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QUÍMICA IB

1º-2º DE BACHILLERATO

Versión 3, febrero de 2011

Víctor M. Jiménez

Doctor en Químicas

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Índice

Índice...........................................................................................................................................3Histórico de cambios...................................................................................................................5Requisitos....................................................................................................................................6Evaluación interna......................................................................................................................6Criterios de evaluación...............................................................................................................6

Diseño.................................................................................................................................7Aspecto 1: definición del problema y selección de variables.........................................7Aspecto 2: control de las variables.................................................................................8Aspecto 3: desarrollo de un método de obtención de datos............................................8

Obtención y procesamiento de datos..................................................................................8Aspecto 1: registro de datos brutos.................................................................................9Aspecto 2: procesamiento de datos brutos......................................................................9Aspecto 3: presentación de los datos procesados...........................................................9

Conclusión y evaluación...................................................................................................10Aspecto 1: formulación de conclusiones......................................................................10Aspecto 2: evaluación de los procedimientos...............................................................11Aspecto 3: mejora de la investigación..........................................................................11

Técnicas de manipulación.................................................................................................11Aspecto 1: cumplimiento de las instrucciones..............................................................12Aspecto 2: aplicación de las técnicas............................................................................12Aspecto 3: seguridad en el trabajo................................................................................12

Aptitudes personales.........................................................................................................12Checklist...........................................................................................................................13

Programación............................................................................................................................14Año 1 (NM).......................................................................................................................14Año 2 (NS)........................................................................................................................15

Plan de trabajos experimentales................................................................................................17Técnicas experimentales involucradas en el plan de trabajos experimentales.........................19

NM01: Determinación del volumen molar de un gas.......................................................22NM02: Determinación de la fórmula empírica del óxido de magnesio............................23NM03: Determinación de la fórmula de un hidrato..........................................................24NM04: Determinación del contenido en calcio de la leche..............................................25NM05: Determinación del cero absoluto mediante la ley de Charles..............................27NM06: Purificación de ácido benzoico por recristalización.............................................28NM07: Determinación de la constante crioscópica del ciclohexano................................29NM08: Investigación sobre factores que afectan a la solubilidad de sales.......................30NM09: Introducción a la química computacional............................................................31NM10: Investigación sobre la variación de propiedades físico-químicas de sustancias en función de su enlace..........................................................................................................32NM11: Investigación sobre la viscosidad de un líquido...................................................33NM12: Comprobación experimental de la ley de Hess....................................................34NM13: Estudio cinético de la saponificación del acetato de etilo....................................35NM14: Determinación de la constante de acidez del ácido acético..................................36NM15: Determinación de hierro en comprimidos............................................................37NM16: Investigación sobre factores que afectan al voltaje de una pila electroquímica...39NM17: Investigación sobre la variación de alguna propiedad en una serie homóloga (no está permitido usar el punto de ebullición).......................................................................40

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NM18: Investigación sobre factores que afectan a la cinética de la reacción de adición electrófila..........................................................................................................................41NM19: Investigación sobre factores que afectan a la reacción de esterificación.............42NM20: Síntesis de aspirina...............................................................................................43NM21: Estudio de la cinética de descomposición del cristal violeta................................44NM22: Estudio de la cinética de descomposición del tiosulfato sódico...........................46NS01: Determinación de la entalpía de combustión.........................................................47NS02: Investigación sobre factores que afectan a la energía liberada por la combustión de combustibles líquidos...................................................................................................49NS03: Determinación de la entalpía y entropía de fusión................................................50NS04: Determinación del contenido en alcohol de un vino comercial.............................51NS05: Determinación de la constante de reparto del yodo en ciclohexano y agua..........53NS06: Determinación de la concentración de acético en un vinagre comercial...............55NS07: Investigación sobre factores que afectan a la velocidad de electrodepósito de un metal..................................................................................................................................56NS08: Determinación de la fórmula de un compuesto a partir de datos espectroscópicos...........................................................................................................................................57NS09: Investigación sobre factores que afectan a la retención en la cromatografía en capa fina....................................................................................................................................58NS10: Comprobación experimental de la ley de Lambert-Beer.......................................59NS11: Síntesis de dibenzalacetona...................................................................................61NS12: Investigación sobre factores que afectan a la cinética de la reacción de sustitución electrofílica aromática.......................................................................................................62

Posibles temas para monografías..............................................................................................63Posibles temas para proyecto grupo 4 (PG4)............................................................................64Posibilidades para CAS.............................................................................................................64Bibliografía básica de consulta.................................................................................................64

Para TdC...........................................................................................................................65Profundización y Monografía...........................................................................................65

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Histórico de cambios

Versión

Fecha Páginas afectadas Cambios realizados

1 X-092 VII-10 5

17-59Introducción histórico de cambiosRevisión de errores detectados en el laboratorio

3 II-11 44- Adición de prácticas NM21 y NM22

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Requisitos

La Química IB se impartirá a nivel superior (NS), lo que implica el siguiente modelo curricular:

Teoría: 180 hTemas troncales 80 hTemas adicionales NS 55 hOpciones 44 h

Actividades prácticas: 60 hTrabajos prácticos 50 hProyecto del Grupo 4 10 h

El Proyecto de Grupo 4 debería programarse de manera coordinada hacia al final del primer año del programa. De esa forma, y tomando como base 35 semanas para el primer curso y 20 para el segundo quedarían 220 h de teoría (140+80) y 55 h de actividades prácticas (35+20).

En cuanto a materiales necesarios, se usará el libro de Green y Damji, junto a otros textos específicamente diseñados para este programa

Evaluación interna

Representa un 24 % de la nota final, y consiste en la realización de un programa de actividades prácticas y un proyecto interdisciplinario, diseñados de modo que cubran todos los criterios de evaluación que luego se describen. Los trabajos son evaluados por el Profesor y moderados por IBO. La puntuación máxima alcanzable es 6.

Criterios de evaluaciónPara evaluar el trabajo experimental de los alumnos se utilizarán cinco criterios de

evaluación, aplicables en función del tipo de trabajo de que se trate, según consta en cada uno de ellos:

Diseño: D Obtención y procesamiento de datos: OPD Conclusión y evaluación: CE Técnicas de manipulación: TM Aptitudes personales: AP

Cada uno de los tres primeros criterios, Diseño (D), Obtención y procesamiento de datos (OPD) y Conclusión y evaluación (CE), se evalúa dos veces.

El criterio Técnicas de manipulación (TM) se evalúa de forma sumativa a lo largo del curso y la evaluación debe basarse en un amplio conjunto de técnicas de manipulación.

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El criterio Aptitudes personales (AP) se evalúa una sola vez, durante el proyecto del Grupo 4.

Cada uno de los criterios se puede desglosar en tres aspectos según los descriptores que luego se indican, cada uno de ellos evaluable de 0 a 2, con lo cual, se puede obtener de 0 a 6 como calificación en cada criterio. En cada aspecto de cada criterio, se asignan 2 puntos al nivel de logro “completamente”, 1 punto al nivel “parcialmente” y 0 puntos al nivel “no alcanzado”.

La puntuación máxima para cada criterio es 6 (correspondiente a tres niveles de logro “completamente”).

D × 2 = 12OPD × 2 = 12CE × 2 = 12TM × 1 = 6AP × 1 = 6

Se obtiene así una puntuación total sobre un máximo de 48 puntos.

Las puntuaciones para cada criterio se suman para determinar la nota final (sobre un total de 48) del componente de evaluación interna. Posteriormente, esta nota es transformada en IBCA para obtener el total sobre el 24%.

Diseño

Niveles/puntos

Aspecto 1 Aspecto 2 Aspecto 3

Definición del problema y selección de variables

Control de las variables

Desarrollo de un método de obtención

de datos

Completamente/2

Enuncia un problema o pregunta de investigación concretos e identifica las variables pertinentes.

Diseña un método que permite controlar eficazmente las variables.

Desarrolla un método que permite obtener datos pertinentes y suficientes.

Parcialmente/1

Enuncia un problema o una pregunta de investigación de forma incompleta o sólo identifica algunas de las variables pertinentes.

Diseña un método que permite controlar, en cierta medida, las variables.

Desarrolla un método que permite obtener datos pertinentes pero no suficientes.

No alcanzado/0 No enuncia un problema o una pregunta de investigación ni identifica variables pertinentes.

Diseña un método que no permite controlar las variables.

Desarrolla un método que no permite obtener datos pertinentes.

Aspecto 1: definición del problema y selección de variables

Las investigaciones son problemas abiertos que comprenden varias variables independientes entre las que el alumno debe elegir una que resulte adecuada para su trabajo práctico. Aunque el profesor puede establecer el objetivo general de la investigación, los alumnos deben identificar el problema o la pregunta de investigación concretos. Con

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frecuencia, los alumnos modificarán para ello el objetivo general proporcionado e indicarán la variable o variables elegidas para su investigación.

El alumno no puede limitarse a formular de nuevo la pregunta de investigación propuesta por el profesor.

Las variables son factores que pueden medirse y controlarse. Las variables independientes son las que se manipulan y el resultado de esta manipulación permite medir la variable dependiente. Una variable controlada es aquella que debe mantenerse constante para no influir en el efecto de la variable independiente sobre la variable dependiente.

El alumno debe indicar claramente qué variables son dependientes (medidas), independientes (manipuladas) y controladas (constantes). Son variables pertinentes aquellas que cabe esperar razonablemente que afecten al resultado.

Aspecto 2: control de las variablesLa expresión “control de variables” se refiere a la manipulación de la variable

independiente y al intento de mantener las variables controladas en un valor constante. El método debe mencionar de forma explícita cómo se logra el control de las variables. Si no es posible en la práctica el control de la variable o variables, es preciso intentar observarlas de algún modo.

Puede utilizarse una técnica de medición estándar como parte de un trabajo de investigación de alcance más amplio, pero la técnica de medición no debe ser el objeto de la investigación. Si se utiliza una técnica de medición estándar debe proporcionarse la referencia correspondiente.

Aspecto 3: desarrollo de un método de obtención de datosLa definición de “datos pertinentes y suficientes” depende del contexto. El trabajo

práctico planificado debe prever la obtención de datos suficientes para abordar adecuadamente el objetivo o la pregunta de investigación y para poder evaluar la fiabilidad de los datos.

Obtención y procesamiento de datos

Niveles/puntosAspecto 1 Aspecto 2 Aspecto 3

Registro de datos brutos Procesamiento de datos brutos

Presentación de los datos procesados

Completamente/2

Registra los datos brutos apropiados, tanto los cuantitativos como los cualitativos asociados, e incluye unidades de medida y márgenes de incertidumbre en los casos pertinentes.

Procesa los datos brutos cuantitativos correctamente.

Presenta los datos procesados de forma apropiada y, en caso pertinente, incluye los errores e incertidumbres.

Parcialmente/1

Registra los datos brutos apropiados, tanto los cuantitativos como los cualitativos asociados, pero con algunos errores u omisiones.

Procesa los datos brutos cuantitativos, pero con algunos errores u omisiones.

Presenta los datos procesados de forma apropiada, pero con algunos errores u omisiones.

No alcanzado/0 No registra datos brutos cuantitativos apropiados o los datos brutos son

No procesa los datos brutos cuantitativos o comete errores

Presenta los datos procesados de forma inapropiada o

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incomprensibles. graves al procesarlos. incomprensible.

Lo ideal es que los alumnos trabajen en la obtención de datos por su cuenta.Cuando la obtención de datos se realiza en grupos, el registro y procesamiento de los

mismos debe hacerse de forma independiente si va a evaluarse este criterio. El registro de datos por grupos o por el conjunto de la clase sólo es adecuado si el método utilizado para compartir los datos no sugiere a los alumnos un formato de presentación.

Aspecto 1: registro de datos brutosLos datos brutos son los datos obtenidos directamente por medición. Pueden incluir

datos cualitativos asociados. Se permite la conversión de datos brutos escritos a mano a formato electrónico. El término "datos cuantitativos" se refiere a las mediciones numéricas de las variables asociadas a la investigación. Se consideran datos cualitativos asociados aquellas observaciones que pueden mejorar la interpretación de los resultados.

