ACTIVIDAD EXPERIMENTAL

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1 ACTIVIDAD EXPERIMENTAL LOS MÁS FUERTES? Reactividad de algunos metales en agua y en medio ácido INTRODUCCIÓN Cuando escuchas hablar del mundo metálico, qué viene a tu mente?, hierro, cobre, plata, zinc o aluminio? Estos son algunos elementos que debido a sus propiedades, comúnmente son empleados tanto en el hogar como en materiales para la construcción. Por ejemplo, el hierro se utiliza para hacer bloques que se usan en la ingeniería, el aluminio para hacer escaleras y ventanas, el cobre para tubos y alambres, el titanio para aeroplanos, etc. Al Si das un vistazo a tu alrededor, cuántos objetos están construidos con metales?, qué metales son?, desde cuándo la humanidad ha utilizado los metales? Al estudiar los inicios de cualquier civilización observarás que los metales están presentes en utensilios, ornamentos, joyería, ductos, etc. Muchos de los objetos metálicos que usas en casa, sobre todo los que a menudo deben estar en contacto con el agua, tales como la pileta de la cocina, las cubetas y el tambor de la lavadora se hacen de acero inoxidable, que es un tipo de acero que no precisa protección. Podrías explicarte por qué los cuchillos y los cubiertos se fabrican de acero inoxidable? oro Aunque los metales son muy comunes, algunos no se pueden emplear como materiales en estructuras, ni se encuentran libres en la naturaleza debido a su alta reactividad. El uso y las aplicaciones de los metales dependen de sus características físicas y químicas. Al La gran mayoría de los metales no se encuentran libres en la naturaleza, estos se obtienen a partir de ciertos minerales, los compuestos que constituyen los metales requieren de ser tratados químicamente para obtenerlos en forma elemental. El procesamiento a gran escala de los minerales metálicos para obtener los metales libres recibe el nombre de metalurgia.

2 EXPERIMENTO A. REACTIVIDAD DE LOS METALES CON EL AGUA OBJETIVOS Observar, identificar y manipular en forma adecuada algunos elementos metálicos. Conocer algunas propiedades de los metales. Conocer y observar la reactividad de ciertos metales en agua. PROBLEMA A RESOLVER Cuál es la reactividad de los elementos metálicos en el agua: litio, sodio, potasio, magnesio, calcio, aluminio, cobre, zinc, estaño y plomo? Establece el orden de actividad de los metales y escribe las reacciones químicas. ACTIVIDADES PREVIAS 1. Reúnete con tus compañeros de equipo y reflexiona Por qué es útil conocer la reactividad de estos elementos metálicos en el agua? 2. Elabora un diagrama de flujo con las operaciones sucesivas que se van a desarrollar durante el transcurso de la actividad experimental. 3. Selecciona muestras pequeñas de los diferentes metales a utilizar. 4. Plantea las reacciones involucradas en la actividad experimental (consulta los acordeones). 5. Investiga cuál es la manera adecuada de almacenar los metales: litio, sodio y potasio? DISEÑO EXPERIMENTAL MATERIAL SUSTANCIAS 4 vasos de precipitados de 50 ml Agua ( H 2 O ) 4 vidrios de reloj para tapar los vasos Trozos pequeños de: litio (Li), sodio 1 microplaca de 12 pozos (Na), potasio (K), calcio (Ca), 2 pipetas Beral 1 espátula magnesio (Mg), aluminio (Al), cobre (Cu), zinc (Zn), estaño (Sn) y plomo (Pb)

3 PROCEDIMIENTO 1. Observa las características físicas de cada elemento químico y regístralas en la tabla No Llena los 4 vasos de precipitado con agua hasta la mitad de su capacidad y cúbrelos con un vidrio de reloj. 3. Utilizando una espátula, coloca un pequeño trozo de litio metálico dentro de uno de los vasos de precipitado con agua y vuelve a cubrir con el vidrio de reloj. Registra tus observaciones en la tabla No Repite la instrucción anterior, empleando un pequeño trozo de sodio, potasio y calcio. Registra tus observaciones en la tabla No Qué puedes concluir acerca del comportamiento de estos elementos en agua? Podrías establecer un orden de reactividad? PRECAUCIÓN! Trabajar en la campana de extracción 6. Utilizando la microplaca, coloca en cada uno de los pozos pequeños trozos de: magnesio, aluminio, zinc, cobre, estaño y plomo. Con una pipeta Beral agrega agua a cada uno de los pozos utilizados. Anota tus observaciones en la tabla No.1. Qué puedes concluir acerca del comportamiento de estos elementos en agua?

