Cambio químico, ácidos, bases y neutralización

Aprendizajes a desarrollar:Los y las estudiantes:

- Distinguen entre cambios químicos y físicos.- Caracterizar un cambio químico- Conocer algunas propiedades de ácidos y bases- Experimentar con ácidos y bases para neutralizarlos- Caracterizar la neutralización como un cambio químico

Unidad de aprendizaje: “Cambio y conservación en procesos que involucran reacciones químicas”

Nivel de enseñanza al que apunta: NB6 (Octavo Básico)

1. Contexto pedagógico

En una guía anterior (“Mezclas, disoluciones y cambio químico”), publicada en la página web de Profisica (www.profisica.cl) se trabajo sobre la siguiente base: Las definiciones de los procesos químicos no sólo se deben realizar a la luz de la experiencia concreta, sino que surgir desde ella. Se habla en este sentido de definiciones “operacionales” basadas en los hechos, para diferenciarlas de las definiciones “teóricas”, más generales y abstractas y por lo mismo más difíciles de comprender y manejar por parte de los estudiantes. El foco de esta guía de trabajo es introducir desde lo fenomenológico algunos elementos asociados al estudio de ácidos y bases, así como el proceso de neutralización.

Tabla: pH de algunos líquidos comunespHjugos gástricos 2,0limones 2,3vinagre 2,9refrescos 3,0vino 3,5naranjas 3,5tomates 4,2lluvia ácida 5,6orina humana 6,0leche de vaca 6,4saliva (reposo) 6,6agua pura 7,0 (neutro)saliva (al comer) 7,2sangre humana 7,4huevos frescos 7,8agua de mar 8,0disolución saturada  de bicarbonato de sodio

8,4

pasta de dientes 9,9amoníaco casero 11,5limpiavidrios 12

2. Preparación de la actividad

2.1. Tiempo para realizar estas secuencia de actividades1 clase (2 horas pedagógicas) para el desarrollo de esta actividad,

2.2. Materiales

Por cada equipo de trabajo: Jugo de limón Jugo de tomate (debe ser jugo de tomate y no salsa de tomate o tomate molido) Vinagre de vino blanco o vinagre de manzana Bicarbonato de sodio Jugo de Piña Agua salada Pasta de dientes Limpiavidrios Una cubetera Agua Una jeringa o un gotario Un palito de helado Paño de cocina o papel absorvente

2.3. Antes de comenzar:- La preparación de esta actividad requerirá de tiempo. Evalúe pedir la colaboración de

algunos estudiantes en esta preparación. Deberá establecer también de que forma los estudiantes accederán a las sustancias. Existen dos grandes opciones: Establecer un centro de recursos del que cada grupo saque el líquido que va a necesitar, o preparar un set de trabajo para cada grupo. Tome esta decisión en función de la autonomía en el trabajo de los estudiantes y de sus posibilidades reales de tiempo de preparación de la actividad.

- En ambos casos deberá preparar lo siguiente:a. Solución saturada de bicarbonato: Disuelva una cucharada de bicarbonato en una

taza de agua caliente. Revuelva hasta disolver lo más posible y deje enfriarb. Pasta de dientes: Agregue unas cucharadas de agua a la pasta de dientes para que

se comporte como un líquidoc. Indicador (Jugo de repollo): Tome dos hojas de repollo morado y córtelas en trozos

pequeños. Con un mortero o cuchara macháquelos para que boten el jugo (se puede moler en la juguera). Eche el repollo machacado en una olla con una taza de agua hirviendo y déjelo hervir por unos 5 minutos. Retire del fuego y cuélelo. Deje enfriar.

- Si trabaja con un centro de recursos:a. Disponga todos los líquidos que se utilizaran en frascos separados y rotulados con el

nombre y el número correspondiente de cada líquido (en función de la tabla que usarán para registrar las observaciones y predicciones).

b. Numere los espacios de las cubeteras, de uno a once.c. Disponga cucharas pequeñas para que, al momento de la actividad, los estudiantes

echen los líquidos en los espacios correspondientes de sus cubeteras. Puede ser conveniente disponer de un centro de recurso al frente de la sala y uno al final de la sala para acelerar el proceso. Pida a los estudiantes que no usen la misma cucharita para sacar diferentes líquidos.

d. Disponga de un par de recipientes para botar los líquidos y lavar las cubeteras al final de la actividad.

