos de ellos se limitaron a copiar las respuestas del informe de otros
compañeros.
Tres alumnos supieron interpretar correctamente la práctica en la que el vaso se
llena de vapor de agua. Pero hubo varios que incluso después de explicarla seguían
pensando que el vaso se llenaba de aire.
Ninguno quiso hacer un guión para una nueva práctica para observar qué sucede al
meter un poco de acetona un globo, cerrarlo, e introducirlo en agua caliente. Pero
aún así la siguiente vez que fuimos al laboratorio el profesor lo hizo tipo
demostración y les gustó. Algunos supieron responder correcta y razonadamente a la
pregunta: ¿qué habría pasado si dentro del globo hubiéramos metido una sustancia
con un punto de ebullición superior al del agua?
Después de entregar los alumnos los informes de sus prácticas, se les pasó un
cuestionario para que valoraran las prácticas. En él contestaron que les habían
gustado; que habían aprendido a leer la temperatura, a hacer tablas; que no sabían
hacer gráficas; que querían hacer más prácticas; que la temperatura no se mantenía
constante al fundirse el hielo (pero a ninguno le resultó extraño, a pesar que habían
visto repetidas veces cómo debía ser la curva de calentamiento del agua). La
sensación de haber aprendido era mayor que el aprendizaje real, pero esto es bueno
puesto que les dio confianza y ganas para esforzarse más en la asignatura.
Se ha conseguido que más de la mitad del grupo siga las clases con regularidad,
interés y moderado trabajo.
Mes y medio después de la realización de la práctica frente a la pregunta: ¿A qué
temperatura se funde el hielo? Tres personas contestaron correctamente el resto
dieron respuestas del tipo: 100ºC; 80ºC; 70ºC; o no contestaron.
Se sigue haciendo referencia a los cambios de estado en otras partes del temario:
como por ejemplo en el estudio de los gases y la presión atmosférica se puede
plantear la práctica: (tomar un bote de refresco vacío, meter un poco de agua,
calentarla hasta ebullición, cuando el bote esté lleno de vapor de agua darle la vuelta
e introducirlo parcialmente dentro de agua fría, pedirle a los alumnos que expliquen
lo sucedido); o en las disoluciones el descenso crioscópico y el aumento
ebulloscópico. ¿Por qué se echa sal sobre la nieve en las carreteras? ¿Dónde se
cuece antes un huevo en agua salada o dulce?
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Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas
Análisis de la práctica presentada por el profesor:
• El simple hecho de ir al laboratorio ya fue motivante y atractivo para los alumnos.
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Sirve para romper la rutina de las clases. Es conveniente que nuestros recursos sean
variados para hacer más dinámico y ameno nuestro trabajo docente.
El nivel inicial de los alumnos, aunque eran de 3º de ESO, era muy bajo, algunos no
recordaban ni siquiera los estados de la materia. Y muchos no conocían las
temperaturas de fusión y ebullición del agua. Además no tenían demasiada
experiencia de trabajar en el laboratorio, su hábito de razonamiento era casi nulo y
su absentismo escolar alto. Debido a esto se optó por hacer dos prácticas. La
primera muy dirigida y tradicional, para familiarizarse con la observación, toma de
datos, manipulación del material de laboratorio y procedimientos a seguir para
investigar algo. Y la segunda más abierta, en la que tuvieran que pensar y deducir.
Dejando la puerta abierta para que los interesados pudieran incluso plantear nuevas
prácticas.
En la práctica el intervalo de tiempo recomendado para anotar la temperatura es de
1min pero el ideal dependerá de la cantidad de hielo a calentar y de la potencia de la
llama del mechero. Si hay poco hielo o el mechero es muy potente sería conveniente
reducir el intervalo de tiempo.
Antes de empezar la práctica es importante asegurarse que los alumnos saber medir
las temperaturas con los termómetros que les entregamos. (En mi caso no sabían).
También es importante que sepan manejar los cronómetros.
Previamente a la práctica también se les debe de haber explicado cómo hacer una
representación gráfica a partir de una tabla de datos.
Durante la práctica a un grupo se le rompió el termómetro de mercurio. Les resultó
muy llamativo ver las bolitas de mercurio. Se aprovechó el suceso para explicarles
la toxicidad del mercurio y la necesidad de recoger todos los objetos que contienen
mercurio cuando ya no sirven (pilas de botón, termómetros, tubos fluorescentes) y
depositarlos en los contenedores adecuados para reciclar el mercurio.
