Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas CAMBIOS DE ESTADO

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1 Introducción: CAMBIOS DE ESTADO Miguel Ángel Bueno Juan I. E.S. SERRA PERENXISA Torrente 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: 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. 1

2 Material y recursos necesarios: 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: 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. 2

3 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. 3

4 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. 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 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? 4

5 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 en el enlace: n_red.html Otros enlaces que pueden ser muy clarificadores para entender los cambios de estado a nivel atómico son: indice.htm 5

6 Análisis de las respuestas de los alumnos: 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? 6

7 Análisis de la práctica presentada por el profesor: El simple hecho de ir al laboratorio ya fue motivante y atractivo para los alumnos. 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: 7

8 OBSERVACIÓN DE LOS CAMBIOS DE ESTADO DEL AGUA Objetivos 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 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. 8

9 Tiempo necesario Una sesión de clase. Procedimiento Datos 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. 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. 9

10 Realiza la gráfica Temperatura tiempo. Indica el estado del agua en cada tramo de la gráfica. 10

11 QUÉ HAY DENTRO DEL VASO AGUA O AIRE? Objetivos 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 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? 11

12 Tiempo necesario Una sesión de clase. Procedimiento 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? 12

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