3. Desarrollo de la actividad

3.1. Focalización

- Inicie esta lección tomando la idea de cambios químicos y cambios físicos (en la guía “Mezclas, disoluciones y cambio químico” se trabaja este tema). Pida a los estudiantes que propongan definiciones o características para una reacción química. Registre las ideas en un papelógrafo o en la pizarra.

- En un tubo de ensayo (o en un frasco de vidrio con tapa) eche unos cuantos ml de agua, lo suficiente para que el curso pueda ver la demostración. En otro frasco eche la misma cantidad de jugo de limón.

- Pida a los estudiantes que predigan que ocurrirá si en cada frasco echamos unas gotas de jugo de repollo morado. Muestre la jeringa que contiene el jugo de repollo morado (al que llamaremos de aquí en adelante “el indicador”) para que el curso la vea. Pídales que registren sus predicciones en sus cuaderno o guía (una propuesta de guía para multicopiar se adjunta al final de este documento)

- Pida a algunos alumnos que compartan sus predicciones. Trate de hacer participar a los estudiantes que normalmente no participen, pídales que lean sus predicciones.

- Eche un par de gotas de indicador en el frasco con agua y muestre el frasco a los estudiantes. Agite el frasco para mezclar bien. Pida que anoten en su guía o cuaderno lo observado.

- Eche dos gotas de indicador en el jugo de limón. Deje un momento el frasco sin revolver, para que los estudiantes vean lo ocurrido. Luego, agite el frasco y vuelva a mostrarlo. Los estudiantes deben registrar sus observaciones. Recuérdeles en este sentido que cuando quieran consultar sus apuntes si no registran las observaciones no podrán distinguir las predicciones de las observaciones, ni tampoco usar esos apuntes para futuras observaciones.

3.2. Exploración

Primera parte: Reacciones distintas pero parecidas

- Los estudiantes realizarán ahora un estudio de las reacciones químicas que ocurren entre el indicador y diversas sustancias. Destaque el hecho de que el cambio de color (como ellos ya se habrán dado cuenta) es un indicador de una reacción química.

- Cada grupo recibirá una cubetera para realizar las pruebas. Las cubeteras deben estar numeradas del 1 al 11, para recordar el contenido de cada “cubo”. Antes de proceder con la primera parte de las actividades los estudiantes deben completar las predicciones de lo que ocurrirá para cada uno de los líquidos cuando se le agregue el indicador, completándolas en una tabla como la que se propone.

Líquido Predicción Observación

1. Jugo de limón2. Jugo de tomate3. Jugo de Piña 4. Limpiavidrios5. Pasta de dientes6. Agua salada7. Vinagre de vino8. Bicarbonato de sodio9. 10.11. Agua

- El número 11 es fundamental. Es lo que denominamos un “control”, que es lo que nos indica lo que pasa si no ocurre ninguna reacción. Es un punto de comparación para las observaciones. Los cubos 9 y 10 se usaran para la segunda parte de la actividad

- Existen dos grandes opciones: al mezclarse el indicador con el líquido adquirirá un tono rojo o un tono azulado. En el caso del limpiavidrios (con un PH cercano a 12) Adquirirá un tono verde muy fuerte, así como en el caso del jugo de limón (con un PH cercano a 2,3) adquirirá un color rojo fuerte. El resto de los líquidos tomaran un color en esta gama de colores (rojo suave, morado claro, azul claro, azul oscuro, verde) Los estudiantes descubrirán este hecho por si mismos, así que deje que formulen sus predicciones libremente.

- Aunque la precisión en la cantidad de cada líquido no es indispensable, debe cautelarse que las cantidades sean similares, para que no pueda pensarse que la mayor cantidad de líquido incide en su reacción (una cucharadita por cada cubo)

- Entregue los materiales a cada grupo, o disponga un centro de recursos en la sala para que sean los propios estudiantes los que retiren el material.

- En cada espacio de la cubetera deben echar una cucharadita de líquido. Para hacer la prueba necesitarán echar cuatro gotas de indicador en el líquido, esperar un momento y luego revolver. Los estudiantes deberán revolver el líquido con una cucharita plástica o palo de helado y luego secarlo con un paño o papel absorbente, antes de mezclar otro líquido.

- Es probable que los estudiantes terminen rápido esta parte. Los resultados muchas veces los sorprenden y siguen rápidamente con todos los líquidos. Es central que registren sus resultados, porque deberán utilizarlos en el resto de la actividad.