Todos los datos brutos llevan asociadas incertidumbres y siempre debe intentarse cuantificarlas. En las tablas de datos cuantitativos, debe anotarse claramente en cada columna un encabezado, las unidades y una indicación de la incertidumbre de la medición. La incertidumbre no debe coincidir necesariamente con la precisión del instrumento de medición utilizado que declara el fabricante. La incertidumbre de los datos y el número de cifras significativas utilizadas en los mismos deben ser coherentes. Esto vale para todos los instrumentos de medición, por ejemplo, medidores digitales, cronómetros y otros instrumentos. El número de cifras significativas debe reflejar la precisión de la medición.

No deben existir variaciones en la precisión de los datos brutos. Por ejemplo, debe utilizarse siempre el mismo número de decimales. El grado de precisión de los datos derivados del procesamiento de datos brutos (por ejemplo, las medias) debe ser el mismo que el de los datos brutos.

Se espera que el alumno registre el grado de precisión a partir del momento en el que se hace cargo de la manipulación. Por ejemplo, no se espera que los alumnos indiquen el grado de precisión en la concentración de una disolución que hayan elaborado otros para ellos.

Aspecto 2: procesamiento de datos brutosEl procesamiento de datos conlleva, por ejemplo, la combinación y manipulación de

los datos brutos (como su suma, resta, potenciación, división) para determinar el valor de una magnitud física, así como tomar la media de varias mediciones y transformar los datos en una forma adecuada para su representación gráfica. Puede darse el caso de que los datos estén ya en una forma adecuada para su representación gráfica, si los datos brutos se representan de este modo, se dibuja una línea de ajuste óptimo a los puntos y se determina su pendiente, los datos brutos han sido procesados. La representación gráfica de datos brutos (sin obtención de una línea de ajuste) no constituye procesamiento de los datos.

El registro y el procesamiento de datos pueden mostrarse en una única tabla siempre que se distingan claramente los datos brutos de los procesados.

Aspecto 3: presentación de los datos procesadosCuando se procesan datos, también deben tenerse en cuenta las incertidumbres

asociadas a los mismos. Si los datos se combinan y manipulan para determinar el valor de una magnitud física, deben propagarse las incertidumbres de los datos. El cálculo de la diferencia, en forma de porcentaje, entre el valor medido y el valor indicado en la bibliografía no constituye un análisis de errores.

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Se espera que los alumnos elijan por sí mismos un formato de presentación adecuado (por ejemplo, una hoja de cálculo, una tabla, una gráfica, un diagrama, un diagrama de flujo, etc.). Los cálculos, tablas o gráficas deben llevar rótulos claros e inequívocos. Las gráficas deben tener escalas apropiadas, sus ejes deben estar rotulados con indicación de las unidades y los puntos deben estar representados de forma exacta con una línea o curva de ajuste óptimo adecuada (no un diagrama de dispersión con líneas que conecten los puntos entre sí). Los alumnos deben presentar los datos de tal forma que sea posible seguir todas las etapas hasta llegar al resultado final. Las cantidades finales calculadas deben expresarse en unidades del sistema métrico o SI y deben expresarse con el número correcto de cifras significativas. Para el tratamiento de las incertidumbres en el análisis gráfico es preciso determinar las líneas de ajuste óptimo apropiadas.

Para el cumplimiento completo del aspecto 3 no se exige que los alumnos dibujen las líneas de ajuste máximo y mínimo a los puntos, que incluyan las barras de error ni que combinen los errores mediante cálculos de medias cuadráticas. Aunque no se espera la representación mediante barras de los errores asociados a cada punto (por ejemplo, error estándar), las barras de error son una forma perfectamente aceptable de expresar el grado de incertidumbre de los datos.

Para cumplir por completo el aspecto 3, los alumnos deben incluir un tratamiento de las incertidumbres y errores junto con sus datos procesados.

Conclusión y evaluación


Formulación de conclusiones

Evaluación de los procedimientos

Mejora de la investigación

Completamente/2

Enuncia una conclusión y la justifica, basándose en una interpretación razonable de los datos.

Evalúa los puntos débiles y las limitaciones.

Propone mejoras realistas en relación con las limitaciones y puntos débiles señalados.

Parcialmente/1

Enuncia una conclusión basándose en una interpretación razonable de los datos.

Señala algunos puntos débiles y limitaciones, pero no los evalúa o su evaluación es deficiente.

Sólo propone mejoras superficiales.

No alcanzado/0

No enuncia ninguna conclusión o la conclusión se basa en una interpretación de los datos que no es razonable.

Señala puntos débiles y limitaciones que no son pertinentes.

Propone mejoras que no son realistas.

Aspecto 1: formulación de conclusiones

Las conclusiones que se basan en los datos son aceptables incluso si contradicen aparentemente teorías aceptadas. No obstante, la conclusión debe tener en cuenta los posibles errores e incertidumbres sistemáticos o aleatorios. Debe compararse una estimación porcentual del error del resultado con el error aleatorio total estimado derivado de la propagación de las incertidumbres.

Para justificar su conclusión, los alumnos deben discutir si se produjeron errores sistemáticos u otros errores aleatorios. En caso de existir errores sistemáticos, debe apreciarse en qué sentido afectan al resultado. El análisis podría incluir la comparación entre diferentes

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gráficas o la descripción de las tendencias que muestran las gráficas. La explicación debe incluir observaciones, tendencias o pautas reveladas por los datos.

Cuando midan el valor ya conocido y aceptado de una magnitud física, los alumnos deben extraer una conclusión sobre su confianza en el resultado experimental que han obtenido, comparándolo con el valor reflejado en el libro de texto o en otras publicaciones. Deben proporcionarse las referencias completas de la bibliografía consultada.

Aspecto 2: evaluación de los procedimientosDeben comentarse el diseño y el método de la investigación, así como la calidad de los

datos. Además de enumerar los puntos débiles de la investigación, el alumno debe apreciar su importancia. En este sentido, son pertinentes las observaciones acerca de la precisión y la exactitud de las mediciones. En su evaluación del método utilizado, el alumno debe analizar específicamente los procedimientos, el uso de equipos y la organización del tiempo.

Aspecto 3: mejora de la investigaciónLas sugerencias de mejoras deben basarse en los puntos débiles y las limitaciones

señaladas en el aspecto 2. Aquí pueden plantearse modificaciones de las técnicas experimentales y de la gama de datos obtenidos. Las modificaciones deben abordar cuestiones relativas a la precisión, la exactitud y la reproducibilidad de los resultados. Los alumnos deben sugerir formas de reducir los errores aleatorios, de eliminar los errores sistemáticos o de lograr un mayor control de las variables. Las modificaciones propuestas deben ser realistas y deben especificarse claramente. No es suficiente afirmar, en términos generales, que deben utilizarse instrumentos más precisos.

Técnicas de manipulaciónEste criterio debe evaluarse de forma sumativa.


Cumplimiento de las instrucciones*

Aplicación de las técnicas

Seguridad en el trabajo

Completamente/2

Sigue las instrucciones con precisión y se adapta a nuevas circunstancias, buscando ayuda cuando la necesita.

Utiliza diversas técnicas y equipos de forma competente y metódica.

Presta atención a las cuestiones de seguridad.

Parcialmente/1 Sigue las instrucciones pero necesita ayuda.

Utiliza diversas técnicas y equipos de forma, por lo general, competente y metódica.

Por lo general, presta atención a las cuestiones de seguridad.

No alcanzado/0 Pocas veces sigue las instrucciones o necesita supervisión constante.

Utiliza diversas técnicas y equipos, pero pocas veces lo hace de forma competente y metódica.

Pocas veces presta atención a las cuestiones de seguridad.

* Las instrucciones pueden presentarse en diferentes formas: instrucciones orales, protocolos de trabajo escritos, diagramas, fotografías, videos, organigramas, cintas de audio, modelos, programas informáticos, etc. No siempre las facilitará el profesor.

Aspecto 1: cumplimiento de las instruccionesEl grado de ayuda requerido para montar el equipo, el orden en la realización de los

procedimientos y la capacidad de seguir instrucciones correctamente son indicios de las

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habilidades manipulativas del alumno. La utilización de técnicas seguras de trabajo debe ser evidente en todos los aspectos de las actividades prácticas.

Aspecto 2: aplicación de las técnicasSe espera que los alumnos realicen una variedad de trabajos prácticos diferentes

durante el curso que les permitan exponerse a diversas situaciones de tipo experimental.

Aspecto 3: seguridad en el trabajoDebe evaluarse la actitud del alumno con respecto a la seguridad durante los trabajos

prácticos en el laboratorio o de campo.

Aptitudes personalesEste criterio solo se evalúa en el proyecto del Grupo 4.


Motivación propia y perseverancia

Trabajo en equipo Reflexión personal

Completamente/2

Aborda el proyecto con motivación propia y continúa hasta concluirlo.

Colabora y se comunica con sus compañeros de grupo y tiene en cuenta las opiniones de los demás.

Muestra un conocimiento profundo de sus propios puntos fuertes y puntos débiles y reflexiona profundamente sobre su experiencia de aprendizaje.

Parcialmente/1 Concluye el proyecto pero a veces carece de motivación propia.

Intercambia algunas opiniones, pero requiere orientación para poder colaborar con otros.

Muestra un conocimiento limitado de sus propios puntos fuertes y puntos débiles y reflexiona en cierta medida sobre su experiencia de aprendizaje.

No alcanzado/0 Carece de perseverancia y motivación.

Nunca o casi nunca intenta colaborar con sus compañeros de grupo.

Muestra desconocimiento de sus propios puntos fuertes y puntos débiles y no reflexiona sobre su experiencia de aprendizaje.

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Checklist

Diseño He enunciado un problema o pregunta de investigación concreto He identificado la variable independiente He identificado la variable dependiente He identificado las variables controladas He especificado cómo voy a lograr controlar las variables controladas o, si no es

posible controlarla, he indicado cómo voy a seguir su evolución a lo largo de la investigación

He desarrollado un método que permite obtener datos pertinentes a la investigación He desarrollado un método que permite obtener suficientes datos (5) He indicado los aparatos necesarios para desarrollar el método

Obtención y Proceso de Datos He registrado los datos brutos cuantitativos (los datos numéricos obtenidos

directamente en el laboratorio) He indicado la incertidumbre de los datos brutos cuantitativos He verificado la coherencia entre los datos y sus incertidumbres (cifras significativas) He indicado las unidades de los datos brutos cuantitativos Todos los datos brutos poseen la misma precisión He registrado los datos brutos cualitativos (otra información valiosa y pertinente no

numérica obtenida directamente en el laboratorio) He procesado los datos brutos correctamente He puesto un ejemplo del procesado de datos He realizado la propagación de errores Presento adecuadamente los datos procesados tanto en cifras significativas como en

error Las gráficas tienen título y sus ejes indican la variable y sus unidades Los puntos ocupan toda la gráfica He dibujado una recta (o curva) de mejor ajuste He determinado los parámetros de la función ajustada junto a su error Todas las unidades son del SI

Conclusión y Evaluación He enunciado una conclusión y la justifico, basándome en los datos He tenido en cuenta la posibilidad de errores sistemáticos y aleatorios en los valores

obtenidos y he analizado su influencia Si procede, he comparado el resultado con el valor esperado, obtenido de la

bibliografía y he evaluado la bondad del valor obtenido He evaluado los puntos débiles y la limitaciones de la experiencia, especialmente lo

referido a la precisión y exactitud de las mediciones He analizado específicamente los procedimientos, el uso de equipos y la organización

del tiempo He propuesta mejoras realistas en relación con los puntos débiles propuestos

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ProgramaciónTdC: Conexiones con Teoría del Conocimiento

PI: Perspectiva Internacional

Año 1 (NM)Tema 0. Formulación y nomenclatura inorgánica.

Tema 11. Mediciones y procesamiento de datos. Incertidumbre y error en las mediciones. Incertidumbres de los resultados. Técnicas gráficas. TdC: utilidad de las gráficas para proporcionar interpretaciones convincentes de la realidad.

Tema 1. Química cuantitativa. Introducción. El método científico. Materiales. Símbolos y fórmulas. Leyes ponderales y volumétricas. Modelo atómico de Dalton. Teoría de Avogadro. Número de Avogadro. Mol. Estequiometría. Concentración. Gases perfectos. TdC: la asignación de números a las masas de los elementos químicos permitió que la química se desarrollara como ciencia exacta y pudiera expresar las relaciones entre los reactivos y los productos en términos matemáticos. TdC: la química maneja escalas enormemente diferentes entre sí. La magnitud del número de Avogadro supera la escala de nuestra experiencia diaria. TdC: ¿en qué casos son necesarios los símbolos de estado físico para facilitar la comprensión y cuándo son superfluos? TdC: podría discutirse la distinción entre las escalas Celsius y Kelvin, como ejemplos de escalas artificial y natural. PI: El papel de la IUPAC en la armonización del lenguaje químico.

