Autor: Ing. Nydia

E-mail: enydia@hotmail.com

Área: Exactas

Toca la mesa o la silla que tengas a tu lado. ¿Es maciza o tiene huecos? ¿Seguro? Ahora toma un vaso de agua y mira el líquido. Si pudiéramos observar sus componentes, ¿El agua sería continua como la del vaso de la izquierda o compuesta por partículas como el vaso de la derecha?

Un medio continuo no esta formado por partículas y por tanto no tiene huecos en su interior. Un medio compuesto por partículas apiladas entre sí presenta huecos entre unas partículas y otras. Esto de los huecos va a ser la clave de toda nuestra experimentación así que asegúrate de comprenderlo bien. Hasta el día de hoy, es posible que nunca te hubieras planteado una pregunta como la de mas arriba. Seguramente pensabas que el agua como cualquier otro líquido eran macizos, compactos, continuos. Pero entonces... ¿Podrían mezclarse unos líquidos con otros?

Con este trabajo vas a descubrir experimentalmente si el agua es como el vaso de la derecha o como el de la izquierda. Y te vas a dar cuenta que este conocimiento te permitirá entender mucho mejor casi todo lo que estudies de química en toda tu vida. A lo que vas a aprender, los químicos lo llaman "La teoría cinética molecular"

Tu tarea consistirá en crear un juego de experimentación química, parecido a los que se venden en jugueterías (Quimicefa, Cheminova, etc.). Este juego incluirá:

1) El material necesario para realizar un pequeño experimento que permita comprobar que los volúmenes de los líquidos no son aditivos, esto es, que medio litro de agua más medio litro de alcohol etílico no forman un litro de mezcla sino menos. Esto es así porque los líquidos al igual que los sólidos y los gases no tienen una estructura continua sino que están formados por partículas apiladas entre las cuales existen huecos de vacío.

2) Un video que muestre el experimento a realizar paso a paso junto con sus explicaciones de cada etapa.

3) Una instalación formada por arena y piedras que ayude a comprender el experimento del agua y el alcohol. Esta instalación se basará en comparar el comportamiento de las moléculas de los líquidos con el comportamiento de objetos macroscópicos como las piedras y la arena.

4) Una serie de fichas explicativas para la construcción y la comprensión de esta instalación y de los fundamentos químicos de su experimentación. Estas fichas incluirán texto, dibujos, etc.

5) Y todo ello en el interior de una caja de zapatos de cartón decorada a tu gusto para que sea similar a un juguete comercial. Y una vez evaluado tu trabajo podrás regalárselo algún amigo, familiar, etc. ¡Les gustará seguro! ¡A todo el mundo le gusta la ciencia divertida!

¡Investiga, aprende y enséñanos lo que has aprendido!

Es importante que emplees un método ordenado siempre que tengas que llevar a cabo en tu vida un trabajo o proyecto. En este proyecto, se te indican los pasos a seguir para facilitarte la tarea y para que tengas una referencia de método ordenado de trabajo cuando te enfrentes a otros problemas en tu vida de estudiante, laboral e incluso en tu vida personal. Estos son los pasos que debes realizar para completar esta tarea:

1) APRENDE

Antes de empezar debes aprender contenidos y herramientas de trabajo que vas a necesitar para comprender los experimentos y para realizar bien tu tarea. Debes aprender sobre la Teoría Cinética molecular y en concreto su aplicación para comprender la estructura y el comportamiento de los líquidos. También debes aprender sobre el líquido más importante que existe, el agua, y cómo es su estructura molecular. Todo este conocimiento lo encontrarás en el apartado RECURSOS de esta Webquest.

2) INVESTIGA

Un buen científico siempre busca la manera de comprobar sus hipótesis. Y en este momento, nuestra hipótesis es que los líquidos están formados por partículas que dejan huecos entre sí. Para comprobar que esto es cierto vamos a usar agua y alcohol etílico, esto es, el alcohol que usamos para desinfectar las heridas y que se vende en las farmacias.

