ELABORACIÓ DE GUIES DIDÀCTIQUES PER A LES ...és la millor metodologia d’aula o el millor...

ELABORACIÓ DE GUIES DIDÀCTIQUES PER A LES

“AULES DE NOVES TECNOLOGIES PER A LES CIÈNCIES”

Montserrat Tortosa Moreno

(professora de física i química d’ensenyament secundari)

Curs 2004-2005

Memòria de llicència retribuïda, Departament d’Educació

Memoria llicència: Elaboració guies per a l’aula de noves tecnologies per a les ciències

M.Tortosa Moreno (2005) 2

ÍNDEX

pàg 1.Introducció 3 1.1. Antecedents del tema objecte del treball 3 1.2. Explicació del tema i marc teòric 4 1.3. Objectius del treball 9 2. Treball dut a terme 10 2.1. Disseny del pla de treball 10 2.2. Metodologia i recursos utilitzats 10 3. Resultats obtinguts 13 4. estudis i/o cursos realitzats 17 5. Conclusions 18 6. Relació dels materials continguts en els annexos 19 7. Agraïments 20 8. Bibliografia 21 ANNEXOS Protocols de pràctiques

Annex 1:“ Enregistrament automàtic de dades Multilog- Multilab”

Annex 2: “ Determinació de l’entalpia de vaporització d’un líquid”

Annex 3:“Concentració de coure en aigües residuals”

Annex 4: “Determinació de la massa molar d’un líquid”

Annex 5: “Què vol dir dissolució tampó?”

Annex 6: “Neteja d’aigua contaminada amb ferro”

Annex 7: “Procés industrial a escala de laboratori: obtenció d’un metall”

Annex 8: “Pressió de vapor i higiene industrial”

Annex 9: “Velocitat de reacció”

Annex 10: “La temperatura d’ebullició com a criteri de puresa d’una substància”

Annex 11: “Ebullició de líquids inflamables. Pot bullir i estar més “fred”? (ESO)

Annex 12: “Adquisició automàtica de dades als laboratoris de ciències: Equip Multilog-Multilab” Annex 13Comunicació i pòster presentats al “VI Congreso Internacional sobre investigación en la Didáctica de las Ciencias” (Granada, setembre 2005) “Puede hervir y estar más frío” y “La presión como detective”. Estudio de experimentos en tiempo real .


1. Introducció

1.1. Antecedents del tema objecte del treball

La transformació tecnològica que ha sofert la societat les últimes dècades no té

precedents. L’ús de les noves tecnologies s’ha anat adaptant a les variades

necessitats socials en tots els àmbits i és indiscutible que està canviant les maneres

de fer a tot el món. En el món educatiu els nens i nenes aprenen utilitzant els

recursos informàtics adaptats a la seva edat a partir dels tres anys i a tots els nivells

de l’educació es van introduint paulatinament les noves tecnologies per tal d’arribar a

un domini que forma part dels objectius generals que ha d’assolir la ciutadania en

acabar l’ensenyament obligatori.

Pel que fa a l’aprenentatge de les ciències i la tecnologia, a les dues últimes

dècades ha pres impuls la utilització d’equips EXAO (ensenyament assistit per

ordinador) o en les sigles angleses MBL (microcomputer based laboratory). Aquests

equips consten de sensors, interfície i ordinador amb el programari adequat.

- Els sensors o transductors són aparells que transformen una mesura física

en una tensió elèctrica dins d’un marge determinat. Pràcticament existeixen

sensors de totes les magnituds físiques imaginables: pressió, temperatura,

posició, radiació, intensitat de llum o de so, força, concentració d’oxigen, de

CO2, de ritme cardíac, etc.

- L’ordinador no pot llegir directament la tensió elèctrica subministrada per un

sensor; es necessita un dispositiu que és la interfície que fa de convertidor

analogicodigital (A/D), és adir, transforma la tensió elèctrica en un número

binari, perquè l’ordinador sigui capaç de llegir-lo i transformar-lo. Finalment el

programari instal·lat a l’ordinador transforma l’informació en codi binari en

imatges reconeixibles que podem veure en la pantalla.

Tot aquest procés queda esquematitzat tot seguit:


SENSOR PANTALLA ORDINADOR PROGRAMARI

CONSOLA



Es poden trobar diversos equips EXAO amb aquestes característiques, com el

Sadex, utilitzat a les aules de tecnologia, l’equip Pasco, el Coach, el Vernier i

l’instal·lat al llarg dels últims tres anys a tots els Instituts d’Ensenyament Secundari

de Catalunya, a l’aula de noves tecnologies per a les ciències. L’equip Multilog que

utilitza el programa Multilab.

Pel que fa a l’aplicació a l’aula d’aquesta tecnologia cal potenciar tres aspectes

diferents: el domini del hardware i el software per part del professorat, l’existència

d’un banc divers de pràctiques i exercicis on poder escollir i el coneixement de quina

és la millor metodologia d’aula o el millor material per a donar a l’alumnat de manera

que el pugui ajudar significativament en el seu aprenentatge.

Des del punt de vista didàctic, diversos autors han estudiat les característiques de

les noves tecnologies com a instruments d’aprenentatge. Es suggereix (Combs,

2004) que la direcció ideal en l’ensenyament de les ciències és aquella que combina

el millor de l’ensenyament tradicional amb el millor de les noves tecnologies per tal

d’orientar l’alumnat en l’aproximació constructivista de l’educació científica. Un

interessant treball (Jedeskog i Nissen, 2004) sobre els canvis que s’han produït a les

aules a Suècia des de la introducció obligatòria de les TIC a les aules de secundària

adverteix del risc, fàcil de córrer, de deixar a l’alumnat la responsabilitat de treballar

sols. En aquest sentit és important plantejar-nos com a docents quin és l’objectiu que

es pretén en fer un experiment i de quina manera les noves tecnologies, en el nostre

cas l’equip EXAO, poden, o no, millorar l’execució de la pràctica respecte la manera

tradicional.

Altres treballs també recents (Izquierdo et al, 2004) suggereixen que fer ciència a

l’escola es constitueix com una activitat dins de la complexitat social, fet que anima a

recuperar el paper de les emocions com a element central. En aquest sentit és

fonamental que les experiències proposades estiguin contextualitzades en la mesura

del possible en l’entorn emocional de l’alumnat. Així mateix s’han de proposar

activitats adequades (Sanmartí et al, 2003) que ajudin els nois i noies a adquirir

destresa en l’expressió oral i escrita dels experiments que realitzen.