4 REGISTRO DE OBSERVACIONES, DATOS, RESULTADOS Y EVIDENCIAS EXPERIMENTALES. Tabla 1: Propiedades físicas y reactividad de los metales. Metal (sustancia) Litio Símbolo químico Características Físicas Reactividad en agua si no Reacción química Gas desprendido (fórmula) Sodio Potasio Calcio Magnesio Aluminio Cobre Cinc Estaño Plomo GUÍA DE DISCUSIÓN 1. Escribe las ecuaciones químicas balanceadas para cada una de las reacciones efectuadas en la actividad experimental. 2. Qué predicción podrías hacer en cuanto al comportamiento del metal hierro al hacerlo reaccionar con agua? Realízalo experimentalmente. 3. Reúnete con tus compañeros y consulten en la bibliografía las características físicas y propiedades de los elementos metálicos. 4. Analiza los resultados de la actividad experimental y compara con lo esperado de acuerdo a las propiedades de los elementos metálicos. 5. Cuál de los metales fue el más reactivo? Justifica tu respuesta. 6. Piensa en alguna aleación y reflexiona sobre su posible comportamiento en agua. Coméntalo con tus compañeros de equipo. 7. Investiga de qué material están hechos los tubos que llevan el agua hasta tu casa. Podrían ser de hierro? Justifica tu respuesta.

5 EXPERIMENTO B. REACTIVIDAD DE LOS METALES EN MEDIO ÁCIDO OBJETIVOS Observar, identificar y manipular en forma adecuada algunos elementos metálicos. Conocer algunas de sus propiedades. Conocer y observar la reactividad en medio ácido de ciertos metales. PROBLEMA A RESOLVER Cuál es la reactividad, en medio ácido, de los metales: magnesio, aluminio, cobre, zinc, estaño y plomo? ACTIVIDADES PREVIAS Pb 1. Reúnete con tus compañeros de equipo y reflexiona por qué es útil conocer la reactividad en medio ácido de algunos elementos metálicos? 2. Elabora un diagrama de flujo con las operaciones sucesivas que se van a desarrollar durante el transcurso de la actividad experimental. 3. Consigue muestras pequeñas de los diferentes metales a utilizar. 4. Escribe las reacciones involucradas en la actividad experimental (consulta los acordeones). DISEÑO EXPERIMENTAL MATERIAL SUSTANCIAS 6 tubos de ensayo Ácido clorhídrico (HCl) diluido (1:1) 1 gradilla Vinagre comercial (de alcohol de caña) 2 vasos de precipitado de 50 ml Pequeños trozos de metales: zinc, 2 pipetas Beral aluminio, magnesio, cobre, estaño y plomo.

6 PROCEDIMIENTO 1. En un vaso de precipitado coloca el ácido clorhídrico diluido (1:1) y en el otro el vinagre comercial. Etiquétalos correctamente. 2. Coloca los 6 tubos de ensayo en la gradilla, en cada uno de ellos introduce un pequeño trozo de cada uno de los metales, a continuación, con la pipeta Beral agrega 1 o 2 ml de ácido clorhídrico diluido a cada tubo uno a uno y observa con detenimiento lo que sucede y registra tus datos en la tabla No. 2. PRECAUCIÓN! Trabajar en la campana de extracción y cuidar de no aspirar los gases desprendidos PRECAUCIÓN! El HCl es corrosivo y causa severas quemaduras 3. Repite todo el procedimiento sustituyendo el ácido clorhídrico diluido por vinagre comercial (de alcohol de caña). Anota tus observaciones en la tabla No. 2.