Además debes saber que las partículas que forman los líquidos están unidas por unas fuerzas de atracción menores que en los sólidos, por esta razón las partículas de un líquido pueden trasladarse con libertad. Así se explica que los líquidos no tengan forma fija y adopten la forma del recipiente que los contiene. En los líquidos el movimiento de estas partículas es desordenado, pero existen asociaciones de varias partículas que, como si fueran una, se mueven al unísono.

Necesitarás una botella de medio litro de alcohol etílico y agua de la llave. Además, también necesitarás dos botellas de litro y medio o más de plástico con la superficie lisa y un rotulador que pinte sobre estas botellas de manera permanente. Para que entiendas lo que debes hacer, vamos a nombrar a las botellas: Botella 1 y Botella 2.

Pon en la botella 1 algo menos de medio litro de agua (puedes usar una botella de agua mineral de esa capacidad como referencia) y haz una marca en este nivel. Vierte esta agua en la botella 2. En la botella 1 (que ahora está vacía) vuelve a echar agua hasta que alcance exactamente la marca anterior y añade este líquido a la botella 2. Haz una marca en la botella 2 donde alcance el líquido y vacía la botella. Esta marca muestra el nivel de dos porciones iguales de agua. Ahora en la botella 1 vuelve a añadir agua hasta la primera marca y viértela en la botella 2. Añade ahora alcohol hasta la marca de la botella 1 y añadelo a la botella 2. Mezcla intensamente y compara el nivel que alcanza el líquido con el que alcanzaba cuando pusimos las dos partes de agua. Graba todo este proceso junto con tus explicaciones pero hazlo cuando comprendas lo que sucede. Si aún no lo entiendes bien, ¡sigue leyendo!

3) CREA TU INSTALACIÓN

Después de este experimento quizás hayas entendido lo que quiero explicarte pero también es posible que no entiendas lo que está pasando y no tengas claro porqué la mezcla de agua y alcohol tiene un nivel inferior al mismo volumen sólo de agua. Los científicos usan símiles para comprender mejor aquellos aspectos de sus investigaciones que no pueden mostrarse fácilmente. Nosotros vamos a hacer uno de estos símiles para que entiendas completamente el anterior experimento.

Lo primero es conseguir arena, piedras del tamaño un frijol o un poco mayores y plastilina. Imagina que la materia fuera continua, en ese caso sería como una pieza de plastilina. Si pongo un disco de plastilina y encima pongo otro disco igual, el volumen final es la suma de los volúmenes de cada disco. Sin embargo ya hemos visto que entre el agua y el alcohol las cosas no son así de sencillas. Y esto es así porque la materia no es continua y compacta como la plastilina sino particulada como si fuera piedras y arena. Ahora pon, en otra botella distinta de las botellas 1 y 2, arena hasta que tenga una altura de 6 cm. Encima, y sin agitar, pon piedras (aproximadamente otros 6 cm de altura) y haz una marca en la altura que alcanza la piedra que está mas alta. Ahora tapa la botella y agítala. Comprobarás que el volumen final es menor que antes. Claro, la arena se mete entre los huecos que dejan las piedras y por tanto la mezcla ocupa menos volumen. ¡Lo mismo sucede entre el agua y el alcohol y por eso el volumen final es menor de la suma de los volúmenes iniciales! La materia no es como la plastilina sino como las piedras y la arena. ¿Lo entiendes ahora? Vuelve a mirar la imagen de la INTRODUCCIÓN que muestra la estructura del agua y comprende ahora la importancia para nuestro experimento de todos esos huecos… Reflexiona un instante ¡acabas de comprobar experimentalmente que, aunque no los veas, en la materia hay huecos de vacío entre partícula y partícula!