1.2. Explicació del tema i marc teòric

El tema de la llicència (elaboració de guies didàctiques de química per a treballar

amb equips MBL) està del tot relacionat amb la didàctica de la ciència utilitzant les

noves tecnologies. Els últims tres cursos el Departament d’Educació ha dotat tots els

Instituts d’Ensenyament Secundari de Catalunya amb una “Aula de noves

tecnologies per a les ciències” per això tot el treball d’aquesta llicència s’ha fet

contemplant tres vessants: un d’ells és tenir present els materials de que consta aquesta Aula de noves tecnologies, un altre ha estat pensar sempre en els

objectius que han d’aconseguir els nois i noies en la matèria de química i per

altra banda s’ha elaborat el material a partir de la recerca sobre la manera més efectiva de presentar-lo a l’alumnat i al professorat.

De tot el material de les Aules de noves tecnologies per a les ciències, en

aquesta llicència s’ha treballat buscant i fent recerca sobre aplicacions a la matèria

de química de l’equipament Multilog-Multilab. Diversos estudis anteriors han treballat

estudiant la didàctica de les ciències a secundària amb equips MBL

(microcomputer based laboratory), concretament les llicències

(http://phobos.xtec.es/sgfprp/cerca.php) de A. Aparicio (curs 1998-99) MT Lozano

(2000-01), E. Lalana (2001-02) , J. Oro i J. Broto (curs 2003-04). A la pàgina web

del Centre de Documentació i Experimentació de Ciències i Tecnologia i la les seves

subseus, (http://www.xtec.net/cdec/) poden consultar-se els protocols de pràctiques

elaborats per al Multilog, així com en pàgines web personals dels autors. Tot i així,

en el moment de començar el treball d’aquesta llicència els materials de química

elaborats i publicats per a treballar amb el Multilog-Multilab no arribaven a la desena,

fet que va contribuir a presentar la proposta del treball.

Un altre aspecte rellevant que s’ha tingut present a l’hora de triar quin material i

quines guies didàctiques s’elaboraven han estat els objectius de l’assignatura de química al Batxillerat

(http://www.xtec.es/estudis/batxillerat/01_doc_bat/03_ciencies/17_quimica.pdf ), tot i

que de les onze guies elaborades, tres poden ser utilitzades a ESO i a Batxillerat.

Pel que fa als objectius generals que l'alumnat ha de ser capaç d'assolir, bé que

globalment es pot esperar que amb les noves tecnologies es poden treballar tots, els

números 3, 5, 7, 8 i 9 són els que crec que s'adapten més al treball que s’ha fet.

http://phobos.xtec.es/sgfprp/cerca.php

http://www.xtec.net/cdec/

http://www.xtec.es/estudis/batxillerat/01_doc_bat/03_ciencies/17_quimica.pdf



-Objectiu general 3. "Realitzar, acuradament i amb autonomia, treballs experimentals

prèviament dissenyats i d'altres de caràcter investigatiu".

-Objectiu general 5. "Usar el llenguatge apropiat per descriure el comportament dels

sistemes químics i els canvis que s'hi produeixen".

-Objectiu general 7. "Participar activament en equips de treball al laboratori, a l'aula i

fora d'escola, i assumir la responsabilitat que, com a membre del grup, li pertoca".

-Objectiu general 8. "Relacionar els continguts apresos amb algunes aplicacions de

la química a la vida quotidiana, al coneixement dels processos mediambientals i a la

indústria química".

-Objectiu general 9. "Mostrar determinades actituds característiques de la ciència

lligades a l'observació, l'experimentació, l'ús de terminologia específica, el

raonament i l'esperit crític".

Pel que fa als procediments, la utilització del material elaborat, ha d'ajudar a

l'alumne a adquirir els següents:

"Observació d'informació oral, escrita i experimental. Extracció d'informació a partir

d'experiències de disseny lliure, guiat o simulat per ordinador."

" Experimentació i processament quantitatiu de la informació recollida. Emissió

d'hipòtesis sobre la tasca a realitzar. Disseny d'experiències amb la concreció de les

diferents fases: percepció del problema, identificació de les variables a mesurar,

elecció del mètode de mesura, control de variables. Ús de les tècniques

experimentals i informàtiques. Tabulació de dades, representació gràfica i síntesi en

esquemes i en mapes conceptuals. Establiment de relacions matemàtiques entre

variables procedents de dades experimentals i de problemes numèrics."

En referència als valors, normes i actituds, les tasques dutes a terme estan

relacionades amb els següents continguts:

"En relació amb el treball en química:

Curiositat per interrogar-se respecte a problemes que planteja la química. Iniciativa

en la recerca d'informació i en el treball experimental. Valoració crítica dels resultats

obtinguts en el treball experimental, de resolució de problemes, d'operacions

numèriques, d'interpretació i de lectura de dades. Interès en la utilització dels mitjans

informàtics que faciliten el treball en química. Seguretat en la realització de tasques



al laboratori. Respecte a les aportacions dels diferents membre que constitueixen un

grup de treball i col.laboració amb l'equip."

" En relació amb la interacció química-societat.

Valoració de l'aportació de la química en els processos tecnològics que permeten

una millora de la qualitat de vida. Valoració de la contribució de la química a la

fabricació de productes sintètics que permeten una millora de la qualitat de vida.

Valoració de la química com a coadjuvant en l'ús controlat dels recursos naturals i en

la minimització de la contaminació."

A part de buscar material que compleixi els dos requisits anteriors, també s’ha fet

recerca bibliogràfica sobre la millor manera de presentar el material a l’alumnat per tal de contribuir a crear l’entorn i les condicions favorables per a un aprenentatge

significatiu. La didàctica de la ciència i el procés ensenyament-aprenentatge científic

ha estat objecte de recerques exhaustives i en aquesta llicència s’han redactat els

guions de pràctiques tenint present les consideracions fetes pels autors d’aquestes

recerques. Això s’ha fet amb la finalitat de contribuir a aplicar a les aules de ciències,

al màxim nombre d’estudiants, les descobertes de la recerca educativa. Tot i així el

treball no seria el mateix sense l’experiència docent personal, cada curs amb

algunes classes exclusives de laboratori durant més de vint anys, que no permet que

s’allunyi la visió pragmàtica de les hores de laboratori, del temps limitat i de la

diversitat de capacitats, d’interessos i de maneres d’aprendre de les noies i nois.