- Una vez terminadas las pruebas, los estudiantes deberán agrupar los elementos en dos grupos que tuvieron un comportamiento “común”. El criterio será definido por ellos (aunque claramente el color adquirido será un criterio bastante llamativo).

- Pídale a un par de grupos que compartan como agruparon los líquidos. Pida al resto del curso que comente la clasificación hecha.

Segunda Parte: Uno más uno…

- En esta parte la necesidad de un control es vital, pues se trata de comparar reacciones.

- Pregunte al curso que cree que ocurrirá si se mezclan dos líquidos de distinto grupo y luego se les somete al indicador. Como ejemplo, pregunte que ocurrirá si mezclamos partes iguales de vinagre y bicarbonato. Indíqueles que registren sus predicciones en su cuaderno o guía

- Registre las predicciones en la pizarra.

- Para poder comparar necesitarán algo contra que comparar. Concuerde un procedimiento con el curso para establecer si hubo cambio en las propiedades de los líquidos al mezclarlos. Esto implica compararlos con lo que ocurriría con cada uno de los líquidos por separado y, adicionalmente, compararlo con lo que ocurre con el control (el agua). Concuerde el procedimiento y cópielo en la pizarra. Pida a los estudiantes que lo registren en sus cuadernos o guías.

- Los estudiantes deberán elegir una pareja de líquidos, con un líquido de un tipo y un líquido de otro tipo. Además deben hacer la prueba con vinagre y bicarbonato. Pida a los estudiantes que completen en su cuaderno o guía sus predicciones en la siguiente tabla:

Líquido 1 Liquido 2 Predicción Observación

- Recuérdeles que deben usar la misma medida de cada líquido para hacer la prueba, y que registren sus observaciones en la misma tabla que utilizaron

3.3. Reflexión

- Conduzca una rueda de preguntas para recoger los resultados de la última experiencia. Para ello le proponemos las siguientes preguntas

o El comportamiento de los líquidos mezclados ¿es diferente al de cada uno de los líquidos por separado?

o ¿Logran contrarrestarse entre sí los efectos de cada uno?o Al mezclarlo ¿ocurrió una reacción química? ¿Cómo pueden afirmarlo?o Si quisiéramos “neutralizar” al jugo de limón con bicarbonato, ¿cómo se podría

hacer? ¿Cuánto bicarbonato se necesitaría?- Revise la lista de líquidos que están junto al jugo de limón. Puede anotar junto a ellos

algunos compuestos destacados:o Jugo de tomate: Contiene ácido cítricoo Jugo de limón: Contiene ácido cítricoo Vinagre: Contiene ácido acéticoo Jugo de piña: Contiene ácido cítrico.

- Haga notar a los estudiantes que todos los líquidos de esta lista contienen algún tipo de ácido, y que todos reaccionan de la misma manera con el indicador

- Por otro lado, tienen líquidos que reaccionan de una manera diferente con el indicador. A esos líquidos se les denomina “bases” o “alcalí” (compuestos básicos o alcalinos), y que sus propiedades son opuestas a las de los ácidos.

- Haga notar además que al mezclar un compuesto ácido con un compuesto básico se produce una reacción de neutralización, que produce gas y libera energía

- Para cerrar el tema, pida que completen que en sus guías hagan un resumen de lo que han aprendido en esta clase.

- Puede complementar este trabajo con una lectura silenciosa de un fragmento del libro de texto.

3.4. Aplicación

Plantee a los estudiantes algunas preguntas para que apliquen su conocimiento. Le sugerimos las siguientes:

- La sal de fruta efervescente se usa para combatir la acidez estomacal. o ¿Qué tipo de componentes crees tú que tiene la sal efervescente?o ¿por qué crees tú que efervesce?o Una vez que la sal de fruta dejó de efervescer, ¿qué tipo de líquido es el líquido

resultante, es un compuesto básico o un compuesto ácido?

Reacciones químicas con jugo de repollo

Materiales

Jugo de limón Jugo de tomate (debe ser jugo de tomate y no salsa de tomate o tomate molido) Vinagre de vino blanco o vinagre de manzana Bicarbonato de sodio Jugo de Piña Agua salada Pasta de dientes Limpiavidrios Una cubetera Agua Una jeringa o un gotario Un palito de helado

Desarrollo de la actividad

1. Focalización

- ¿Qué características tiene una reacción química? Es decir ¿Qué ocurre cuando ocurre una reacción química?

- ¿Qué diferencias hay entre un cambio químico y un cambio físico?