Ahora es el momento de crear tu juego de química. Busca una caja de zapatos y decórala a tu gusto para que parezca un juego de los que se venden en las jugueterías (en el apartado Recursos tienes algunas fotos). Dentro de la caja debes situar tus botellas 1 y 2, la botella en la que realizar la mezcla de arena y piedras, un recipiente (bolsa, caja, etc.) con arena, otro con piedras y una botella de alcohol etílico. Además debes poner un CD o DVD con el vídeo en el que muestras y explicas los pasos del experimento del agua y el alcohol y una ficha informativa (o varias) en la que pondrás texto y dibujos explicativos. Debes asegurarte que cuando una persona lea tus fichas comprenda las siguientes cuestiones:

1) Comparar la materia con piedras y arena es un símil útil para comprender que la materia es particulada. Pero el comportamiento de la materia es muy distinto al de las piedras y la arena. ¡Los símiles tienen una utilidad limitada!

2) Los líquidos tienen una estructura particulada formados, por tanto, por la apilación ordenada de muchas partículas.

3) Comprender la naturaleza particulada de la materia es útil para entender cómo se producen en la naturaleza las mezclas de sustancias. ¿Cómo se mezclan el agua y el alcohol? ¿Por qué el volumen de la mezcla de agua y alcohol es inferior al volumen de la misma cantidad sólo de agua? Si en vez de particulada, los líquidos fueran macizos ¿podrían darse estas mezclas? Haz dibujos en este punto y quedara mas claro.

4) Si los líquidos están llenos de huecos ¿Por qué no vemos estos huecos?

5) ¿Qué hay en los huecos de los que estamos hablando?

a) Para aprender sobre la Teoría Cinética la Materia:

En la parte inferior se encuentran tres enlaces que te servirán en tu investigación.

En el primer enlace, lee el apartado "¿Qué explica el modelo?"

En el segundo enlace, busca el epígrafe “Gases. Teoría Cinética”, descarga el documento de Microsoft Word y lee la primera página.

Para terminar, abre el tercer enlace y visita el apartado “Estados”. Asegúrate de pasar por todas las pestañas. Lo más importante de esta página son las simulaciones. En todas ellas queda muy clara que ¡LA MATERIA ESTÁ FORMADA POR PARTÍCULAS Y ENTRE ESAS PARTÍCULAS HAY HUECOS VACÍOS!

b) Estructura del agua: No hace falta que la busques, aquí la tienes en la parte superior:

Te explico. El agua tiene por fórmula H2O. Si ahora miras el dibujo del vaso de agua, cada bolita azul sería una de estas “partículas” de agua. Lo mas importante es que te des cuenta que las partículas no están pegadas sino que hay huecos entre unas y otras. Y en esos huecos caben otras partículas, ¿no?

c) Para preparar el juego de química: Por último, aquí les dejo unas fotos de juegos de química que se venden para que te hagas una idea y trates de presentar tu juego de manera similar.

CATEGORÍA CONTENIDO Y ESTÉTICA DEL JUEGO DE QUÍMICA (0-20%)
NIVEL 1: El juego contiene todos los materiales descritos en el apartado Proceso. La estética exterior e interior del juego es óptima. (20%)
NIVEL 2: El juego contiene todos los materiales descritos en el apartado Proceso. La estética exterior e interior del juego es buena pero mejorable. (15%)
NIVEL 3: El juego contiene todos los materiales descritos en el apartado Proceso. La estética exterior e interior es sencilla, poco trabajada. (7.5%)
NIVEL 4: El juego no contiene todos los materiales descritos en el apartado Proceso. (0%)


CONTENIDO DEL VÍDEO (0-15%)
NIVEL 1: El video muestra y explica correctamente todas las etapas del experimento realizado. (15%)
NIVEL 2: El video muestra todas las etapas del experimento realizado pero quedan dudas del sentido o el modo de realizar alguna de ellas. (10%)
NIVEL 3: El video muestra todas las etapas del experimento realizado pero no queda claro el sentido o el modo de realizar varias etapas. (5%)
NIVEL 4: El video no muestra todas las etapas del experimento realizado o bien las explicaciones son erróneas. (0%)