S’ha dit (Goodwin, 2005) que els professors de ciències són investigadors educatius:

l’aprenentatge inherent a ensenyar ciències és el fonament vital per a la recerca en

didàctica de la ciència. Un interessant estudi de Stern i Roseman (2004) disponible a

http://project2061.org/tools/textbook/mgsci/INDEX.HTM (consulta juliol 2005) que

avalua diversos llibres de text de ciències, afirma que els materials curriculars (llibres

i demés) sols no poden millorar l’aprenentatge de l’alumnat, però els materials

curriculars d’alta qualitat poden influenciar positivament l’aprenentatge i influir en el

professorat.

Però quines característiques ha de tenir un bon material didàctic per a ser

utilitzat per a l’alumnat en sessions pràctiques amb MBL?

Nombrosos autors estan d’acord en que el material que s’entrega als estudiants els

ha d’implicar emocionalment, en aquest sentit hem assistit a les últimes dècades a

l’aparició d’un gran nombre de llibres de text amb experiències contextualitzades per

tal de fer properes la ciència i la realitat de l’alumnat.

http://project2061.org/tools/textbook/mgsci/INDEX.HTM



Per altra banda és important ajudar els futurs ciutadans i ciutadanes a “entendre,

saber explicar i treure conclusions” de la feina que estan fent, és a dir ajudar-los a

desenvolupar les seves habilitats cognitivolingüístiques, cal ensenyar-los a

descriure, a justificar i a argumentar a partir de les experiències científiques que

viuen en l’entorn educatiu per contribuir a treure el màxim profit de les hores lectives.

En aquest sentit és molt interessant el treball recollit a Sanmartí et al (2003) sobre

com és bo que siguin les preguntes i demandes que es fan a l’alumnat en els guions

de pràctiques en funció dels objectius que es vol que aprenguin.

En el cas concret de la utilització didàctica dels equips MBL o EXAO hi ha diversos

estudis (Pérez-Castro, 2001; Pintó, 2002; Oro, 2004) que conclouen que la millor

manera de presentar el material a l’alumnat és basar la concepció del treball

experimental com un cicle d’aprenentatge fonamentat en la teoria

socio-constructivista dels aprenentatges, que té com a eix fonamental l’ús d’una

terminologia científica prenent com a base el concepte a estudiar i que proposa una

gran varietat de formes (dibuixos, gràfics, diagrames, expressió verbal, etc.) per a

comunicar i discutir idees. L’estructura dels guions de pràctiques que proposen

aquests autors és la que s’ha pres com a base en l’elaboració dels guions que

formen part d’aquesta memòria, i és la següent:

ESTRUCTURA DELS GUIONS DE PRÀCTIQUES 1

SECCIONS CONTINGUT

Introducció Es presenta de forma breu un fenomen quotidià o situació problemàtica, en la que es plantegen interrogants. Es remarca que l’experiència té com a objectiu trobar algunes possibles solucions

A. Procés a estudiar De forma breu s’explica com el fenomen a estudiar serà portat a l’aula i es determinen els aspectes a analitzar del mateix.

B. Descripció del sistema Identificació breu dels diferents elements que constitueixen el sistema dins del qual s’estudiaràel fenomen presentat.

C. Instrument de mesura a utilitzar Identificació dels diferents elements o components que constitueixen l’instrument de mesura.

D. Descripció qualitativa del fenomen a observar En aquest apartat es sol·licita als estudiants que expliquin amb les seves pròpies paraules el fenomen que estudiaran

E. Prediccions Es demana als estudiants que expliquin i descriguin per esctir el que passarà i qpeu prediguin la forma del gràfic traçat a la pantalla de l’ordinador



F. Preparació del sistema de mesura Consta d’accions com: - Preparar el hardware de MBL - Preparar el muntatge o dispositiu

experimental

G. Preparació per a la presa de dades Consisteix en preparar l’instrument de mesura i el dispositiu experimental per a la presa de dades

H. Anàlisi i interpretació dels resultats Es planteja als estudiants, a través de qüestions l’anàlisi qualitativa dels resultats: Lectura del gràfic; establir diferències entre els gràfics experimentals els de les seves prediccions; realitzar canvis d’escala i explicar el que passa amb el traçat del gràfic, establir diferències entre les diferents gràfiques experimentals obtingudes, etc.

I. Ús de termes científics per a explicar el fenomen Es demana als estudiants que expliquin el fenomen que han estudiat, fent ús de termes científics

J. Extensió dels resultats Es presenta una situació que promogui que els estudiants extenguin els resultats obtinguts a situacions més generals, més complexes o de la vida diària, que contingui els elements essencials del fenomen estudiat.

1 Segons Pérez-Castro, 2001

1.3. Objectius del treball Elaborar guies didàctiques de química per a treballar a l'aula de noves tecnologies de

ciències.

Relacionar els conceptes estudiats en els guions, amb les diferents disciplines científiques,

de manera que permetin el raonament transversal dins l'àrea científica. Que siguin activitats

multidisciplinars en la mida del possible, sobretot pel que fa al comentari de les dades

obtingudes experimentalment i relacionar-ho amb altres aspectes com poden ser socials,

econòmics, etc. i no només interpretar els resultats des d'un punt de vista numèric o

estadístic sinó veure quines implicacions poden tenir, i què significaria que els resultats fossin

diferents; o com haurien de ser en una societat que volgués una cosa determinada.

Fer les corresponents guies per al professorat, que incloguin solucionari i propostes

d'avaluació, així com idees per ampliar i/o completar el tema amb altres activitats que puguin

ser dutes a terme dins o fora de l'aula.



Proposar recerques a dur a terme per l'alumnat utilitzant l'equip Multilog Pro i el programari

Multilab, que afavoreixin el treball en equip i l'esperit crític emprenedor, i fer propostes de

recerques a realitzar entre diferents instituts sobre temes científics.

Redactar guions que no siguin una adaptació dels guions de pràctiques clàssics amb

material més sofisticat, sinó que aprofitin tots els recursos que ofereixen les TIC,

especialment pel que fa a la diversificació i de les activitats i la interactivitat entre l’alumnat.