7 REGISTRO DE OBSERVACIONES, DATOS, RESULTADOS Y EVIDENCIAS EXPERIMENTALES. Tabla 2: Reactividad de los metales en medio ácido. Sustancia Magnesio Reactividad en HCl (1:1) Reacción que se efectúa Reactividad en vinagre Reacción que se efectúa Cinc Cobre Aluminio Estaño Plomo GUÍA DE DISCUSIÓN Trabajando en equipo y consultando bibliografía: 1. Escribe las ecuaciones químicas balanceadas para cada una de las reacciones efectuadas en la actividad experimental. 2. Qué predicción podrías hacer en cuanto al comportamiento del metal hierro al hacerlo reaccionar en medio ácido? Escribe la reacción posible. 3. Reúnete con tus compañeros y consulten en la bibliografía las características físicas y propiedades de los elementos metálicos. 4. Analicen los resultados de la actividad experimental y comparen con lo esperado de acuerdo con sus propiedades. 5. Cuál de los metales fue el más reactivo? Justifica tu respuesta. 6. Piensa en alguna aleación y reflexiona sobre su posible comportamiento en medio ácido. Coméntalo con tus compañeros de equipo. 7. Es posible que el vinagre de caña que utilizamos para aderezar las ensaladas reaccione con metales como el cobre y el zinc? Justifica tu respuesta.

8 8. De qué material está hecho el recipiente que se utiliza en tu casa como ensaladera? podría ser de zinc? Justifica tu respuesta. EL MUNDO DE LA QUÍMICA Y TÚ Relación Ciencia, Tecnología, Sociedad y Ambiente (CTS-A) METAL A PARTIR DEL MAR i El magnesio es un valioso metal ligero que se utiliza como material estructural y también en aleaciones, en baterías y en síntesis química. Aunque el magnesio es abundante en la corteza terrestre, es más barato explotarlo del agua de mar. El magnesio constituye el segundo catión más abundante del mar (después del sodio); hay alrededor de 1.3 g de magnesio por kilogramo de agua de mar. El proceso para obtener magnesio del agua de mar utiliza tres tipos de reacciones: de precipitación, ácido base y redox. En la primera etapa de recuperación de magnesio, la piedra caliza (CaCO 3 ) se calienta a temperaturas elevadas para formar cal viva u óxido de calcio (CaO): CaCO 3(s) CaO (s) + CO 2(g) Cuando el óxido de calcio se trata con agua de mar forma hidróxido de calcio Ca(OH) 2, un compuesto ligeramente soluble que se ioniza para formar iones Ca 2+ y OH - : CaO (s) + H 2 O (l) Ca 2+ (ac) + 2OH - (ac) El exceso de iones hidróxido ocasiona que se precipite el hidróxido de magnesio, un compuesto mucho menos soluble: Mg 2+ (ac) + 2OH - (ac) Mg(OH) 2(s) El hidróxido de magnesio sólido se filtra y se hace reaccionar con ácido clorhídrico para formar cloruro de magnesio (MgCl 2 ): Mg(OH) 2(s) + 2HCl (ac) MgCl 2(ac) + 2H 2 O (l) Después de evaporar el agua, el cloruro de magnesio sólido se funde en una celda de acero. El cloruro de magnesio fundido contiene iones Mg 2+ así como iones Cl -. Las semireacciones son: Mg e - Mg (s) 2Cl - Cl 2(g) + 2e - La reacción global es: MgCl 2(ac) Mg (s) + Cl 2(g) i Tomado de: Chang, R. y Collage, W. (2003). Química (7ª ed.), Mc Graw Hill, México, 140.