PUNTUALIDAD DE ENTREGA DEL JUEGO (10%)
NIVEL 1: Entrega el juego el día y a la hora indicada. (10%)
NIVEL 2: Entrega el juego el día adecuado pero no a la hora correcta. (8%)
NIVEL 3: Entrega el juego un día después. (3% )
NIVEL 4: Entrega el juego más de un día después. (0%)

CALIDAD DE LA FICHA INFORMATIVA I (7.5% puntos)
NIVEL 1: Queda completamente claro el sentido y la utilidad limitada del símil entre la materia y piedras, arena y plastilina. (7.5%)
NIVEL 2: Queda claro el sentido del símil empleado pero no las limitaciones de su uso. (5%)
NIVEL 3: El sentido del símil está explicado de manera incompleta o no totalmente correcta. (2.5%)
NIVEL 4: No se explica nada acerca del símil empleado. (0%)

CALIDAD DE LA FICHA INFORMATIVA II (15%)
NIVEL 1: La ficha informativa deja completamente clara la naturaleza corpuscular y no continua de los líquidos. (15%)
NIVEL 2: La ficha informativa presenta alguna incorrección al describir la naturaleza corpuscular y no continua de los líquidos. (7.5%)
NIVEL 3: La ficha informativa presenta incorrecciones leves o es incompleto al describir la naturaleza corpuscular y no continua de los líquidos. (5%)
NIVEL 4: La ficha informativa presenta graves incorrecciones o es muy incompleto en este asunto. (0%)


CALIDAD DE LA FICHA INFORMATIVA III (25%)
NIVEL 1: La ficha informativa explica correctamente lo que sucede al mezclar agua y alcohol y razona que esto es posible debido a la naturaleza corpuscular de los líquidos. Queda completamente clara la razón de que el volumen de la mezcla de agua y alcohol sea inferior al volumen de agua. Incorpora dibujos para ayudar a su explicación.(25%)
NIVEL 2: La ficha informativa muestra fallos leves al explicar lo que sucede en la mezcla de agua y alcohol, no razonando la importancia de la naturaleza corpuscular de la materia. No incorpora dibujos explicativos o son incorrectos. Queda medianamente clara la razón de que el volumen de la mezcla de agua y alcohol sea inferior al volumen de agua. No se cometen errores conceptuales. (17.5%)
NIVEL 3: La ficha informativa muestra fallos importantes al explicar el proceso de mezcla de agua y alcohol. No incorpora dibujos explicativos o son incorrectos. Se cometen errores conceptuales al explicar la razón de que el volumen de la mezcla de agua y alcohol sea inferior al volumen de agua. (5%)
NIVEL 4: La ficha informativa no explica o lo hace con graves incorrecciones lo que sucede en la mezcla de agua y alcohol. No incorpora dibujos explicativos o son incorrectos. No se explica o se explica con graves errores la razón de que el volumen de la mezcla de agua y alcohol sea inferior al volumen de agua. (0%)

CALIDAD DE LA FICHA INFORMATIVA IV (7.5%)
NIVEL 1: La ficha informativa explica correctamente la razón de que no veamos los huecos que existen en la materia y la composición de estos huecos. (7.5%)
NIVEL 2: La ficha informativa presenta leves incorrecciones en estas dos cuestiones. (5%)
NIVEL 3: La ficha informativa presenta graves incorrecciones en estas dos cuestiones. (2.5%)
NIVEL 4: La ficha informativa no explica estas dos cuestiones. (0 %)

Ahora ya sabes mucho más sobre cómo es la estructura de los líquidos y en concreto sobre el líquido más importante que existe: el agua. Lo que has descubierto con esta webquest estaba oculto a nuestros ojos pero los científicos son capaces de diseñar experimentos para conocer todo aquello que no podemos ver. El siguiente paso que debes dar en tu descubrimiento de la química es conocer las Leyes que rigen a los gases.

¡Sigue la aventura de la Físico-Química!