Tema 2NM. Estructura del átomo. Introducción. El descubrimiento de las partículas elementales. Número atómico. Ley de Moseley. Isótopos. Modelo atómico de Rutherford. Espectros atómicos y niveles energéticos. Configuraciones electrónicas (Z<21). TdC: ¿qué repercusión tiene el modelo del átomo en los diferentes campos de conocimiento? ¿Los modelos y teorías formulados por los científicos son descripciones exactas de la naturaleza o son principalmente interpretaciones útiles para predecir, explicar y controlar la naturaleza? TdC: ninguna de las partículas atómicas puede (ni podrá) ser observada directamente. ¿Qué formas de conocimiento utilizamos para interpretar los datos indirectos obtenidos mediante el uso de la tecnología? ¿Sabemos que existen o lo creemos? TdC: la espectroscopía infrarroja e ultravioleta dependen de la tecnología para su percepción. ¿Qué consecuencias tiene esto para el conocimiento? TdC: la representación de un átomo produce una imagen de un mundo invisible. ¿Qué formas de conocimiento nos permiten acceder al mundo microscópico? PI: Cronología de la evolución de las ideas sobre la estructura interna de la materia.

Tema 3NM. Periodicidad. Sistema periódico. Configuraciones electrónicas (Z<21). Propiedades periódicas. TdC: los primeros descubridores de los elementos lograron grandes avances en la química utilizando aparatos rudimentarios, a menudo derivados de los utilizados en la pseudociencia de la alquimia. Podría discutirse el trabajo de Lavoisier con el oxígeno, que invalidó la teoría del flogisto sobre el calor, como ejemplo de cambio de paradigma. TdC: podría destacarse la capacidad predictiva de la tabla periódica de Mendeléyev, un ejemplo de científico que asume riesgos. PI: La historia de la clasificación de los elementos.

Tema 4NM. Enlace químico. Introducción. Enlace iónico. Enlace covalente. Estructuras de Lewis. Enlaces múltiples. Polaridad del enlace. Teoría de la repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia (VSEPR). C y SiO2. Enlace metálico. Enlaces intermoleculares: Puentes de hidrógeno y fuerzas de Van der Walls. Relación enlace-propiedades.

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Tema 5NM. Energía de las reacciones químicas. Sistemas, variables y funciones de estado. Entalpía de reacción. Ley de Hess. Entalpía de enlace. TdC: ¿qué criterios aplicamos para juzgar si las discrepancias entre los valores experimentales y los teóricos se deben a limitaciones del experimento o a las suposiciones teóricas planteadas? TdC: este ejemplo de la conservación de la energía es ilustrativo de la unificación de ideas de diferentes disciplinas científicas.

Tema 6NM. Cinética química. Velocidad de reacción. Métodos experimentales. Constante de velocidad. Ecuación de Arrhenius. Factores que afectan a la velocidad de reacción. Teoría de las colisiones. Catalizadores. TdC: debe hacerse hincapié en la naturaleza empírica del tema. Los resultados experimentales pueden apoyar la teoría pero no demostrarla.

Tema 7NM. Equilibrio químico. Equilibrio dinámico. Constante de equilibrio. Factores que afectan al equilibrio. Ley de Le Chatelier.

Tema 8NM. Reacciones de transferencia de protones. Teoría de Arrhenius. Teoría de Brönsted-Lowry. Fuerza de los ácidos. pH. Indicadores. TdC: discuta las ventajas de utilizar diferentes teorías para explicar el mismo fenómeno. ¿Qué relación hay entre profundidad y sencillez? TdC: podría discutirse la distinción entre las escalas artificial y natural.

Tema 9NM. Reacciones de transferencia de electrones. Número de oxidación. Concepto de oxidación y reducción. Ajuste de reacciones redox por el método del ión-electrón. Series de reactividad. Pilas electroquímicas. Electrolisis. Aplicaciones de la electrolisis. TdC: ¿los números de oxidación son “reales”? TdC: la química ha desarrollado un lenguaje sistemático que ha hecho obsoletos los nombres anteriores. ¿Qué ventajas e inconvenientes ha tenido este proceso?

Tema 10NM. Química orgánica. Historia de la química orgánica. Grupos funcionales. Serie homóloga. Isomería. Alcanos. Alquenos. Alquinos. Alcoholes. Haluros de alquilo. TdC: la utilización de las diferentes fórmulas ilustra el valor de los diferentes modelos con diferentes grados de detalle. TdC: esto podría discutirse como ejemplo del uso del lenguaje químico como instrumento para clasificar y distinguir entre estructuras diferentes.

Tema 18NM. Química orgánica. Adición electrófila. Adición nucleófila. Eliminación. Adición-eliminación. Arenos. Organometálicos. Acidez-basicidad. TdC: la utilización de las diferentes fórmulas ilustra el valor de los diferentes modelos con diferentes grados de detalle. TdC: esto podría discutirse como ejemplo del uso del lenguaje químico como instrumento para clasificar y distinguir entre estructuras diferentes.

Tema 12NM. Química analítica moderna. Técnicas analíticas. Principios de espectroscopía. Espectroscopía infrarroja. Espectrometría de masas. Espectroscopía de resonancia magnética nuclear. Espectroscopía de absorción atómica. Cromatografía. TdC: el espectro electromagnético transporta información cuya naturaleza está limitada por su longitud de onda. PI: El uso de instalaciones internacionales para la realización de medidas.

Año 2 (NS)Tema 2NS. Estructura atómica. Teoría cuántica de Planck. Efecto fotoeléctrico.

Espectros atómicos. Modelo atómico de Bohr. Dualidad onda-partícula. Principio de incertidumbre. Modelo cuántico del átomo. Orbitales. Números cuánticos. Principio de exclusión de Pauli. Configuraciones electrónicas. TdC: ¿qué formas de conocimiento

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utilizamos para interpretar los datos indirectos? ¿Sabemos que existen los niveles de energía o lo creemos? TdC: el desmoronamiento de los conceptos clásicos de posición y momento es otro ejemplo de las limitaciones de la experiencia cotidiana. La necesidad de aplicar una visión probabilística en la escala atómica pone de manifiesto que el conocimiento humano es, en último término, limitado. PI: Cronología de la evolución de las ideas sobre la estructura interna de la materia. PI: Las contribuciones de Alemania a la Mecánica Cuántica.

Tema 3NS. Periodicidad. Tendencias a lo largo de los periodos largos.

Tema 4NS. Enlace. Teoría de enlace por valencia (TEV). Orbitales híbridos. Teoría de la repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia (VSEPR). Teoría de orbitales moleculares (TOM). TdC: ¿la hibridación es un proceso real o un artificio matemático? TdC: Kekulé afirmó que la inspiración sobre la estructura cíclica del benceno le llegó en un sueño. ¿Qué función desempeñan las formas menos racionales de conocimiento en la adquisición de conocimientos científicos? ¿Qué distingue una hipótesis científica de una no científica: su origen o el modo de comprobar su validez?

Tema 5NS. Energía de las reacciones químicas. Entalpía de formación, de combustión y de reacción. Energía reticular. Ciclo de Born-Haber. Entropía. Espontaneidad.

Tema 6NS. Cinética. Ecuación de velocidad. Mecanismos de reacción. Ecuación de Arrhenius. TdC: la correspondencia entre la ecuación de velocidad y un mecanismo de reacción sugerido sólo demuestra que dicho mecanismo es posible. En cambio, la falta de correspondencia demuestra que el mecanismo no es válido.

Tema 7NS. Equilibrio. Equilibrio líquido-vapor: presión de vapor. Equilibrios heterogéneos: reacciones de precipitación.

Tema 8NS. Reacciones de transferencia de protones. Fuerza de los ácidos. pH. Reacciones de hidrólisis. Disoluciones amortiguadoras. Titulaciones ácido-base, indicadores.

Tema 9NS. Reacciones de transferencia de electrones. Potencial normal de oxidación. Potencial de una reacción redox. Pilas electroquímicas. Electrolisis. Leyes de Faraday.

Tema 10NS. Química orgánica. Sustitución nucleófila. Eliminación. Condensación. Estereoisiomería. TdC: la existencia de isómeros ópticos constituyó una prueba indirecta de la configuración tetraédrica de los enlaces del átomo de carbono. Éste es un ejemplo de la capacidad del razonamiento para lograr acceder a la escala molecular. ¿Sabemos que la configuración de los átomos de carbono es tetraédrica o lo creemos? También podría discutirse acerca del uso de convenciones para representar moléculas tridimensionales en dos dimensiones. TdC: podría discutirse la relación entre un mecanismo de reacción y los datos experimentales que lo justifican.

Tema 18NS. Química orgánica. Sustitución Adición-eliminación. Sustitución electrófila.

Tema 12NS. Química analítica moderna. Espectroscopía de luz ultravioleta-visible. Espectroscopía de resonancia magnética nuclear. Cromatografía.

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Plan de trabajos experimentales1

Clave Nombre del experimento/investigación/proyecto Tiempo est. (h) TIC Tema D OPD CE TM AP

NM01 Determinación del volumen molar de un gas 2 * 1.1 NM02 Determinación de la fórmula del óxido de magnesio 1 * 1.2 NM03 Determinación de la fórmula de un hidrato 1 * 1.2 NM04 Determinación del contenido en calcio de la leche 4 1.4 NM05 Determinación del cero absoluto por medio de la ley de Charles 1 2, 3 1.4 NM06 Purificación de ácido benzoico por recristalización 2 * 1.5 NM07 Determinación de la constante crioscópica del ciclohexano 2 * 2, 3 1.5 NM08 Investigación sobre factores que afectan a la solubilidad de las sales 4 * 2, 4 1.5, 4.5

NM09 Introducción a la química computacional 2 * 3, 4, 54.2, 14.1, 14.2, 14.3, A3, A5, A9

NM10 Investigación sobre la variación de propiedades físico-químicas de sustancias en función de su enlace 2 2, 4 4.5

NM11 Investigación sobre factores que afectan a la viscosidad de un líquido 4 * 4.5 NM12 Comprobación experimental de la ley de Hess 2 * 3 5.3 NM13 Estudio cinético de la saponificación del acetato de etilo 4 1, 2 6.1, 16.3 NM14 Determinación de la constante de acidez del ácido acético 2 2 8.3 NM15 Determinación del hierro en comprimidos 4 * 9.2

NM16 Investigación sobre factores que afectan al voltaje suministrado por una pila electroquímica 4 * 9.4, 9.5

NM17 Investigación sobre la variación de alguna propiedad en una serie homóloga (no está permitido usar el punto de ebullición) 4 * 2, 4 10.1

NM18 Investigación sobre factores que afectan a la cinética de la reacción de adición electrófila 4 G1

NM19 Investigación sobre factores que afectan a la reacción de esterificación 4 G8

1 El asterisco indica que al menos la mitad del grupo puede estar haciendo la práctica a la vez.

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Clave Nombre del experimento/investigación/proyecto Tiempo est. (h) TIC Tema D OPD CE TM AP

NM20 Síntesis de aspirina 1 * G8 NM21 Estudio de la cinética de descomposición del cristal violeta 2 1,2,3 6

Total de horas 54

NS01 Determinación de la entalpía de combustión 2 1 15.1

NS02 Investigación sobre factores que afectan a la energía liberada por la combustión de combustibles líquidos 2 15.1

NS03 Determinación del calor latente de fusión y de la entropía de fusión 1 15.3 NS04 Determinación del contenido en alcohol de un vino comercial 2 17.1 NS05 Determinación de la constante de reparto de yodo en dos disolventes 4 7.2, 17.2 NS06 Determinación de la concentración de acético de un vinagre comercial 2 * 18.4

NS07 Investigación sobre factores que afectan a la velocidad de electrodepósito de un metal 4 9.5, 19.2

NS08 Determinación de la estructura de un compuesto a partir de datos espectroscópicos 2 * 5 A3, A4, A5,

A9

NS09 Investigación sobre factores que afectan a la retención en la cromatografía en papel 4 A7, A10

NS10 Comprobación experimental de la ley de Lambert-Beer 2 2, 3 A8 NS11 Síntesis de dibenzalacetona 2 * G4, G9

NS12 Investigación sobre factores que afectan a la cinética de la reacción de sustitución electrofílica aromática 4 G10

Total de horas 31Proyecto del Grupo 4 10 1

TIC: 1-Adquisición automática de datos, 2-Programas de realización de gráficos, 3-Hoja de cálculo, 4-Base de datos, 5-Simulación/modelación por ordenador. Es obligatorio cubrir con el programa práctico elegido las cinco TICs anteriores.