2. Treball dut a terme 2.1. Disseny del pla de treball

- El pla de treball consta de tres fases diferents, que no han estat però separades del tot en el

temps:

1ª Fase: Recerca d'informació, tant bibliogràfica com a partir d’entrevistes personals amb

autors i autores que han elaborat materials d’aquest tipus. Aquesta fase ha estat feta més

intensament els primers mesos, però s’ha anat mantenint al llarg de tota la llicència

2º Fase : Disseny d’experiments, treball al laboratori i ajustos per tal d’adaptar-ho a les

necessitats docents (material, durada de les classes, adequació als programes). Ha estat la

part més important de la llicència pel que fa al temps ocupat. S’ha dut a terme als laboratoris

de l’IES Ferran Casablancas (Sabadell) i als del CDECT (a Vall d’Hebron, Barcelona).

Aquesta fase va començar-se al setembre del 2004 i s’ha dut a terme amb més intensitat els

mesos d’octubre 2004 a abril 2005

3ª Fase: Redacció del material per a l’alumnat, de les pautes pel professorat i de la

memòria de la llicència. Aquesta fase ha estat l’ocupació principal dels últims mesos.

2.2. Metodologia i recursos utilitzats.

S’ha fet una recerca bibliogràfica exhaustiva de revistes especialitzades. Concretament

s’han consultat els articles sobre MBL de les revistes que es citen a continuació a partir de

l’any 2001 fins a l’actualitat.



Revistes consultades:

-Association Belgue des Professeurs de Physique et de Chimie

-Aula de Innovación Educativa

-Bulletin de l’union des Physiciens

- Chemistry Review

-Education and information Technologies

-Education in chemistry

-Enseñanza de las Ciencias

-Eureka

Guix

-Journal of Chemical Education

-Journal of Computers in Mathematics and Science Teaching

- Journal of Research in Science Teaching

-International Journal of Science Education

-Investigación en la escuela

-Mètode

-Revista de la Societat Catalana de Química

-Science

-School Science Review

-Sensor Review

-The Science Teacher

S’ha consultat el material elaborat per altres autors amb l’equip Multilog-Multilab

tant les llicències esmentades a l’apartat 1.2 d’aquesta memòria com el material

obtingut a les pàgines web del CDECT i les seves subseus.

S’ha consultat material elaborat amb altres equips MBL, concretament

- PASCO Chemistry experiments

http://www.pasco.com/experiments/chemistry/home.html

-COACH Software

http://www.harris-educational.com

- VERNIER Lab-Pro

http://www.vernier.com

-AUDACITY (UAB, projecte REVIR)

-COBRA (UPC, Departament d’Enginyeria Minera i Recursos Naturals)


http://www.harris-educational.com/

http://www.vernier.com/



S’han tingut entrevistes individuals tant amb persones que han elaborat material,

com amb professorat tant usuari com no usuari del material de les aules de noves

tecnologies, amb l’objectiu de conèixer les seves inquietuds i opinions respecte el

material existent i el que consideren necessari i útil.

S’han dissenyat experiments que compleixin els requisits de cobrir objectius de

química i poder ser elaborats amb el material de les aules de noves tecnologies i, en

el cas de necessitar material addicional, que pugui ser de fabricació casolana

senzilla o del que normalment es trobi als laboratoris docents. Posteriorment s’han

fet les experiències, acudint de manera regular als laboratoris de l’IES Ferran

Casablancas (Sabadell) i del CDECT (Vall d’Hebron, Barcelona) durant els set

mesos del mig de la llicència. Les experiències han estat fetes repetidament sota

diferents condicions fins que s’ha garantit la seva reproducibilitat i adequació a les

aules docents pel que fa a quantitat de material i substàncies a utilitzar. S’han

escollit substàncies amb la mínima toxicitat, sempre que ha estat possible es

proposen substàncies d’us quotidià a les llars i s’ha intentat també minimitzar el

volum de residus produït. S’ha elaborat el corresponent diari de laboratori, que no

s’inclou en aquesta memòria.

Finalment s’ha procedit a la redacció del material pels alumnes i professorat. En el moment de la redacció s’han tingut presents diferents factors:

- Un d’ells ha estat l’adequació didàctica del material a elaborar, en aquest

sentit s’han seguit les directrius de les recerques en didàctica de la ciència i

s’ha redactat cada guió com un cicle d’aprenentatge (apartat 1.2 de la

present memòria), tenint present també els factors que s’exposen tot seguit.

- Temps real de que es disposa per a fer les pràctiques. A partir de la pròpia

experiència i de les nombroses converses amb companys de professió,

s’han redactat els guions de manera que es puguin dur a terme en una o,

majoritàriament, dues sessions, tenint present que cada sessió de pràctiques

és d’una hora a la gran majoria de centres consultats. Creiem que és

interessant que el material elaborat pugui ser utilitzat pel professorat que

vulgui sense haver-hi de fer adaptacions, si així ho desitja. A moltes

entrevistes personals ha sortir la frase “Si les pràctiques no duren una hora, no les



farà ningú” en referència a la dificultat real de combinar totes les activitats

docents dels Instituts. Però una hora és un temps massa curt per a que

l’alumnat pugui passar per tots els estadis d’un cicle d’aprenentatge, que és

l’activitat que es considera adequada per a assolir un aprenentatge

significatiu amb equips MBL. Per aquest motiu s’ha valorat que no té sentit

preparar un material per a ser utilitzat en un espai tant curt de temps, i s’ha

elaborat pensant majoritàriament en dues hores.

- Per tal que el material elaborat estigui fàcilment a disposició del professorat

que ho desitgi, s’han tingut converses amb els responsables del CDECT,

com a resultat el format donat als guions és el de protocols del Centre de Documentació i Experimentació en Ciències i Tecnologia, ja que es

preveu en un futur la inclusió a la seva pàgina web.

Segons indicacions del Departament d’Educació, s’ha treballat en el sentit de

donar a conèixer el material i estudis d’aquesta llicència, per això s’ha fet el

següent:

- Presentació d’una aportació al “VI Congreso Internacional sobre

investigación en la Didáctica de las Ciencias” (Granada, setembre 2005)

- Tres presentacions dels estudis duts a terme, una al CDECT (Vall d’Hebron),

una al Departament d’Enginyeria Minera i Recursos Naturals de la Universitat

Politècnica de Catalunya (Manresa) i una tercera a l’IES Ferran Casablancas

(Sabadell)

3. Resultats obtinguts

Com a resultat del treball s’ha obtingut el següent material, que es presenta complet

als annexos d’aquesta memòria:

8 protocols, redactats com cicles d’aprenentatge, per tal de treballar la química de

Batxillerat, amb les corresponents orientacions pel professorat i propostes de

recerca i ampliació de les experiències en funció dels objectius docents. Tots els

protocols han estat contextualitzats amb dades sobre activitats actuals de recerca,

industrials, d’eliminació de contaminants i de propietats químiques de productes

casolans.