- ¿Qué crees que ocurrirá al echar un par de gotas de jugo de repollo morado (al que llamaremos “el indicador”) en el agua? ¿y qué ocurrirá al echarlas en el jugo de limón? Escribe y justifica tu predicción

- Observa el experimento que hará tu profesor ¿Qué ocurrió? Registra tus observaciones.

2. Exploración

Primera parte: Reacciones distintas pero parecidas

- Estudiaremos ahora una serie de reacciones químicas que pueden ocurrir entre el indicador y diversas sustancias.

- Tu grupo recibirá una cubetera numerada de uno a 11. Cada número representa un líquido. Deberás preocuparte de poner cada líquido en su correspondiente casillero

- En cada “cubo” de la cubetera echaremos una cucharadita de cada líquido.

- Completa tus predicciones ¿Qué crees que ocurrirá si echamos cuatro gotas de indicador en cada uno de los líquidos de la cubetera? Completa tus predicciones en la siguiente tabla

Líquido Predicción Observación1. Jugo de limón

2. Jugo de tomate

3. Jugo de Piña

4. Limpiavidrios

5. Pasta de dientes

6. Agua salada

7. Vinagre de vino

8. Bicarbonato de sodio

11. Agua

- Echa cuatro gotas de indicador en cada cubo. Espera un momento y luego revuelve el líquido con un palo de helado. Limpia y seca con un paño el palito de helado antes de revolver otro líquido. Registra todas tus observaciones en la tabla.

- Agrupa los líquidos (escribe un listado) de los que tuvieron un comportamiento similar ¿qué es lo similar en cada uno de los grupos que armaste?

Segunda Parte: Uno más uno…

- ¿Qué crees que ocurrirá si mezclamos dos líquidos de distinto grupo?

- ¿Qué crees que ocurrirá con la mezcla si le aplicamos el indicador?

- ¿Cómo podremos saber si hubo cambios en las propiedades de cada líquido? Registra el procedimiento concordado por el curso para esta experiencia.

- Deberán elegir una pareja de líquidos distintos para hacer la prueba, además de hacerla con vinagre y bicarbonato. Completen en la siguiente tabla los líquidos elegidos y sus predicciones de lo que ocurrirá

Líquido 1 Liquido 2 Predicción ObservaciónVinagre Bicarbonato

- Echen una cucharada de cada líquido en los cubos. Observen lo que ocurre. Mezclen con el palito de helado antes de poner cuatro gotas del indicador. Comparen el color que adquiere con los colores de los líquidos originales. Registren sus observaciones

- Agreguen una cucharada más de bicarbonato a la mezcla de bicarbonato con vinagre ¿qué ocurre?

- Agreguen una tercera cucharada de bicarbonato ¿Qué ocurre? ¿Qué color adquiere? ¿Al color de qué liquido se parece más?

3. Reflexión- El comportamiento de los líquidos mezclados ¿es diferente al de cada uno de los

líquidos por separado?

- ¿Logran contrarrestarse entre sí los efectos de cada uno?

- Al mezclarlo ¿ocurrió una reacción química? ¿Cómo pueden afirmarlo?

- Si quisiéramos “neutralizar” al jugo de limón con bicarbonato, ¿cómo se podría hacer? ¿Cuánto bicarbonato se necesitaría?

- Escribe un resumen con los conceptos e ideas más importantes aprendidos durante esta clase.

4. Aplicación

- Observa la siguientes tablas, que muestra el pH de diferentes sustancias

pHjugos gástricos 2,0limones 2,3vinagre 2,9refrescos 3,0vino 3,5naranjas 3,5tomates 4,2lluvia ácida 5,6orina humana 6,0leche de vaca 6,4saliva (reposo) 6,6

pH  agua pura 7,0 (neutro)saliva (al comer) 7,2sangre humana 7,4huevos frescos 7,8agua de mar 8,0disolución saturada  de bicarbonato de sodio

8,4

pasta de dientes 9,9leche de magnesia 10,5amoníaco casero 11,5limpiavidrios 12

- ¿Cómo podrías relacionar el pH de cada líquido con el color que adquirió al aplicarle el indicador?

- La sal de fruta efervescente se usa para combatir la acidez estomacal. o ¿Qué tipo de componentes crees tú que tiene la sal efervescente?

o ¿Por qué crees tú que efervesce?

- Una vez que la sal de fruta dejó de efervescer, ¿qué tipo de líquido es el líquido resultante, es un compuesto básico o un compuesto ácido?