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Técnicas experimentales involucradas en el plan de trabajos experimentales

Clave Nombre del experimento/investigación/proyecto TécnicasNM01 Determinación del volumen molar de un gas Lectura de volumenNM02 Determinación de la fórmula del óxido de magnesio PesadaNM03 Determinación de la fórmula de un hidrato Pesada

NM04 Determinación del contenido en calcio de la lecheGravimetría

Filtración a vacíoPesada

NM05 Determinación del cero absoluto por medio de la ley de Charles Lectura de volumenMedición de temperatura

NM06 Purificación de ácido benzoico por recristalización

RecristalizaciónFiltración por gravedad con filtro de

plieguesFiltración a vacío

Determinación de puntos de fusión con Thiele

Medición de temperaturaPesada

NM07 Determinación de la constante crioscópica del ciclohexano Preparación de disolucionesMedición de temperatura

NM08 Investigación sobre factores que afectan a la solubilidad de las salesNM09 Introducción a la química computacional

NM10 Investigación sobre la variación de propiedades físico-químicas de sustancias en función de su enlace

NM11 Investigación sobre factores que afectan a la viscosidad de un líquido

NM12 Comprobación experimental de la ley de HessPreparación de disoluciones

Uso de material aforadoMedición de temperatura

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Clave Nombre del experimento/investigación/proyecto Técnicas

NM13 Estudio cinético de la saponificación del acetato de etilo Preparación de disolucionesUso de material aforado

NM14 Determinación de la constante de acidez del ácido acético Preparación de disolucionesUso de material aforado

NM15 Determinación del hierro en comprimidos

Preparación de disolucionesUso de material aforado

Volumetría redox (permanganimetría)

NM16 Investigación sobre factores que afectan al voltaje suministrado por una pila electroquímica

NM17 Investigación sobre la variación de alguna propiedad en una serie homóloga (no está permitido usar el punto de ebullición)

NM18 Investigación sobre factores que afectan a la cinética de la reacción de adición electrófilaNM19 Investigación sobre factores que afectan a la reacción de esterificación

NM20 Síntesis de aspirina Filtración a vacíoPesada

NS01 Determinación de la entalpía de combustión Medición de temperaturaPesada

NS02 Investigación sobre factores que afectan a la energía liberada por la combustión de combustibles líquidos Medición de temperatura

NS03 Determinación del calor latente de fusión y de la entropía de fusión Medición de temperaturaPesada

NS04 Determinación del contenido en alcohol de un vino comercialLectura de volumen

DestilaciónUso de material aforado

NS05 Determinación de la constante de reparto de yodo en dos disolventesPreparación de disoluciones

Uso de material aforadoEspectrofotometría UV-VIS

NS06 Determinación de la concentración de acético de un vinagre comercialPreparación de disoluciones

Uso de material aforadoVolumetría ácido-base

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Clave Nombre del experimento/investigación/proyecto TécnicasNS07 Investigación sobre factores que afectan a la velocidad de electrodepósito de un metalNS08 Determinación de la estructura de un compuesto a partir de datos espectroscópicosNS09 Investigación sobre factores que afectan a la retención en la cromatografía en papel

NS10 Comprobación experimental de la ley de Lambert-BeerPreparación de disoluciones

Uso de material aforadoEspectrofotometría UV-VIS

NS11 Síntesis de dibenzalacetona

RecristalizaciónFiltración a vacío

Determinación de puntos de fusión con Thiele

Pesada

NS12 Investigación sobre factores que afectan a la cinética de la reacción de sustitución electrofílica aromática

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NM01: Determinación del volumen molar de un gas

Tiempo estimado: 2 h

Criterios evaluados: OPD y CE

Objetivo: Determinar el volumen molar del hidrógeno desprendido en una reacción química.

Materiales: Cinta de magnesioÁcido clorhídricoHilo de cobreProbeta de 100 mLTapón perforadoVaso de precipitados grande

Fundamento: El magnesio metálico reacciona con ácido clorhídrico desprendiendo hidrógeno, que se puede recoger con un dispositivo adecuado.

Método: Se corta una tira de 6 cm de longitud de cinta de magnesio. Si está oxidada se le quita el óxido con agua acidulada con clorhídrico y se pesa con precisión, la masa debe estar entre 60 y 90 mg. Se enrolla y se sujeta con un hilo de cobre.

Se prepara una trampa de agua con un vaso de precipitados grande lleno de agua, donde luego se invertirá la probeta. Por otra parte, se vierten en la probeta 15 mL de clorhídrico concentrado y luego se llena la probeta hasta el borde con agua vertiéndola lentamente para evitar que se mezcle rápidamente con el clorhídrico. Se mete en la parte superior de la probeta el magnesio, agarrándolo al borde con el tapón perforado, se tapa el orificio con un dedo y se invierte rápidamente sobre la trampa de agua, dejando que curse la reacción.

Una vez acabada, se igualan los niveles del agua dentro y fuera de la probeta y se toma la lectura del volumen de hidrógeno desprendido. Además, es preciso también anotar la temperatura y la presión ambientales.

Para calcular el volumen molar, hay que relacionar el volumen de hidrógeno medido sobre agua (hay que descontar la presión de vapor de ésta a la temperatura correspondiente) en las condiciones registradas con la cantidad de magnesio empleada en el experimento para finalmente expresarlo en litros por mol en condiciones normales.

Obtención y procesamiento de datos: Presenta los datos, tanto brutos como procesados en una tabla, junto a sus unidades e incertidumbres.

Conclusión y evaluación: Enuncia una conclusión derivada del análisis de los datos procesados y justifícala. Compara el valor obtenido con el tabulado. Evalúa el procedimiento experimental con especial énfasis en los puntos débiles y limitaciones del mismo. Propón mejoras al método.

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NM02: Determinación de la fórmula empírica del óxido de magnesio



Objetivo: Determinar la estequiometría del óxido de magnesio a partir de medidas de masa de magnesio antes y después de ser oxidado.

Materiales: Cinta de magnesioAgua destiladaCrisol con tapaMechero BunsenPinza con anilloTriángulo cerámico para crisolesPinzas Rejilla de amiantoBalanza

Fundamento: El óxido de magnesio se puede preparar a partir de la reacción del metal con oxígeno, reacción que libera gran cantidad de luz

2 Mg + O2 2 MgO

Método: Toma un crisol limpio y seco y colócalo en el triángulo sobre la anilla justo encima del Bunsen de modo que la llama le de por su parte más caliente. Coloca la tapa dejando una pequeña rendija para que el aire pueda entrar. Calienta el crisol durante unos 10 minutos, y luego apaga el mechero y déjalo enfriar unos 5 minutos más. Cuando se haya enfriado a temperatura ambiente, coge el crisol con las pinzas y pésalo en la balanza. Procura no tocar el crisol con las manos ni dejarlo sobre la mesa o se contaminará.

Toma 0.15-0.20 g de cinta de magnesio. Si está oxidada, límpiala con agua acidulada ligeramente con clorhídrico concentrado, enjuágala, sécala y pésala una vez esté limpia y seca. Coloca la cinta de magnesio en el crisol y éste en el triángulo y comienza a calentarlo. Tan pronto como el magnesio empiece a brillar tapa el crisol para que no escapen vapores. Periódicamente, levanta la tapa para verificar la marcha de la reacción y permitir que entre más oxígeno. Cuando la reacción haya concluido, quítalo del mechero y ponlo sobre una rejilla de amianto. Añade diez gotas de agua destilada y vuelve a calentar con el crisol ligeramente tapado hasta que el agua se haya evaporado por completo. Deja que se enfríe y pesa el crisol. Repite estos últimos pasos hasta constancia de peso. Calcula la estequiometría del óxido formado a partir de los datos obtenidos.


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NM03: Determinación de la fórmula de un hidrato



Objetivo: Determinar la fórmula molecular de un compuesto que contenga agua de cristalización.

Materiales: MorteroCápsula de cerámicaMechero BunsenPinza con anilloVarilla de vidrioTriángulo cerámico para crisolesPinzas BalanzaSulfato de cobre (II) hidratado

Fundamento: El sulfato de cobre (II) de color azul debe este color justamente a la presencia de agua de cristalización, de modo que su fórmula es más bien CuSO4·xH2O.

Método: Toma de 3 a 5 g de cristales de sulfato cúprico hidratado y muélelos en un mortero. Pesa la muestra antes de colocarla en la cápsula de porcelana, y ésta sobre le triángulo colocado sobre el anillo y el Bunsen. Enciende el mechero y aplica calor suavemente moviendo con cuidado con la varilla del vidrio los cristales hasta que todos hayan cambiado de color. Entonces, toma la cápsula con las pinzas, deja que se enfríe durante un par de minutos y pesa los cristales obtenidos. Repite el proceso varias veces para poder promediar los resultados.

Obtención y procesamiento de datos: Presenta los datos, tanto brutos como procesados en una tabla, junto a sus unidades e incertidumbres. Realiza unas gráficas que permitan establecer la validez de la ley de Charles y el cero absoluto. Acota el error de los valores obtenidos.


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NM04: Determinación del contenido en calcio de la leche


Criterios evaluados: CE

Objetivo: Aprender a realizar una gravimetría.

Materiales: Embudo de vidrioKitasato de 500 mLMatraces aforados de 100 mLPapel indicador de pHPapel de filtroPinzas termogravimétricasPipeta de 50 mLEmbudos con placa de vidrio filtrante del nº 4Probeta de 50 mLVasos de precipitados de 250 y 500 mLVidrio de reloj o pesasustanciasBaño termostáticoBaño de hieloDesecadorEstufaSistema de succión al vacíoAcido tricloroacéticoAmoníacoOxalato de sodio

Fundamento: El calcio disuelto en la leche puede separarse del resto de componentes y luego precipitarse como oxalato, que es poco soluble.

Método: Se toman 3 placas filtrantes de vidrio del nº 4, asegurándose que están bien limpias, se etiquetan y se guardan dentro de una estufa a 110 ºC durante unos 30 minutos. Transcurrido este tiempo, se sacan las placas cogiéndolas con una pinza termogravimétrica y se colocarán dentro de un desecador durante unos 20 minutos. A continuación, se procederá a la pesada de las 3 placas filtrantes en balanza analítica. Una vez obtenido el peso de éstas, se mantendrán en el desecador hasta su empleo.

Se toman alícuotas (3 veces) de la muestra de leche, de 50 mL, y se transfieren a vasos de precipitados de 500 mL Se adicionan 50 mL de ácido tricloroacético al 24 % (p/v) y se agita la disolución para separar el calcio del resto de los componentes de la leche. Se observa la aparición de 2 fases, una fase líquida, el suero, que contiene el calcio y otra fase con aspecto de sólido pastoso que contiene el resto de los constituyentes de la leche, fundamentalmente proteínas y grasas. La separación de ambas fases se realiza empleando un embudo de vidrio y filtro de pliegues, para aumentar la velocidad del filtrado. Se lava el precipitado con agua destilada, recogiéndose las aguas de lavado, junto con el filtrado en un vaso de precipitados de 500 mL.

Sobre el líquido procedente del filtrado anterior se adiciona agua destilada hasta completar, aproximadamente, la mitad del vaso de precipitados. Se introduce el vaso en un

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baño termostático con una temperatura comprendida entre 60-80 ºC. Se deja durante unos 15 minutos para que alcance la temperatura del baño y se adicionan 30 mL de disolución de Na2C2O4 0.1 M y, a continuación, se adiciona lentamente una disolución de amoníaco 2 M, observándose la aparición de un precipitado de color blanco. La adición de la disolución de amoníaco debe continuar hasta alcanzar un pH entre 8-9 (realice la comprobación con papel indicador de pH). Compruebe que ya no precipita más calcio, mediante la adición de 1 mL más de oxalato de sodio.