1 protocol, redactat com un cicle d’aprenentatge, que té l’objectiu d’introduir els

estudiants novells a la pràctica d’experiments EXAO, conté explicacions sobre

l’equip i una experiència senzilla per tal d’utilitzar l’equip Multilog i els aspectes més

rellevants programa Multilab. Aquest material pot ser utilitzat a qualsevol nivell de

secundària.

2 protocols, redactats com cicles d’aprenentatge, adequats per a primer (o segon)

cicle d’ESO, amb el corresponent material pel professorat.

1 protocol, redactat amb enllaços i hipervincles amb el programa word, amb

l’objectiu de donar a conèixer a l’alumnat les possibilitats dels equips EXAO. Aquest

material conté un petit joc que convida els participants a idear reptes que puguin ser

resolts amb el Multilog.

Una comunicació al “VI Congreso Internacional sobre investigación en la

Didáctica de las Ciencias” (Granada, setembre 2005) que ha estat acceptada amb el

títol “Puede hervir y estar más frío” y “La presión como detective”. Estudio de

experimentos en tiempo real.

També s’ha obtingut material bibliogràfic que s’esmenta a l’apartat 7 de la memòria.

Alguns dels articles consultats s’han considerat especialment rellevants per aquest

estudi, per aquest motiu s’inclouen tot seguit, seguits d’una petita ressenya-resum.

Bibliografia comentada:

Combs L.W.2004. Science education in the web era. Journal of computers in

mathematics and science technology.23(2), 139-149.

Temes que tracta: Article que defensa que la direcció ideal cap on ha d’anar

l’ensenyament de les ciències és aquella que combina el millor de la manera

tradicional de fer classe amb el millor de la nova manera, utilitzant els recursos en

xarxa. L’autor es pregunta com els educadors poden utilitzar la tecnologia per a guiar

l’aproximació constructivista a l’educació científica. L’autor creu que en cursos

baixos probablement és millor o més segur utilitzar el llibre de text, amb CD, vídeos i

demostracions addicionals. Suggereix diverses webs que ajuden l’estudiant a fer



exercicis repetitius, animacions i simulacions, veure estructures tridimensionals de

molècules, o entendre els efectes de diverses variables sobre un observable. També

proposa exemples de cursos de química via web.

http://proton.csudh.edu/lecture_help/lechelp.html

http://www.colorado.edu/physics/2000/index.pl

http://www.smogcity.com/welcome.htm

http://chemnet.kennesaw.edu

Gardner R. 1999. Science projects about the environment and ecology. Enslow

Publishers USA. ISBN 0-89490-951-7. 112 pp.

Nivell: Primària i secundària

Temes que tracta:

- Proposa experiments força senzills de dur a terme, molts

poden ser fets a casa, amb els quals treballa conceptes

bàsics d’ecologia

Jedeskog G. I Nissen J. 2004. ICT in the classroom: Is doing more important

than knowing? Education and information technologies 9(1) 37-45.

Temes que tracta:

Article científic que explora els canvis que s’han donat a les aules a Suècia des de la

introducció de les TIC obligatòries a les aules de secundària. Els autors creuen que

el rol de l’ordinador pot distreure l’alumnat i destorbar-lo de fer una tasca escolar

disciplinada. També van observar que sovint, tant el professor com la majoria de

l’alumnat tot i estar a l’aula durant tota la classe, no col·laboraven entre ells, tot i

donar-se l’ambient per a fer-ho. Expliquen que l’activitat a les aules ha canviat, però

no sempre positivament, perquè hi ha alumnat que navega per la xarxa sense rumb,

n’hi ha que xategen, que es baixen música, etc, però que quan els autors de l’estudi

s’acostaven, ràpidament i amb molta habilitat, tornaven a les tasques escolars. El

resultat és que els resultats dels treballs elaborats per l’alumnat no tenien el rigor

esperat.

Els autors alerten: els resultats del seu estudi indiquen que hi ha risc en utilitzar les

activitats basades en les TIC, potser és massa fàcil deixar a l’alumnat la

responsabilitat de treballar sols.

http://proton.csudh.edu/lecture_help/lechelp.html

http://www.colorado.edu/physics/2000/index.pl

http://www.smogcity.com/welcome.htm

http://chemnet.kennesaw.edu/



Koehler B.P. i Orvis J.N. 2003. Internet-based prelaboratory tutorials and

computer-based probes in general chemistry. J. Chem. Educ. 80(6) 606-608.

Nivell: Química general. Georgia Southern University.

Han elaborat material disponible a

http://www2.gasou.edu/chemdept/prelabs (accés abril 2005)

Conclusions del treball:

- Hi ha més temps al laboratori per a l’obtenció de dades

analítiques i estudis d’ampliació

- Els tutorials de prelab reemplacen les llargues explicacions

abans de les pràctiques

- La transició de l’estil antic de treballar al laboratori amb el basat

amb l’ordinador ha estat molt fàcil.

- Els alumnes van al laboratori amb més confiança i a punt de

treballar.

Newton D. 2003. Salters’ A-level investigations examined. Education in

chemistry. Novembrer 2003. 161-163.

Nivell: A-level al Regne Unit, el que equival al nostre batxillerat

Temes que tracta: A l’ultim curs de A level, l’alumnat ha de fer una

investigació individual. Aquesta motiva molt els alumnes, però la majoria troben que

hi ha de treballar fort i això els treu temps. L’autor proposa que l’alumnat faci una

investigació guiada i en grup durant el primer curs, per tal d’acabar d’adquirir les

destreses necessàries tant pel que fa al maneig del laboratori, com dels càlculs i de

la planificació de la feina.

És un article que dóna idees que es poden aplicar per millorar el rendiment

al treball de recerca del nostre batxillerat.

Pérez Castro O.J. 2001. El uso de experimentos en tiempo real: estudio de

casos de profesores de física de secundaria. Tesi doctoral. www.tdx-cesca.es/TDX-

113103-15751/

Temes que tracta: Tesi doctoral, identifica els elements que s’han de tenir en

compte a la formació dels professors de física per tal que utilitzin MBL

(microcomputer-based learning) de manera adequada. La tesi està escrita de

manera molt entenedora, amb una completa anàlisi bibliogràfica. És particularment

http://www2.gasou.edu/chemdept/prelabs

http://www.tdx-cesca.es/TDX-113103-15751/




interessant l’estructura que proposa dels guions de pràctiques a la pàgina 38,

sobretot pel professorat que sovint n’escrivim, de guions.