9 Esta es la forma en que se produce el magnesio metálico. El cloro gaseoso generado se puede convertir en ácido clorhídrico y reciclarse en el proceso. OBTENCIÓN INDUSTRIAL DEL MAGNESIO, A PARTIR DEL AGUA DE MAR, Y SUS PRINCIPALES REACCIONES ii Agua de mar (0 4% MgCl 2) MgCO 3 Ca(OH) 2 calor MgO ácidos Mg 2+ (sales) Mg(OH) 2 MgO HCl O 2 o vapor MgCl 2 (anhidro) C + Cl 2 Cl 2 MgCl 2 electrólisis Mg ácidos Mg 2+ (sales) N 2 Ácidos fuertes Mg 2+ (sales) + H 2 NH 3 H 2O Mg 3 N 2 ii Tomado de: Mosqueira, S.( 2004). Introducción a la química y el ambiente, Publicaciones Cultural, México. PALABRAS CLAVE PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UN MAPA CONCEPTUAL Para relacionar los conocimientos logrados a través de esta actividad experimental, construye un mapa conceptual con los siguientes conceptos químicos:

10 Reactividad química Aleación Elemento (metal) Agua Ácido clorhídrico Óxido no metálico Ecuación química Reacción de reducción Hidróxidos Óxidos No metal Reacción química Óxido metálico Reacción química Reacción de oxidación MANEJO Y DISPOSICION DE LOS RESIDUOS GENERADOS Los desechos que se producen en la actividad experimental deben recolectarse en recipientes previamente etiquetados, para su posterior tratamiento. Los residuos de las diferentes reacciones químicas que se llevan a cabo se pueden diluir con suficiente cantidad de agua y desecharlos por el drenaje. A todas las disoluciones ácidas, agregar agua hasta neutralizar, desechar por la tarja con suficiente agua. Residuos Nota: los residuos metálicos, se lavan con agua y se secan con papel absorbente para su posterior utilización. NO arrojarlos a la tarja. ACORDEÓN No. 1 Los metales alcalinos reaccionan violentamente con el agua, para formar el hidróxido correspondiente y liberar hidrógeno. Ejemplo: Li (s) + H 2 O (l) LiOH (ac) + H 2 El metal alcalino térreo calcio (Ca) se comporta de manera semejante. No. 2 El magnesio con agua a temperatura ambiente (20 C) reacciona muy lentamente, a una temperatura de 100 C se acelera la reacción. No. 3 Los metales aluminio, zinc, cobre, estaño y plomo no presentan reacción aparente con el agua. El hierro reacciona lentamente con el agua para formar el óxido férrico (herrumbre) Fe 2 O 3(s) No. 4 Los metales: hierro, aluminio, zinc y magnesio reaccionan fácilmente en ácido clorhídrico diluido formando los cloruros correspondientes y desprendiendo hidrógeno.

11 Ejemplo: Zn (s) + 2HCl (dil) 2Al (s) + 6 HCl (dil) ZnCl 2 + H 2 2 ALCl 3 + 3H 2 No. 5 El cobre no es atacado por ácido clorhídrico diluido, solamente por ácido clorhídrico concentrado y caliente, también por ácido nítrico y sulfúrico. Cu (s) + 2HCl(conc) calor CuCl 2 (ac) + H 2 (g) No. 6 El estaño se disuelve lentamente en ácido clorhídrico diluido, formando el cloruro correspondiente y desprendiendo hidrógeno. Sn (s) + 2HCl (dil) SnCl 2 (ac) + H 2 El estaño se disuelve fácilmente en ácidos concentrados y calientes. No. 7 El plomo presenta poca acción con al ácido clorhídrico diluido debido a la formación de películas protectoras de cloruro de plomo. Reacciona fácilmente en ácido nítrico concentrado y diluido en caliente. Pb (s) + 2HNO 3 (dil) calor Pb(NO 3 ) 2 (ac) + H 2 (g) REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Chang, R. y Collage, W. (2003). Química (7ª ed.), Mc Graw Hill, México. 2. Garritz, A., Chamizo, J.A. (2001). Tú y la Química, Pearson Educación de México, S.A. de C. V., México. 3. Mosqueira, S. (2004.). Introducción a la química y el ambiente, Publicaciones Cultural, México. 4. Phillips, Strozak, Wistrom. (2000). Química, conceptos y aplicaciones, McGraw Hill, México.