Se agita y se mantiene la disolución durante unos 30 minutos en el baño termostático, añadiendo, de vez en cuando, unos mililitros de la disolución de amoníaco 2 M (con objeto de reponer las pérdidas de NH3 como consecuencia de la evaporación; de esta manera mantenemos el pH entre 8-9). Transcurridos los 30 minutos de digestión del precipitado, se enfría la suspensión en un baño de hielo durante unos 15 minutos y se procede al filtrado mediante un sistema de succión a vacío muy suave, utilizando las placas filtrantes previamente pesadas. Se recoge todo el precipitado ayudándose con una varilla de vidrio. Se debe lavar con abundante agua destilada para eliminar posibles impurezas que acompañen al precipitado.

Una vez lavado el precipitado, se llevará la placa filtrante a una estufa a 110-120 ºC, con la ayuda de pinzas termogravimétricas y se secará el precipitado de CaC2O4.H2O obtenido durante, aproximadamente, 1 hora. Transcurrido dicho tiempo, se introducirá la placa filtrante en el desecador hasta que llegue a temperatura ambiente y se pesa. Una vez lavado el precipitado, se llevará la placa filtrante a una estufa a 110-120 ºC, con la ayuda de pinzas termogravimétricas y se secará el precipitado de CaC2O4·H2O obtenido durante, aproximadamente, 1 hora. Transcurrido dicho tiempo, se introducirá la placa filtrante en el desecador hasta que llegue a temperatura ambiente y se pesa.

Obtención y procesamiento de datos: Presenta los datos, tanto brutos como procesados junto a sus unidades e incertidumbres. Indica también cualquier otra información de contexto interesante. Calcula el porcentaje de calcio de la leche y estima su incertidumbre.

Conclusión y evaluación: Enuncia una conclusión derivada del análisis de los datos procesados y justifícala. Evalúa el procedimiento experimental con especial énfasis en los puntos débiles y limitaciones del mismo. Propón mejoras al procedimiento que permitan unos mejores resultados.

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NM05: Determinación del cero absoluto mediante la ley de Charles



Objetivo: Determinar el cero absoluto por extrapolación del comportamiento de un gas respecto a la ley de Charles, tomándolo como perfecto.

Materiales: Aparato para la demostración de la ley de CharlesMercurioVaso de precipitados grandeAguaTermómetroMechero

Fundamento: La ley de Charles establece que la presión ejercida por una cantidad de gas a volumen constante es proporcional a su temperatura:

donde P0 es la presión a 0 ºC, la temperatura está dada en grados Celsisus y =1/273. Operando en la expresión se puede llegar a

donde las temperaturas están dadas en Kelvin.

Método: La ampolla del aparato tiene un volumen de 273 mL, indicado por un índice de vidrio que está en el tubo. El tubo de goma debe rellenarse con mercurio, ajustando el nivel de éste para que el volumen de aire encerrado en la ampolla sea exactamente el mencionado antes. La ampolla de vidrio se introduce en un vaso con agua tan fría como sea posible, se ajusta el volumen subiendo o bajando el otro ramal de mercurio, y se toman tanto la temperatura del agua como la presión indicada por la diferencia de altura del mercurio entre ambas ramas. Se calienta el agua en un mechero unos grados y se repite la medida anterior hasta completar una colección de datos tan amplia como sea posible.

Obtención y procesamiento de datos: Presenta los datos, tanto brutos como procesados en una tabla, junto a sus unidades e incertidumbres. Realiza unas gráficas que permitan establecer la validez de la ley de Charles y el cero absoluto. Acota el error de los valores obtenidos.


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NM06: Purificación de ácido benzoico por recristalización



Objetivo: Aprender a purificar un compuesto por recristalización. Medir el punto de fusión de un compuesto.

Materiales: Mezcla 100:10:1 de ácido benzoico, carbón y azul de metilenoAgua destiladaEmbudo cónicoFiltro de plieguesKitasatosBüchnerTrompa de vacíoVaso de precipitados medianoBalanza

Fundamento: La recristalización se basa en la diferente solubilidad de las sustancias a diferentes temperaturas, y consiste básicamente en disolver en caliente en la mínima cantidad de disolvente, filtrar en caliente, dejar cristalizar lentamente, enfriar con hielo cuando esté a temperatura ambiente, volver a filtrar y secar el precipitado obtenido.

Método: Pesa en torno a 3.0 g de la mezcla de sustancias, y transfiere el sólido a un vaso de precipitados de 250 mL, añadiendo un trozo de plato poroso. Añade unos militros de agua y calienta la mezcla agitándola. Si es necesario, añade algo más de agua. Filtra en caliente con un filtro de pliegues y un embudo cónico, recogiendo el filtrado en otro vaso de precipitados, que se deja enfriar hasta temperatura ambiente y luego se introduce en un baño de hielo y se filtra a vacío. El precipitado se lava con un par de porciones de agua fría. Deja secar el precipitado al aire durante unos minutos primero y luego en la estufa, hasta peso constante.

Obtención y procesamiento de datos: Presenta los datos, tanto brutos como procesados junto a sus unidades e incertidumbres. Calcula el rendimiento de la recristalización.

Conclusión y evaluación: Enuncia una conclusión derivada del análisis de los datos procesados y justifícala. Compara el punto de fusión medido con el tabulado y con el de la naftalina comercial Evalúa el procedimiento experimental con especial énfasis en los puntos débiles y limitaciones del mismo. Propón mejoras al procedimiento que permitan unos mejores resultados.

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NM07: Determinación de la constante crioscópica del ciclohexano



Objetivo: Conocer la técnica de la crioscopía. Determinar la constante crioscópica del ciclohexano.

Materiales: Termómetro digital, que se puede usar como agitadorMezcla frigorífica (hielo picado + sal común)Ciclohexanop-diclorobencenoTubos de ensayo cortosVaso de precipitados

Fundamento: Todas las disoluciones congelan a una temperatura inferior que el disolvente puro. La diferencia de temperatura se denomina descenso crioscópico, y, para solutos no ionizables, es directamente proporcional a la concentración molal del soluto:

Siendo Kc la constante crioscópica molal del disolvente.

Método: Coloca unos 5 mL de ciclohexano puro en el interior del tubo de ensayo previamente tarado y pésalos. Enfríalo con mezcla de hielo picado y sal, registrando la temperatura de congelación en el instante en que se estabilice.

Funde el ciclohexano (calentando con las manos) y repite la experiencia, ahora previa disolución de unos 0.05 g de p-diclorobenceno. Se observará una disminución del punto de fusión respecto a la temperatura de fusión del ciclohexano puro. Repite las medidas añadiendo 0.05 g cada vez y volviendo a medir la correspondiente temperatura de congelación, hasta obtener no menos de siete datos.

Obtención y procesamiento de datos: Presenta los datos, tanto brutos como procesados en una tabla, junto a sus unidades e incertidumbres. Represéntalos gráficamente de modo que el análisis de esa recta permita obtener la constante crioscópica del ciclohexano.


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NM08: Investigación sobre factores que afectan a la solubilidad de sales


Criterios evaluados: D, OPD y CE

Objetivo: Desarrollar una investigación original.

Materiales: Elegidos por el alumno.

Fundamento: Las sales iónicas exhiben muy diferentes solubilidades dependiendo de la naturaleza de las mismas, habiéndolas muy solubles como el cloruro sódico y muy insolubles como el cloruro de plata.

Diseño: Piensa en algún factor que pueda influir sobre la solubilidad de las sales iónicas y establece un procedimiento experimental que permita encontrar esa influencia, indicando claramente las distintas variables implicadas (independiente, dependiente, controladas) y las formas en que se van a controlar y obtener sus valores de forma que resulten pertinentes y suficientes.

Obtención y procesamiento de datos: Presenta los datos, tanto brutos como procesados en una tabla, junto a sus unidades e incertidumbres. Realiza una gráfica que permita evaluar cuantitativamente el objetivo de la actividad. Acota el error de los valores obtenidos.

Conclusión y evaluación: Enuncia una conclusión derivada del análisis de los datos procesados y justifícala. Evalúa el procedimiento experimental con especial énfasis en los puntos débiles y limitaciones del mismo. Propón mejoras al método.

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NM09: Introducción a la química computacional



Objetivo: Verificar la fiabilidad de los modelos teóricos estudiados y de los cálculos de estructuras por ordenador mediante su comparación con datos reales experimentales.

Materiales: Ordenador con conexión a Internet y software de cálculo de estructuras

Fundamento: El desarrollo de los ordenadores y el incremento exponencial de su potencia y velocidad de cálculo ha hecho que cálculos antes reservados a grandes instituciones puedan realizarse hoy en día en un PC en relativamente poco tiempo. En esta actividad se usará Chem Office Ultra 2008 v11.

Método: Elije cuatro compuestos orgánicos que guarden alguna relación entre sí y que no sean demasiado grandes (no más de seis carbonos en total). Verifica antes de seguir que puedes encontrar en la base de datos sus datos estructurales, así como sus espectros de RMN e IR. En caso de que no aparezca alguno elije otro compuesto distinto.Guarda los ficheros de la base de datos correspondientes a tus compuestos en tu pen drive.Escribe la fórmula del primer compuesto en la ventana de diseño de ChemDraw; aparecerá automáticamente en la ventana 3D. Guarda el fichero en el pen drive. Selecciona Calculations->Gaussian Interfase->Minimize, y selecciona en la ventana que aparecerá las opciones por defecto. Pulsa Run y comenzará la optimización de la molécula. Dependiendo de la potencia del ordenador y de la complejidad de la molécula, el cálculo tardará más o menos. Cuando el cálculo haya concluido, selecciona Structure-> Measurements->Generate All Bond Lenghts y luego Structure- Measurements->Generate All Bond Angles. Copia los datos de la tabla en una hoja de cálculo para usarlos después. Selecciona ahora Calculations->Gaussian Interfase->Predict NMR Spectrum, y guarda los espectros generados, repite el proceso pero ahora para el espectro IR (Calculations->Gaussian Interfase->Predict IR Spectrum). Guarda el fichero correspondiente a la molécula calculada en tu pen drive. Repite lo anterior para los demás compuestos.

Base de datos: http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/cre_index.cgi?lang=eng

Conclusión y evaluación: Enuncia una conclusión derivada de la comparación de los datos obtenidos de la base de datos con los calculados por ordenador y con los modelos de enlace estudiados para los compuestos orgánicos. Evalúa el procedimiento experimental con especial énfasis en los puntos débiles y limitaciones del mismo. Propón mejoras al método.

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http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/cre_index.cgi?lang=eng

NM10: Investigación sobre la variación de propiedades físico-químicas de sustancias en función de su enlace



Objetivo: Realizar una investigación en bases de datos. Usar herramientas TIC en la organización y procesamiento de la información. Establecer la posible dependencia de alguna propiedad físico-química con respecto al enlace.

Fundamento: El enlace químico determina muchas propiedades físico-químicas de las sustancias, debido a la influencia que tiene sobre las interacciones entre las partículas que las componen.

Diseño: Piensa en alguna propiedad físico-química distinta al punto de fusión o ebullición sobre la que el enlace pueda influir y realiza una investigación bibliográfica que permita encontrar esa influencia, indicando claramente las distintas variables implicadas (independiente, dependiente, controladas) y las formas en que se van a controlar y obtener sus valores de forma que resulten pertinentes y suficientes.

Obtención y procesamiento de datos: Presenta los datos, tanto brutos como eventualmente procesados en una tabla, junto a sus unidades e incertidumbres. Represéntalos gráficamente si es pertinente.

Conclusión y evaluación: Enuncia una conclusión derivada del análisis de los datos procesados y justifícala. Evalúa el procedimiento con especial énfasis en los puntos débiles y limitaciones del mismo. Propón mejoras al método.

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NM11: Investigación sobre la viscosidad de un líquido



Objetivo: Determinar la influencia de algún parámetro sobre la viscosidad de un líquido.


Fundamento: La viscosidad es la propiedad que mide la resistencia de un fluido a fluir. Se determina mediante un instrumento denominado viscosímetro de los que existen varios diseños estándar. Uno de los más conocidos es el de Oswald. En el viscosímetro de Oswald, las viscosidades se determinan por referencia a un fluido de viscosidad y densidad conocidas, midiendo los tiempos que la referencia y el problema tardan en pasar entre dos marcas realizadas en un tubo que tiene un capilar, de modo que el tipo de flujo en éste es de tipo Stokes.

Diseño: Piensa en algún factor que pueda influir sobre la viscosidad de un líquido y establece un procedimiento experimental que permita encontrar esa influencia, indicando claramente las distintas variables implicadas (independiente, dependiente, controladas) y las formas en que se van a controlar y obtener sus valores de forma que resulten pertinentes y suficientes.