Stern L. i Roseman J.E., 2004. Can middle-school science textbooks help

students learn important ideas? Findings from project 2061’s curriculum evaluation

study: Life Science. Journal of Research in Science Teaching. 41(6). 538-668. Temes que tracta: Els autors parteixen de la base que els materials curriculars

(llibres i altres) sols no poden millorar l’aprenentatge de l’alumnat, però que els

materials curriculars d’alta qualitat poden influenciar positivament l’aprenentatge i

influir en el professorat.

Basat en un projecte per avaluar els materials de ciències disponible a


El treball mostra els resultats de les anàlisis practicades a vuit llibres de text, que

tracten sobre les ciències de la vida. Els criteris instructius que valoren són sis:

- Donar sentit al que s’explica.

- Tenir en compte les idees dels estudiants

- Captar els estudiants amb fenòmens rellevants.

- Utilitzar i desenvolupar idees científiques

- Promoure el pensament de l’alumnat

- Controlar i guiar el progrés en l’aprenentatge.

Zembylas M. 2004. Young children’s emotional practices while engaged in long-

term science investigation. Journal of research in science teaching. 41(7) 693-719.

Temes que tracta: L’article descriu un estudi fet durant tres cursos a una mestra de

ciències, amb 25 anys d’experiència, d’alumnat menor de 10 anys. Conclou que la

cultura emocional de l’aula juga un paper clau tant en el desenvolupament de les

regles emocionals de la classe com en la legitimació del coneixement científic.

Aquesta relació es reflecteix en dos nivells del diàleg a l’aula: anar parlant i fent

ciència, i expressar emocions sobre la ciència i el seu aprenentatge.

4. Estudis i/o cursos realitzats

Durant el temps objecte de la llicència he realitzat com a alumna, a nivell

experimental, el “Curs telemàtic sobre les aules de noves tecnologies per a les

ciències”, és un curs bàsic d’utilització de l’equip Multilog-Multilab.




També vaig assistir a la conferència de Ronald K. Thornton (Tufts University, MA,

USA) “Aprenentatge interactiu en classes grans i petites utilitzant sensors”. Aquest

professor ens va mostrar com es pot fer una classe interactiva amb un nombre gran

d’alumnes, treballant experiències pràctiques amb sensors. Els estudis d’aquest

professor universitari de física demostren uns millors resultats en estudiants que han

assistit a classes on s’utilitzen les tècniques que ens va explicar.

5. Conclusions

- S’han elaborat deu protocols de pràctiques per a treballar l’assignatura de química

amb l’equip Multilog-Multilab a les aules de noves tecnologies per a les ciències amb

les que el departament d’Educació ha dotat els Instituts aquests darrers anys.

- S’han elaborat dos protocols més per tal d’introduir l’alumnat a l’ús i potencial

d’aplicacions dels experiments en temps real (EXAO, MBL)

- Els protocols han estat redactats tenint present: les disponibilitats de material dels

laboratoris de secundària, el temps real de docència de que es disposa, els objectius

que han d’assolir els alumnes i els resultats de les recerques didàctiques sobre la

manera de presentar el material a l’alumnat per tal que n’obtingui un màxim

aprofitament.

- S’ha elaborat el corresponent material per al professorat, que inclou temporització,

alumnat al qual s’adreça l’experiència, orientacions metodològiques i tècniques,

propostes de recerca, ampliació, variació o gestió de l’aula, resultats esperats i

respostes al qüestionari.

- S’ha presentat una aportació al “VI Congreso Internacional sobre investigación en

la Didáctica de las Ciencias” (Granada, setembre 2005) que ha estat acceptada amb

el títol “Puede hervir y estar más frío” y “La presión como detective”. Estudio de

experimentos en tiempo real.



Suggeriments:

Després de tot un curs gaudint de fer aquest treball, m’atreveixo a fer aquests dos

suggeriments, pensant en la futura possible utilització del material elaborat.

- Seria interessant experimentar els protocols que proposo amb alumnat com a

objecte d’una recerca metòdica per tal d’optimitzar la qualitat didàctica.

- Les condicions reals de la pràctica docent de la didàctica de les ciències (baix

nombre d’hores de classe, no obligatorietat de les classes pràctiques, alumnat amb

necessitats molt diverses, manca real de professorat per atendre totes les

problemàtiques, canvi social del paper de les escoles i instituts, etc) fa que sovint

moltes innovacions docents, que tenen eficàcia demostrada, quedin oblidades o

tinguin una aplicació molt baixa. Caldria posar fre i treballar seriosament des de les

administracions per tal de canviar aquesta situació i ser prou crítics amb els resultats

d’aquest treball que es faci, per tal de corregir-lo fins que agafi la direcció del tot

correcta i l’eficàcia suficient per tal que es noti el canvi a la pràctica docent real. Per

això suggereixo tímidament que cal un treball en equip amb experts de moltes

disciplines.

6. Relació dels materials continguts en els annexos

Protocols de pràctiques:

Annex 1: “ Enregistrament automàtic de dades Multilog- Multilab” (material

d’introducció per a l’alumnat que utilitza per primera vegada l’equip)

Annex 2:“ Determinació de l’entalpia de vaporització d’un líquid” (batxillerat)

Annex 3: “Concentració de coure en aigües residuals” (batxillerat)

Annex 4. “Determinació de la massa molar d’un líquid” (batxillerat, 4t ESO)

Annex 5: “Què vol dir dissolució tampó?” (batxillerat)

Annex 6: “Neteja d’aigua contaminada amb ferro” (batxillerat)



Annex 7:“Procés industrial a escala de laboratori: obtenció d’un metall” (batxillerat)

Annex 8:“Pressió de vapor i higiene industrial” (batxillerat)

Annex 9:“Velocitat de reacció” (batxillerat)

Annex 10: “La temperatura d’ebullició com a criteri de puresa d’una substància”

(ESO)

Annex 11:“Ebullició de líquids inflamables. Pot bullir i estar més “fred”? (ESO)

Annex 12: “Adquisició automàtica de dades als laboratoris de ciències: Equip

Multilog-Multilab” (material amb enllaços i hipervincles per tal que l’alumnat conegui

l’equip i les seves possibilitats, amb un joc per afavorir la creació de reptes que es

puguin resoldre amb l’equip Multilog.