Guiones de prácticas entregados a los alumnos:
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Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas
OBSERVACIÓN DE LOS CAMBIOS DE
ESTADO DEL AGUA
Objetivos
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Comprobar experimentalmente los cambios de estado del agua y su relación con la
temperatura.
Familiarizarse con la toma de datos.
Aprender a hacer una representación gráfica.
Material
•
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Hielo.
Recipiente para calentar. Vaso de precipitados resistente al fuego.
Trípode.
Rejilla de amianto.
Hornillo o mechero.
Termómetro.
Reloj o cronómetro.
Normas de seguridad
Trabajar con fuego y agua hirviendo puede ser muy peligroso por lo que debes de extremar
la precaución. Mantente a una distancia prudencial del fuego y del agua hirviendo. Cuando
termine la práctica, utiliza guantes protectores del calor o un trapo para coger el recipiente
con el agua caliente y viértela en la pila con mucho cuidado de no salpicar.
Preguntas previas a la práctica
¿Cuáles son los estados de la materia?
¿Has visto alguna vez el agua sólida? Pon ejemplos.
¿Has visto alguna vez el agua gaseosa? Pon ejemplos.
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Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas
Tiempo necesario
Una sesión de clase.
Procedimiento
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Se coloca el trípode con la rejilla encima del mechero.
Se echa hielo picado en el recipiente para calentar (aproximadamente 1/3 del
volumen del recipiente) y se introduce el termómetro.
Se mide la temperatura, se anota en la tabla y se enciende el mechero.
Removemos el agua – hielo de vez en cuando para homogeneizar la temperatura.
Se mide y se anota la temperatura a intervalos de 1min.
Datos
Temperat. (ºC)
Tiempo (min)
Preguntas posteriores a la práctica
¿Puede producirse el proceso inverso al realizado en la práctica? El paso: gas
sólido. Pon ejemplos de situaciones donde se produzcan.
líquido
¿Hay vapor de agua en la atmósfera? ¿Cómo podríamos comprobarlo? Piensa alguna
posible experiencia para demostrar tu afirmación.
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Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas
Realiza la gráfica Temperatura – tiempo. Indica el estado del agua en cada tramo de la
gráfica.
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Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas
¿QUÉ HAY DENTRO DEL VASO AGUA O
AIRE?
Objetivos
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•
Comprobar experimentalmente los cambios de estado del agua y su relación con la
temperatura.
Distinguir entre el agua en estado gaseoso y el aire.
Material
•
•
•
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•
Hielo y agua líquida.
Vaso de vidrio.
Recipiente para calentar.
Trípode.
Rejilla de amianto.
Hornillo o mechero.
Termómetro.
Normas de seguridad
Trabajar con fuego y agua hirviendo puede ser muy peligroso por lo que debes de extremar
la precaución. Mantente a una distancia prudencial del fuego y del agua hirviendo. Cuando
termine la práctica, utiliza guantes protectores del calor o un trapo para coger el recipiente
con el agua caliente y viértela en la pila con mucho cuidado de no salpicar.
Preguntas previas a la práctica
¿Has visto alguna vez el agua gaseosa? Pon ejemplos.
¿Cuando el agua, o cualquier otra sustancia, cambia de estado sigue siendo la misma
sustancia?
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Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas
Tiempo necesario
Una sesión de clase.
Procedimiento
•
•
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•
Llenamos un vaso con agua totalmente, hasta los bordes.
Lo cubrimos con el recipiente de calentar. Le damos la vuelta con cuidado, de forma
que el agua no salga y quede dentro del vaso boca abajo.
Rellenamos el recipiente de calentar con aproximadamente 3cm de altura de agua.
Ponemos a calentar.
Medimos la temperatura y observamos qué sucede.
Preguntas posteriores a la práctica
Cuando sale el agua líquida del vaso, ¿qué queda dentro?
¿Por qué sale el agua del vaso?
¿Qué le sucederá a un globo si le metemos un poco (2 ó 3 ml) de una sustancia volátil
(alcohol o acetona), lo cerramos, sin aire dentro y lo calentamos metiéndolo en agua
caliente? Si te interesa la práctica pídele a tu profesor que te ayude a preparar el guión y el
montaje de la práctica). Ten cuidado y no la hagas tú solo, que el alcohol y la acetona
son muy inflamables.
¿Por qué es muy peligroso echar agua sobre aceite caliente? Si se prende fuego una sartén
con aceite, ¿se debe apagar con agua?
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