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NM12: Comprobación experimental de la ley de Hess



Objetivo: Verificar la ley de Hess.

Materiales: Termómetro digital, que se puede usar como agitadorVaso de precipitados de 100 o 250 mLProbeta de 100 mLNaOHHCl

Fundamento: La ley de Hess establece que la entalpía de una reacción es la misma independientemente de cómo se produzca ésta. Es una consecuencia del carácter de función de estado de la entalpía. En esta práctica se aplicará a la neutralización entre clorhídrico y sosa, realizándola a partir de sosa sólida o de disolución de sosa, midiendo también el calor de disolución de ésta.

Método: a) Pesa el vaso de precipitados seco y limpio y anota el peso. En lo sucesivo funcionará como calorímetro.

b) Mide 100 mL de agua, ponla en el vaso y deja que llegue a temperatura ambiente. Cuando ello ocurra, mide la temperatura del agua y disuelve unos 0.4 g de NaOH (pesados exactamente), observa el aumento de la temperatura y anota la temperatura final.

c) Repite el proceso anterior pero disolviendo ahora el NaOH en 100 mL de HCl 0.1 M.

d) Pon en el vaso 50 mL de HCl 0.2 M, mide luego 50 mL de NaOH 0.2 M. Cuando ambos estén a la temperatura ambiente, mide ésta y mézclalos en el vaso, midiendo la temperatura final.

e) El calor liberado en cada proceso se calcula considerando que se calientan tanto las disoluciones como el vaso. Las disoluciones se consideran suficientemente diluidas como para asumir que su densidad es 1 g/mL y su calor específico, el del agua, esto es 1 cal/g·ºC. El calor específico del vidrio se toma como 0.2 cal/g·ºC. Las entalpías calculadas deben expresarse en kcal/mol de NaOH.


Conclusión y evaluación: Enuncia una conclusión derivada del análisis de los datos procesados y justifícala. Compara los valores obtenidos con los tabulados. Evalúa el procedimiento experimental con especial énfasis en los puntos débiles y limitaciones del mismo. Propón mejoras al método.

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NM13: Estudio cinético de la saponificación del acetato de etilo



Objetivo: Determinar la ecuación de velocidad de la saponificación del acetato de etilo. Determinar la energía de activación del proceso.

Materiales: Agitador magnético con calefactorTermómetroVaso de precipitadosSonda de pHRegistro pH vs tiempoBaño termostáticoReactor termostatizableAcetato de etiloSosa caústica

Fundamento: La saponificación de los ésteres es el proceso que produce los jabones cuando los ésteres provienen de ácidos grasos. Para el caso que nos ocupa, la reacción es

CH3-COO-CH2-CH3 + NaOH CH3-COONa + CH3-CH2OH

Método: Se preparan 500 mL de disoluciones de acetato de etilo y de sosa 0.1 M, se toman 100 mL de cada una y se ponen por espacio de 10 minutos en el baño termostático para igualar sus temperaturas. Se mezclan en el reactor termostatizado en el que previamente se habrá colocado un agitador magnético y las sondas de pH y temperatura, iniciando la recolección de datos inmediatamente y prologándola durante unos 15-20 minutos. Todo el proceso anterior se repite a tres temperaturas más.

Obtención y procesamiento de datos: Presenta los datos, tanto brutos como procesados en una tabla, junto a sus unidades e incertidumbres. Realiza unas gráficas que permitan obtener el orden de reacción respecto a la sosa y la constante de velocidad observada. Realiza asimismo una gráfica que permita obtener la energía de activación en función de los datos obtenidos. Acota el error de los valores obtenidos.


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NM14: Determinación de la constante de acidez del ácido acético



Objetivo: Determinar la constante de un equilibrio. Familiarizarse con el pH-metro.

Materiales: Matraz aforado de 50 mLPipeta y pera propipetaVaso de precipitadosÁcido acéticopH-metro

Fundamento: El ácido acético es un ácido débil, y por lo tanto, está sólo parcialmente disociado. El pH de una disolución de acético de concentración nominal C sería

O lo que es lo mismo,

Método: Prepara 50 mL de disolución de acético 0.1 M. Una vez preparada, viértela en un vaso de precipitados y mide su pH. Seguidamente, realiza diluciones de la disolución original para tener otras seis concentraciones en el rango 0.1-0.01 M y repite la medida de pH.


Conclusión y evaluación: Enuncia una conclusión derivada del análisis de los datos procesados y justifícala. Compara el valor obtenidos con el tabulado. Evalúa el procedimiento experimental con especial énfasis en los puntos débiles y limitaciones del mismo. Propón mejoras al método.

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NM15: Determinación de hierro en comprimidos



Objetivo: Determinar concentraciones por volumetría redox.

Materiales: BuretaPipetaErlenmeyerMatraces aforados de 500 y 100 mLLana de vidrioEmbudo alemánMorteroComprimidos de hierroPermanganato potásicoÁcido oxálicoÁcido sulfúricoCarbón activo

Fundamento: En estados carenciales, es usual la prescripción de hierro por parte de los médicos, siendo la forma más corriente la de comprimidos de sulfato ferroso de liberación prolongada, al estar ligados con alguna sustancia de digestión lenta. El hierro de estos comprimidos se puede determinar mediante volumetría redox usando permanganato de potasio como valorante.

Método: Prepara 500 mL de permanganato potásico 0.005 M. Añade 5 mL de ácido sulfúrico concentrado. Hierve la disolución en un erlenmeyer durante 15 minutos y luego déjala reposar y enfriar hasta temperatura ambiente para conseguir la precipitación del dióxido de manganeso formado. Filtra la disolución a través de lana de vidrio y titúlala usando ácido oxálico como patrón. Para ello pesa exactamente unos 0.025 g de oxálico, ponlos en un erlenmeyer, añade 25 mL de agua y 1 mL de sulfúrico concentrado y calienta hasta unos 70 ºC. Procede a la titulación, teniendo en cuenta que la reacción es muy lenta la principio, acelerándose paulatinamente. El punto final viene dado por la persistencia del color rosa del permanganato. El error de la concentración no debe superar el 5 %.

Toma un comprimido y tritúralo en el mortero. Pásalo a un vaso de precipitados. Añade 10 mL de agua, 5 mL de ácido sulfúrico concentrado, 2 mL de ácido fosfórico y 0.5 g de carbón activo. Tapa el vaso con un vidrio de reloj y hierve la disolución durante 1 minuto. Deja enfriar a temperatura ambiente (puede acelerarse el proceso sumergiendo el vaso en agua fría) y filtra a continuación a vacío lavando con agua fría. Si persiste algún color repite la operación de adición de carbón activo. Lleva la disolución filtrada e incolora a 100 mL en un matraz aforado y usa alícuotas de 10 mL para cada valoración. Repite las titulaciones admitiendo una variación de volumen de 0.1 mL.


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Conclusión y evaluación: Enuncia una conclusión derivada del análisis de los datos procesados y justifícala. Compara el valor obtenidos con el del envase. Evalúa el procedimiento experimental con especial énfasis en los puntos débiles y limitaciones del mismo. Propón mejoras al método.

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NM16: Investigación sobre factores que afectan al voltaje de una pila electroquímica



Objetivo: Aprender a montar y medir el voltaje de pilas electroquímicas. Desarrollar una investigación original.


Fundamento: Las pilas electroquímicas están formadas por dos electrodos (cátodo y ánodo) en cada uno de los cuales ocurre una reacción redox (reducción y oxidación, respectivamente) de modo que los electrones puestos en juego circulan por un circuito exterior cerrándose el circuito mediante un puente salino que conecta ambos electrodos. El potencial que suministra una pila se puede calcular mediante la ecuación de Nernst

Diseño: Piensa en alguna variable que pueda influir sobre el potencial suministrado por una pila electroquímica y establece un procedimiento experimental que permita encontrar esa influencia, indicando claramente las distintas variables implicadas (independiente, dependiente, controladas) y las formas en que se van a controlar y obtener sus valores de forma que resulten pertinentes y suficientes.



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NM17: Investigación sobre la variación de alguna propiedad en una serie homóloga (no está permitido usar el punto de ebullición)





Fundamento: La longitud de la cadena hidrocarbonada influencia una gran variedad de propiedades físico-químicas de las sustancias orgánicas, aparte de la obvia de los puntos de fusión o ebullición.

Diseño: Piensa en algún factor que pueda influir sobre alguna propiedad en una serie homóloga de compuestos orgánicos (no está permitido usar el punto de ebullición) y establece un procedimiento experimental que permita encontrar esa influencia, indicando claramente las distintas variables implicadas (independiente, dependiente, controladas) y las formas en que se van a controlar y obtener sus valores de forma que resulten pertinentes y suficientes.



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NM18: Investigación sobre factores que afectan a la cinética de la reacción de adición electrófila





Fundamento: La adición electrófila es una de las reacciones características de los alquenos, en la que una molécula pequeña se rompe en dos partes que se unen a dos átomos de carbono que inicialmente presentaban entre ellos un enlace doble.

Diseño: Piensa en algún factor que pueda influir sobre la cinética de la reacción de adición electrófila y establece un procedimiento experimental que permita encontrar esa influencia, indicando claramente las distintas variables implicadas (independiente, dependiente, controladas) y las formas en que se van a controlar y obtener sus valores de forma que resulten pertinentes y suficientes.



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NM19: Investigación sobre factores que afectan a la reacción de esterificación





Fundamento: La esterificación es la reacción entre ácidos orgánicos y alcoholes, formalmente equivalente a la neutralización de la química inorgánica. El resultado es un éster, un derivado de ácido, y el mecanismo es de la sustitución nucleofílica acílica.

Diseño: Piensa en algún factor que pueda influir sobre la reacción de esterificación y establece un procedimiento experimental que permita encontrar esa influencia, indicando claramente las distintas variables implicadas (independiente, dependiente, controladas) y las formas en que se van a controlar y obtener sus valores de forma que resulten pertinentes y suficientes.



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NM20: Síntesis de aspirina



Objetivo: Realizar la síntesis de un compuesto orgánico de gran importancia e interés.

Materiales: Matraz de 100 mL Termómetro ProbetaKitasato Buchner Ácido salicílicoAnhídrido acéticoÁcido sulfúrico

Fundamento: La síntesis de aspirina consiste en la esterificación del grupo hidróxido del ácido salicilíco (o-hidroxibenzoico) con anhídrido acético, reacción que transcurre rápidamente y en un solo paso.

Método: Coloca en un matraz de 100 mL 5 g de ácido salicílico, 10 mL de anhídrido acético y 1 mL de ácido sulfúrico concentrado. Agitar suavemente y calentar al baño maría a 80 ºC unos 5 minutos. Dejar enfriar hasta temperatura ambiente. Añadir 50 mL de agua lo más fría posible, agitar la suspensión y filtrar a vacío. Lavar con agua muy fría los cristales y dejar secar al aire. Una vez seco, pesa el producto para determinar el rendimiento. La pureza del producto obtenido se determina titulando 0.4-0.5 g del mismo disueltos en alcohol de 96º con sosa 0.1 M usando fenolftaleína como indicador.

Obtención y procesamiento de datos: Presenta los datos, tanto brutos como procesados en una tabla, junto a sus unidades e incertidumbres. Acota el error de los valores obtenidos.


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NM21: Estudio de la cinética de descomposición del cristal violeta



Objetivo: Determinar velocidades de reacción, el orden de reacción y la constante de velocidad de la descomposición en medio básico del cristal violeta.

Materiales: DataloggerMiniespectroscopio visible Cristal violeta ------- MHidróxido sódico

Fundamento: El cristal violeta es un colorante usado frecuentemente en Biología para realizar tinciones. Dicha sustancia se descompone lentamente en medio básico, produciendo un compuesto incoloro, de modo que se puede estudiar el ritmo de su descomposición a través de la disminución de la intensidad del color mediante espectroscopía visible.

La reacción que ocurre es la siguiente:

que se puede representar por

con lo que la ecuación de velocidad adopta la siguiente forma

v=kv[CV]x[OH-]y

donde x e y son los órdenes parciales de reacción. En el método se usa un exceso de sosa, por tanto, la expresión anterior se puede sustituir por

v=k’v[CV]x

Método: Prepara 100 mL de hidróxido sódico de las siguientes concentraciones (puedes hacer sólo una: la más concentrada y hacer las demás por dilución de ésta):-----------. Prepara el datalogger y el miniespectroscopio, para ello, debes elegir el modo Abs vs t, seleccionar 590

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nm como longitud de onda y establecer el tiempo y la frecuencia de medida. Calibra el espectroscopio con agua destilada. Toma ----- mL de disolución de CV y ------ de la disolución de sosa más concentrada y mézclalos tan rápido como puedas en un vaso y seguidamente llena la cubeta del espectroscopio, introdúcela en éste y conecta la adquisición de datos. Repite el procedimiento para las otras cuatro disoluciones.