Annex 13: Comunicació i pòster presentats al “VI Congreso Internacional sobre investigación en la Didáctica de las Ciencias” (Granada, setembre 2005) “Puede hervir y estar más frío” y “La presión como detective”. Estudio de experimentos en tiempo real .

7. Agraïments

Aquest treball mai s’hauria realitzat sense la Imma Torra, professora del

Departament d’Enginyeria Minera i Recursos Natural (EUPManresa, UPC) persona

que va accedir a supervisar-lo i que amb els seus suggeriments va orientar-me en

una cosa tant important com és anar pel bon camí inicial, gràcies. També del mateix

Departament vull agrair a la Roser Gorchs les llargues converses mantingudes sobre

didàctica i moltes altres coses al llarg d’aquest curs.

Agraeixo també els bons suggeriments i l’interès mostrat tant a l’inici com durant

l’evolució del treball de la Conxita Mayós i el Josep Mellado del Departament

d’Educació de la Generalitat de Catalunya. També tinc un molt bon record del

CDECT, on he fet bona part de l’experimentació d’aquest treball. Montse Cabello,

gràcies per la confiança des del primer dia que em vaig presentar i em vas deixar

utilitzar un espai al laboratori i un ordinador, i he tingut la sort de compartir laboratori

amb dues Expertes amb majúscules del Multilog, l’Ana Aparicio i la M.Teresa

Lozano, els muntatges segur que no serien els mateixos sense les vostres idees. Ha



estat un plaer compartir cafès (per mi, no descafeïnats) i converses interessants amb

la resta de personal del CDECT.

Al llarg de la llicència he tingut converses amb molts companys de professió,

agraeixo especialment al Julian Oro i al Joan Aliberas els seus suggeriments i el

material que m’ha proporcionat.

També vull donar les gràcies per la complicitat a tots els companys del Seminari de

Física i Química de l’IES Ferran Casablancas de Sabadell: Trini Fernández, Maribel

Lambán, Manel Nafría, Moisés Lostao, Consol Ríos i Amparo Morán.

Finalment estic molt agraïda al Departament d’Educació per haver-me donat la

possibilitat d’aquest any d’estudi i de formació que ha estat la llicència.

8. Bibliografia

Aparicio A. et al. Curs per a l'ús didàctic de les aules de noves tecnologies per a les ciències.

Material de suport. Curs 2002-03. Generalitat de Catalunya. Departament d'Ensenyament.

Ardac D. i Akaygun S. 2004.Efectiveness of multimedia-based instruction that

emphasizes molecular representations on students’ understanding of chemical

change.Journal of research in science teaching.41(4) 317-337.

.Beckett et al. 1989. Biology. Teacher's guide. Coordinated Science. Oxford University Press.

Oxford.

Beckett et al. 1989. Chemistry. Teacher's guide. Coordinated Science. Oxford University

Press. Oxford.

Beckett et al. 1989. Physics. Teacher's guide. Coordinated Science. Oxford University Press.

Oxford.

Bell B. 2005. Pedagogies developed in the learning in science projects and related

theses. International Journal of Scientific Education 27(2) 159-182.

Busquets at al, 1992. Pràctiques de química general. Ed.UPC-EUPM. Manresa.



Brown L.R. 2002. Ecoeconomia. La construcció d'una economia per a la terra.Centre Unesco

de Catalunya.

Case J. Jawitz J. 2004. Using situated cognition theory in researching student

experience of the workplace. Jounal of research in science teaching 41(5) 415-431.

Clark D. I Jorde D. 2004. Helping students revise disruptive experientally supported

ideas about thermodinamics: computer visualizations and tactile models.Journal of

research in science teaching 41(1) 1-23.

Clarke D.W. 2004. Shoebox spectroscopy. The science teacher. September 2004.

44-47.

Cifuentes L. i Hsieh Y-C J. 2004.Visualization for middle school students

engagement in science learning. Journal of computers in mathematics and science

teaching 23(2) 109-137.

Combs L.W.2004. Science education in the web era. Journal of computers in

mathematics and science technology.23(2), 139-149.

Costa J.M. i Cabot P.L.I. 1986.Corrosió i medi ambient. Publicacions Edicions Universitat de

Barcelona.

Davies I. 2004. Science and citizenship education. International Journal of Scientific

Education 26(14) 1751-1763.

Denial D et al.1990. Investigating chemistry(2nd edition). Heinemann Educational Books Ltd.

Oxford.

Edwards R. & Leach J. 2003. You are telling me what to do, why should I do it? How

does Science education research influence science education policy.EIS. April 2003.

18-20.

Erbert J.R., Elliot N.A. Hurteau L. i Schulz A. 2004. Modelling convection. The

science teacher. September 2004. 48-50.



Florence M.K. I Yore L.D. 2004. Learning to write like a scientist: Coauthoring as an

enculturation task. Journal of research in science teaching. 41(6) 637-668.

Franquesa T. et al. 1998. Hàbitat. Guia d'activitats per a l'educació ambiental. Col.lecció

Materials 3. Institut d'educació. Ajuntament de Barcelona.

Freemante M. Chemistry in action. 1991.Macmillan education ltd. London.

Friedl A..2000. Enseñar ciencias a los niños. Ed Gedisa. Barcelona.

García J.E. 2004. Los contenidos de la educación ambiental: una reflexión desde la

perspectiva de la complejidad. Investigación en la escuela 53 31-51.

García Torres A.R. i López Jiménez A.M. 2004. Complejidad, No-linealidad y

didáctica de las ciencias. Investigación en la escuela 53 53-69.

Gardner R. 1999. Science projects about the environment and ecology. Enslow

Publishers USA. ISBN 0-89490-951-7. 112 pp.

González Duarte, P i Izquierdo M.(eds) 1983. Investigacions en química general. Universitat

Autònoma de Barcelona.

Goodwin A. (2005). Linking educational research and the teaching of science. School

Science Review 86(316) 119-123.

Izquierdo M., Espinet M. Bonil J. I Pujol R.M. 2004. Ciencia escolar y complejidad.

Investigación en la escuela 53 21-29.

Jedeskog G. I Nissen J. 2004. ICT in the classroom: Is doing more important than

knowing? Education and information technologies 9(1) 37-45.

Koehler B.P. i Orvis J.N. 2003. Internet-based prelaboratory tutorials and computer-

based probes in general chemistry. J. Chem. Educ. 80(6) 606-608.