Obtención y procesamiento de datos: Presenta los datos, tanto brutos como procesados en una tabla, junto a sus unidades e incertidumbres. Realiza las representaciones gráficas necesarias para averiguar el orden de la reacción respecto al CV y al OH-. Calcula la constante de velocidad y acota su error.


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NM22: Estudio de la cinética de descomposición del tiosulfato sódico



Objetivo: Determinar el orden de reacción de la descomposición en medio ácido del tiosulfato sódico.

Materiales: Vaso de precipitadosProbeta de 100 mLCronómetroTiosulfato sódico 40 g/LÁcido clorhídrico 1.5 M

Fundamento: El tiosulfato en disolución ácida se descompone en dióxido de azufre y azufre sólido.

Método: En una hoja de papel haz un cruz y coloca el vaso de precipitados encima. Toma 25 mL de tiosulfato con la probeta y viértelo en el vaso. Toma 4 mL de clorhídrico y añádelo al vaso anterior removiendo y cronometrando el tiempo que tarda en dejar de verse la cruz a través de la disolución. Repite el procedimiento tomando ahora una cantidad inferior de tiosulfato, pero añadiendo agua hasta completar 25 mL. La velocidad de reacción se estimará a partir del inverso del tiempo medido en cada experimento.

Obtención y procesamiento de datos: Presenta los datos, tanto brutos como procesados en una tabla, junto a sus unidades e incertidumbres. Realiza las representaciones gráficas necesarias para averiguar el orden de la reacción respecto al tiosulfato. Calcula la constante de velocidad aparente y acota su error.


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NS01: Determinación de la entalpía de combustión



Objetivo: Determinar por calorimetría la entalpía de combustión de un compuesto orgánico.

Materiales: Mechero Sensor de temperatura Vaso de precipitados (calorímetro)Combustible (alcohol, hidrocarburo)Agua

Fundamento: La combustión de compuestos orgánicos libera calor que se puede emplear para calentar agua, y así determinar la energía liberada en el proceso.

Método: En primer lugar hay que determinar el equivalente en agua del calorímetro y para ello, se pesa el calorímetro vacío y seco (M0), se calienta en un vaso de precipitados agua destilada a unos 80 ºC, y se llena el calorímetro hasta la mitad, pesándolo de nuevo (M1). En otro vaso, se dispone agua destilada fría, se mide su temperatura (T2), se mide la temperatura del calorímetro (T1) y se añade a éste agua fría hasta tres cuartas partes de su volumen, agitando con el sensor y midiendo la temperatura final de equilibrio (T3) y la masa total del calorímetro lleno (M2). El equivalente en agua del calorímetro (K) será la masa de agua que se hubiera enfriado lo mismo que el calorímetro en el experimento, y se calcula mediante la siguiente fórmula:

donde se ha tomado el calor específico del agua como 1 cal/g·ºC.

Para determinar la entalpía de combustión se dispone el combustible en un mechero previamente tarado, pesándolo tras llenarlo. Se llena el calorímetro con agua hasta tres cuartas partes de su volumen, pesándolo también. Se sitúa reproduciblemente el mechero bajo el calorímetro usando para ello los medios que sea necesario. Toma las medidas que creas oportunas para minimizar las pérdidas de calor. Se enciende el mechero y se toma la temperatura del agua hasta que se aprecie una variación superior a los 20 ºC. Se apaga el mechero y se sigue registrando la temperatura hasta que empiece a declinar. Se pesa el mechero de nuevo para determinar la cantidad de combustible gastada. La entalpía de combustión se obtiene calculando el calor absorbido por el calorímetro y dividiéndolo por los moles de combustible gastados.

Como en todas las calorimetrías, es conveniente repetir las determinaciones para minimizar los errores.

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Conclusión y evaluación: Enuncia una conclusión derivada del análisis de los datos procesados y justifícala. Compara el valor obtenidos con el tabulado. Evalúa el procedimiento experimental con especial énfasis en los puntos débiles y limitaciones del mismo. Propón mejoras al método.

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NS02: Investigación sobre factores que afectan a la energía liberada por la combustión de combustibles líquidos





Diseño: Piensa en algún factor que pueda influir sobre la energía liberada en una combustión y establece un procedimiento experimental que permita encontrar esa influencia, indicando claramente las distintas variables implicadas (independiente, dependiente, controladas) y las formas en que se van a controlar y obtener sus valores de forma que resulten pertinentes y suficientes.



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NS03: Determinación de la entalpía y entropía de fusión



Objetivo: Determinar calores latentes de fusión y entropías de fusión.

Materiales: Termómetro digital, que se puede usar como agitadorVaso de precipitados de 100 o 250 mLMezcla frigorífica (hielo + sal común)Ciclohexano o benceno o agua

Fundamento: Durante los cambios de estado, la temperatura permanece constante, esto permite determinar con facilidad la entropía de fusión, midiendo el calor latente, pues

Método: a) Pesa el vaso de precipitados seco y limpio y anota el peso. En lo sucesivo funcionará como calorímetro.

b) Toma unos 50 mL del líquido problema y ponlo en el vaso. Vuelve a pesarlo para averiguar la masa de líquido tomada. Mide la temperatura hasta verificar que no hay cambios (equilibrio térmico).

c) Saca del congelador un poco del líquido congelado y déjalo unos instantes al aire. Cuando observes que empieza a fundir, sécalo lo mejor que puedas con papel, échalo al vaso y mide la temperatura final cuando se haya disuelto por completo. Pesa de nuevo el vaso para saber cuánto sólido has añadido. Repite este proceso dos o tres veces más.

d) El calor liberado se calcula considerando que se calientan tanto las disoluciones como el vaso. Los datos termodinámicos necesarios para calcular la entropía de fusión deben buscarse en la bibliografía.


Conclusión y evaluación: Enuncia una conclusión derivada del análisis de los datos procesados y justifícala. Compara los valores obtenidos con los tabulados. Evalúa el procedimiento experimental con especial énfasis en los puntos débiles y limitaciones del mismo. Propón mejoras al método.

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NS04: Determinación del contenido en alcohol de un vino comercial



Objetivo: Aprender la técnica de la destilación simple.

Materiales: Equipo de destilaciónManta eléctricaVino comercialAgua destiladaProbetaDensímetro o alcoholímetro

Fundamento: La destilación separa sustancias cuyos puntos de ebullición difieren de manera significativa. La sustancia de más bajo punto de ebullición hierve antes que la otra y sus gases son condensados y recogidos aparte, separándola así de la otra, que queda en el recipiente original. El vino es una mezcla de agua, alcohol y otras sustancias que le confieren las características organolépticas peculiares. Al destilarlo, en realidad, obtenemos una mezcla de agua y etanol de punto de ebullición constante denominada azeótropo, en la que el etanol es el 95.6 %. La determinación se basa en obtener todo el alcohol del vino, igualar el volumen inicial y determinar el alcohol por una medida de densidad.

Método: Monta el equipo de destilación y pon en el matraz 80 mL de vino junto a un trozo de plato poroso. Coloca una probeta con 2 mL de agua destilada para recoger el destilado. (El agua es para evitar que las primeras gotas de destilado se evaporen en la probeta). Destila con cuidado, desechando la cabeza de destilación y recogiendo la fracción entre 76-82 ºC; la velocidad de destilación debe ser 1-2 gotas por segundo. Toma el destilado y comprueba que su temperatura está en torno a 20 ºC. Cuando lo esté, añade agua destilada hasta completar el volumen inicial de 80 mL, y mide la densidad con un densímetro. El contenido alcohólico se obtiene de la tabla siguiente que relaciona densidad con cantidad de alcohol.

d (g/mL) % Vol d

(g/mL) % Vol d (g/mL) % Vol

0.987 10 0.981 15 0.975 20

0.985 11 0.980 16 0.974 21

0.984 12 0.979 17 0.973 22

0.983 13 0.977 18 0.972 23

0.982 14 0.976 19 0.971 24

Si se dispone de un alcoholímetro, la medida es directa.

Obtención y procesamiento de datos: Presenta los datos, tanto brutos como procesados junto a sus unidades e incertidumbres. Indica también cualquier otra información de contexto interesante. Calcula el porcentaje de alcohol del vino y estima su incertidumbre.

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Conclusión y evaluación: Enuncia una conclusión derivada del análisis de los datos procesados y justifícala. Compara los resultados con los presentes en el envase. Evalúa el procedimiento experimental con especial énfasis en los puntos débiles y limitaciones del mismo. Propón mejoras al procedimiento que permitan unos mejores resultados.

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NS05: Determinación de la constante de reparto del yodo en ciclohexano y agua



Objetivo: Aprender la técnica de la extracción líquido-líquido. Realizar valoraciones redox. Determinar una constante de equilibrio de reparto.

Materiales: YodoYoduro potásicoAgua destiladaTiosulfato sódico 0.1 MAlmidón al 1 %Carbonato sódicoCiclohexanoEmbudo de decantaciónVasos de precipitadosBureta con pieErlenmeyers

Fundamento: La extracción líquido-líquido se basa en la diferente solubilidad de una sustancia entre dos disolventes no miscibles, propiedad que se puede usar para extraer dicha sustancia de un disolvente a otro. Termodinámicamente, este proceso es un equilibrio denominado de reparto, caracterizado por la constante de reparto que es igual al cociente entre las concentraciones de la sustancia en cuestión en ambos disolventes.

Método: Se preparan 40 mL de disolución yodo-yoduro (1 g I2 + 6 g KI + agua) y se introducen en un embudo de decantación. Se añaden 30 mL de ciclohexano, en tres porciones de 10 ml. Tras cada adición, se tapa el embudo, se invierte y se agita fuertemente, abriendo después suavemente la llave para dejar escapar los vapores. Se cierra la llave, y se deja en reposo para que se produzca la separación de fases, siendo la inferior la fase orgánica (violeta debido a la presencia de yodo). Al cabo de 5 minutos, se quita el tapón del embudo y se recogen en un vaso de precipitados la fase orgánica, repitiendo todo el proceso con las otras dos porciones de ciclohexano y añadiendo las fases orgánicas obtenidas a la primera. La interfase se desecha, y finalmente, la fase acuosa se recoge por separado en otro vaso de precipitados.

La determinación del yodo en la fase orgánica se hace pipeteando 10 mL en un erlenmeyer, añadiendo 4 mL de almidón y valorando la disolución resultante con el tiosulfato hasta desaparición del color azul del almidón. Durante toda la valoración debe agitarse enérgicamente para favorecer el paso del yodo a la fase acuosa. Repetir el proceso con otros 10 mL de fase orgánica.

La determinación del yodo en la fase acuosa se hace del mismo modo, salvo que solo se añaden 2 gotas de almidón.

El tiosulfato se prepara disolviendo exactamente 6.23 g de Na2S2O3 ·5H2O y 0.1 g de carbonato sódico en agua hasta un volumen de 250 mL. Para titular esta disolución se sigue el

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siguiente procedimiento: pesar exactamente alrededor de 0.12 gramos de dicromato potásico en un erlenmeyer, y disolver en 50 mL de agua, agregar 7.0 mL de ácido clorhídrico comercial y 1 g de Na2CO3; agitar suavemente para liberar el CO2; añadir 2 gramos de yoduro potásico disueltos en 20 mL de agua, tapar y dejar en reposo durante 3 minutos en la oscuridad; añadir 80 mL de agua y titular con el tiosulfato, añadiendo hacia el final de la valoración 2 mL de almidón hasta que el color violeta oscuro cambie a verde.

Obtención y procesamiento de datos: Presenta los datos, tanto brutos como procesados junto a sus unidades e incertidumbres.

Conclusión y evaluación: Enuncia una conclusión derivada del análisis de los datos procesados y justifícala. Compara el coeficiente calculado con valores tabulados. Evalúa el procedimiento experimental con especial énfasis en los puntos débiles y limitaciones del mismo. Propón mejoras al procedimiento que permitan unos mejores resultados.

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NS06: Determinación de la concentración de acético en un vinagre comercial



Objetivo: Determinar concentraciones por volumetría de neutralización.

Materiales: BuretaPipetaErlenmeyerFenolftaleínaNaOHBiftalato potásicoVinagre

Fundamento: El vinagre debe su acidez al ácido acético que contiene (3-5 %), consecuencia de la fermentación acética de los azúcares del vino. La cantidad se puede determinar por volumetría, empleando sosa como valorante y fenolftaleína como indicador.

Método: Prepara 250 mL de sosa 0.1 M y titúlala con el biftalato potásico, pesando la cantidad de éste necesaria para consumir en torno al 35-40 % del volumen total de la bureta. El error de la molaridad real de la sosa no debería ser superior al 5 %. Luego pipetea 5 mL de vinagre, añade dos gotas de indicador y realiza una primera titulación rápida. Si el volumen gastado está en torno al 35-40 % del total de la bureta, repite con el mismo volumen de vinagre, si no es así, cambia la cantidad de vinagre hasta conseguir lo anterior. Repite las titulaciones finales no menos de dos veces, admitiendo una variación de volumen de sosa de 0.1 mL.


Conclusión y evaluación: Enuncia una conclusión derivada del análisis de los datos procesados y justifícala. Compara el valor obtenidos con el del envase. Evalúa el procedimiento experimental con especial énfasis en los puntos débiles y limitaciones del mismo. Propón mejoras al método.

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NS07: Investigación sobre factores que afectan a la velocidad de electrodepósito de un metal



Objetivo: Aprender a montar una electrolisis. Desarrollar una investigación original.


Fundamento: La electrolisis es el proceso inverso al que ocurre en las pilas. Si en éstas se obtiene electricidad de transformaciones químicas, en aquéllas se gasta energía eléctrica para producir un reacción, en el caso que nos ocupa, la reducción a metal de un ión metálico en disolución. La electrolisis cumple las leyes de Faraday:

Diseño: Piensa en alguna variable que pueda influir sobre la velocidad de elctrodepósito de un metal en una electrolisis y establece un procedimiento experimental que permita encontrar esa influencia, indicando claramente las distintas variables implicadas (independiente, dependiente, controladas) y las formas en que se van a controlar y obtener sus valores de forma que resulten pertinentes y suficientes.



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NS08: Determinación de la fórmula de un compuesto a partir de datos espectroscópicos



Objetivo: Determinar la fórmula de un compuesto a partir de datos espectroscópicos.

Materiales: N/A

Fundamento: Las características espectroscópicas de los compuestos químicos son una especie de huella digital que permite identificarlos casi inequívocamente. La combinación de varias técnicas espectroscópicas es hoy la principal herramienta del químico a la hora de averiguar las características estructurales de un nuevo compuesto.

Método: Resolver razonadamente las estructuras de los compuestos indicados por el Profesor, cuyos espectros de IR, 1H-RMN y MS se aportan. (Fichero: Determinación de estructuras a partir de datos espectroscópicos v1.docx)


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NS09: Investigación sobre factores que afectan a la retención en la cromatografía en capa fina



Objetivo: Aprender la técnica de la cromatografía. Desarrollar una investigación original.


Fundamento: La cromatografía en capa fina es una técnica que permite separar sustancias gracias a la diferente intensidad de las interacciones que desarrollan con una fase estacionaria o soporte y una fase móvil que, mientras se mueve, va arrastrando a las sustancias en diferente grado, logrando así su separación. El cociente entre lo que se desplaza la sustancia y lo que lo hace la fase móvil se llama factor de retención Rf y es característico de las sustancias y fases móviles considerados, dependiendo también de las condiciones de realización de la experiencia. Cuando las sustancias separadas no son coloreadas o fluorescentes, es necesario usar reveladores para distinguirlas.

Diseño: Piensa en alguna variable que pueda influir sobre la retención de una sustancia en la cromatografía en capa fina y establece un procedimiento experimental que permita encontrar esa influencia, indicando claramente las distintas variables implicadas (independiente, dependiente, controladas) y las formas en que se van a controlar y obtener sus valores de forma que resulten pertinentes y suficientes.



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NS10: Comprobación experimental de la ley de Lambert-Beer



Objetivo: Verificar la validez de la ley de Lambert-Beer. Obtener el espectro de absorción de un compuesto de coordinación. Preparar disoluciones de diferentes concentraciones de un sólido en agua.

Materiales: Sales inorgánicas coloreadas (CuSO4, NiSO4 o Ni(NO3)2, Co(NO3)2, KMnO4, K2Cr2O7, K2CrO4)Agua destiladaBalanza de precisiónMatraz aforado de 50 mLVaso de precipitados pequeñoPipetas de transferenciaEspectrofotómetro UV-VIS MILTON ROY o Datalogger con accesorio UvaVis

Fundamento: La ley de Lambert-Beer establece que la absorbancia de una sustancia en disolución es proporcional a la longitud recorrida por la luz en la disolución y la concentración de ésta, siendo la constante de proporcionalidad característica de la sustancia en cuestión y denominada constante de absorción molar:

Donde A es la absorbancia, el coeficiente de absorción molar y l el camino óptico o anchura de la cubeta.

Método: Prepara cinco disoluciones de la sal suministrada en agua destilada con concentraciones entre 10-3 y 10-2 M, anotando las cantidades pesadas y las concentraciones exactas resultantes en cada caso (una buena manera de hacerlo puede ser mediante diluciones sucesivas desde la más concentrada).

Espectrofotómetro MILTON ROY: Selecciona el modo de absorbancia. Mide la cubeta para obtener el camino óptico. Pon en una cubeta agua destilada y en otra la disolución de concentración intermedia, y colócalas en dos de las posiciones que tiene el espectrofotómetro. Realiza un barrido de longitudes de onda desde 500 a 900 nm en intervalos de 20 nm, alternando el blanco (agua) con la muestra, y ajustando el cero con el blanco cada vez. Localiza el máximo aproximadamente y repite las medidas en el entorno de 100 nm del máximo con un intervalo esta vez de 5 nm. Vuelve a calcular el máximo de absorbancia y sitúa el espectrofotómetro en ese valor para el resto de la experiencia.

Coloca las disoluciones de menos a más concentración en la cubeta, enjuagando ésta cada vez con la siguiente disolución y anota los valores de absorbancia que indica el aparato. Mide la absorbancia de cada disolución tres veces para promediarlos.

Datalogger: Conecta el accesorio de espectroscopía directamente el puerto USB del ordenador. Calibra el sensor con el blanco. Coloca la muestra de concentración intermedia en el accesorio y registra un espectro completo. Localiza el máximo de absorbancia y en lo sucesivo, realiza las medidas a ese valor.

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Coloca las disoluciones de menos a más concentración en la cubeta, enjuagando ésta cada vez con la siguiente disolución y anota los valores de absorbancia que indica el aparato. Mide la absorbancia de cada disolución tres veces para promediarlos.

Obtención y procesamiento de datos: Presenta los datos, tanto brutos como procesados en una tabla, junto a sus unidades e incertidumbres. Realiza la gráfica correspondiente al espectro de absorción de la disolución de concentración intermedia y otra gráfica que permita verificar si se cumple o no la ley de Lambert-Beer.

Conclusión y evaluación: Enuncia una conclusión derivada del análisis de los datos procesados y justifícala. Evalúa el procedimiento experimental con especial énfasis en los puntos débiles y limitaciones del mismo. Propón mejoras al procedimiento que permitan unos mejores resultados.

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NS11: Síntesis de dibenzalacetona



Objetivo: Realizar la síntesis de un compuesto derivado de una condensación aldólica.

Materiales: Matraz Erlenmeyer pequeño Kitasato Buchner Termómetro Vasos de precipitadosEmbudo alemánPlaca calefactoraSosa caústicaBenzaldehídoAcetonaEtanol

Fundamento: Los hidrógenos unidos al carbono alfa al carbonilo de aldehídos y cetonas tienen carácter ácido, y por tanto, al tratar aquellos con bases, producen un carboanión, capaz de adicionarse al carbonilo y posteriormente sufrir una eliminación, dando como resultado un producto de condensación, que, en este caso se denomina aldólica. Aunque generalmente se producen mezclas de productos, eligiendo bien los productos, es posible tener uno solo.

Método: Coloca en un matraz Erlenmeyer pequeño 1.25 g de NaOH, 12.5 mL de agua y 10 mL de etanol. Posteriormente, agrega poco a poco y agitando 1.25 mL de benzaldehído y luego 0.5 mL de acetona. Continúa la agitación durante 20-30 minutos más, manteniendo la temperatura entre 20-25 ºC mediante baños de agua fría. Filtra el precipitado, lávalo con agua fría, sécalo y recristalízalo de etanol (ver NM06) utilizando unos 8 mL de alcohol. Finalmente, pesa el producto y determina su punto de fusión.



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NS12: Investigación sobre factores que afectan a la cinética de la reacción de sustitución electrofílica aromática





Fundamento: La adición electrófila es una de las reacciones características de los hidrocarburos aromáticos, en la que un electrófilo sustituye a uno de los átomos de hidrógeno del anillo bencénico.

Diseño: Piensa en algún factor que pueda influir sobre la cinética de la reacción de sustitución electrofílica aromática y establece un procedimiento experimental que permita encontrar esa influencia, indicando claramente las distintas variables implicadas (independiente, dependiente, controladas) y las formas en que se van a controlar y obtener sus valores de forma que resulten pertinentes y suficientes.



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Posibles temas para monografías

Síntesis y aislamiento de ácido propanoico a partir de propanol Extracción de cafeína del té Los anillos de Nobili: colores extraños durante la electrolisis Los anillos de Liesegang: bandas en geles Fotometría de llama para determinar la concentración de iones acuosos. Análisis de muestras de agua mineral para verificar el etiquetado del fabricante. Factores que afectan a la descomposición de plásticos biodegradables. Síntesis y aislamiento de hexano-3,4-diol Contenido en carbonato de calcio de conchas marinas Investigación sobre los efectos del calor, pH y la exposición prolongada a rayos UV

sobre las cremas solares Purificación de ibuprofeno a partir de pastillas comerciales Titulación de vitamina C en zumos de frutas comerciales Comparación de gasolinas de diferente octanaje Comparación entre los métodos de extracción de 1,3,7-trimetilxanteno del té para

maximizar el rendimiento y la pureza Investigación de la cinética de descomposición del peróxido de hidrógeno Determinación de la cinética de la descomposición catalizada de peróxido de

hidrógeno Determinación del contenido en cafeína en diferentes bebidas usando HPLC de fase

invertida El efecto del calor y la luz UVA sobre la cinética de oxidación del ácido ascórbico El equilibrio de yodación de la acetona a diferentes temperaturas Investigación sobre el contenido en carbonato de calcio de varios tipos de tiza Factores que afectan a la separación de sustancias en la TLC Investigación de la cinética de la reacción reloj ácido ascórbico-azul de metileno Comparación de la concentración de fosfatos en bebidas de soda Cinética enzimática: la descomposición del peróxido de hidrógeno con catalasa de

extracto de hígado de vaca Comparación de la eficiencia de gasolina, metanol, etanol y gasohol basada en la

entalpía de combustión y la presión de vapor relativa La determinación de la cantidad de fosfatos en detergente en polvo por medio de

espectrofotometría Determinación de Kps, Gº, Hº y Sº para la disolución de hidróxido de calcio en

agua Comparación de las entalpías y compleción de la combustión de metanol, etanol y 1-

propanol Estudio de la cinética de yodación de la acetona Determinación cinética de las condiciones de pH óptimas para la descomposición

catalizada por catalasa del peróxido de hidrogeno Comparación de los niveles de cafeína extraídas de té y café Análisis espectrofotométrico de trazas de cinc a lo largo de la costa de Toronto El modelo atómico de Bohr Estudio cinético de la enzima lactasa: investigación del efecto de varios factores sobre

la velocidad de reacción y un cálculo de la constante de Michaelis-Menten

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Investigación de la concentración crítica de micelización para los surfactantes Tritón X-100 y Tritón X-305

Posibles temas para proyecto grupo 4 (PG4)

Salubridad del agua del río El desastre de Aznalcóllar

Posibilidades para CAS

Asistencia a alumnos de Secundaria con problemas con la asignatura de Química Montaje anual de una exhibición espectacular de experiencias químicas Implicación en las actividades diseñadas durante las Jornadas Nacionales Mantenimiento y limpieza del laboratorio de química

Bibliografía básica de consulta

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