Lalana, E. 2002. Coneixement del sensor de temperatura. Adquisició automàtica de

dades al laboratori de química.

http://www.xtec.es/sgfp/llicencies/200102/resums/elalana.html

Lao C, Solé M i Tortosa M. 1995. Experimentació en química I. EUPM.

Lao C, Gorchs R, Tortosa M i Solé M.1997. Situació actual i problemàtica de l'Experimentació

en Química I i Experimentació en Química II a l'Escola Universitària Politècnica de Manresa.

a Casal J. i Sastre A. (eds) Didàctica i organització d'assignatures basades en

l'experimentació. Universitat Politècnica de Catalunya. Barcelona.

Lee G., Jaesool K., Park S-S., Kim J-W., Kwon H-G. I Park H-K. 2003. Development

o fan instrument for measuring cognitive conflict in secondary-level science classes.

Journal of research in science teaching. 40(6) 585-603.

Letcher T.M. i Battino R. 2004. Demonstrating endothermic reactions. Education in

chemistry. July 2004. 104-109

Mason D.S. 2004. Rethinking the classroom labortory. J. Chem. Educ. 81(9) 1241.

McRobbie C.J. i Thomas G.P. The use of microcomputer-based learning in senior

chemistry: Does technological innovation always result in improved student learning?

A http://www.aare.edu.au/98pap/mcr98120.htm

Multilog Pro. Guia d’usuari. 4ª ed. Juny 2002.Enosa.

Newton D. 2003. Salters A-level investigations examined. Education in chemistry.

Novembrer 2003. 161-163.

O'Neill P. 1985. Environmental Chemistry.George Allen & Unwin (publishers)Ltd. London.

O’Neill D.K. i Polman J.L. 2004. Why educate “little scientists?” examining the

potential of practice-based scientific literacy.Jounal of research in science

teaching.41(3) 234-266.


http://www.aare.edu.au/98pap/mcr98120.htm



Oldham V. 2003. Effective use of ICT in secondary science: guidelines and case

studies. School Science Review 84 (309) 52-60.

Osborne J., Collins S., Ratcliffe M., Millar R. i Duschl R. 2003.What “Ideas-about-

Science” Should be taught in school science? A Delphi study of the espert

community. Journal of research in science teaching.40(7) 692-720.

Oro J. 2004. Integració de l’ús de tecnologies de la informació per a l’ensenyament

de la física al batxillerat. Memòria llicència curs 2003-2004.

Peñuelas, J.1993. El aire de la vida. Ariel ciencia. Barcelona.

Pozo, J.I. i Gómez Crespo, M.A. 1998. Aprender y enseñar ciencia. Ed. Morata. Madrid

Pérez Castro O.J. 2001. El uso de experimentos en tiempo real: estudio de casos de

profesores de física de secundaria.Tesi doctoral. www.tdx-cesca.es/TDX-113103-

15751/

Pickersgill D. 2003. Effective use of the internet in science teaching.. School Science

Review 84(309) 77-87.

Pintó R. 2002. El trabajo experimental con nuevas tecnologías. Aula de Innovación

educativa. 112 . 33-38.

Projecte REVIR-Educació vial 2. 2004. CRECIM Centre de Recerca per a l’educació

científica i matemàtica. Universitat Autònoma de Barcelona. Març2004.

Projecte REVIR-Educació acústica 2. 2004. CRECIM Centre de Recerca per a

l’educació científica i matemàtica. Universitat Autònoma de Barcelona.novembre

2004.

Robinson W.R. 2004. Cognitive theory and the design of multimedia instruction.

Journal of Chemical Education. 81(1) 10-12.

Rogers L. & Pinlayson H. 2003. Does ICT in science really work in the classroom?

Part 1The individual teacher experience. School Science Review.84(309) 105-111.





Russel D.W., Lucas K.B., i McRobbie C.J. 2004.Role of the microcomputer-based

laboratory display in supporting the construction of new understanding in thermal

physics. Journal of research in science teaching 41(2) 165-185.

Sanmartí N.(coord), Calvet M., Custodio E., EstanyaJ.L., Franco R., Garcia M.P.,

Izquierdo M., Màrquez C., Oliveras B., Ribas N., Roca M., Sardà A., Solsona N. I Via

A. 2003. Aprendre ciències tot aprenent a escriure ciència. Llibres a l’abast. Ed. 62.

Barcelona, 234 pp.

Sierra-Fernandez J.L. i Perales-Palacios F.J. 2003. The effect of instruction with

computer simulation as a research tool on open-ended problem-solving in a spanish

classroom of 16 year-olds. Journal of computers in mathematics and science

teaching 22(2) 119-140.

Slowinski, Wolsey i Masterton. 1989. Chemical principles in the laboratory (5th edition).

Saunders College Publishing. New York.

Solbes J., Furió C., Gavidia V. I Vilches A. 2004. Algunas consideraciones sobre la

incidencia de la investigación educativa en la enseñanza de las ciencias.

Investigación en la escuela. 52. 103-109.

Solbes J. I Traver N. Falta any. Contra el desinterès cap a la ciencia. La història de

la ciencia i les relacions entre ciencia, tecnología i societat (CTS): eines. Mètode 39

7-12.

Steinberg R. 2003. Effects of Computer-based laboratory instruction on future

teacher’s understanding if the nature of science.Jounral of computers in mathematics

and science teaching 22(3) 185-205.

Stern L. i Roseman J.E., 2004. Can middle-school science textbooks help students

learn important ideas? Findings from project 2061’s curriculum evaluation study: Life

Science. Journal of Research in Science Teaching. 41(6). 538-668.

B.J. Stokes (ed). 1990 (8th reimpress.). Nuffield Advanced Science.Chemistry. Students' book

I and II. Longman group Ltd. UK.



B.J. Stokes (ed). 1990 (8th reimpress.) Nuffield Advanced Science. Chemistry. teachers'

guide I and II. Longman group Ltd.

Taber K. 2004. A Challenge for chemistry teachers. Education in chemistry.

http://www.rsc.org/lap/educatio/eic/2004/taber_may04.htm

Trumper R. I Gelbman M. What are microcomputer-based laboratories for? An

example from introductory kinematics. 2002. Journal of computers in mathematics

and science teaching 21(3) 207-227.

Zacharia Z. 2003. Beliefs, attitudes, and intentios of science teachers regarding the

educational use of computer simulations and inquiry-based experiments in physics.

Jounal of research inscience teaching 40(8) 792-823.

Zembylas M. 2004. Young children’s emotional practices while engaged in long-term

science investigation. Journal of research in science teaching. 41(7) 693-719.

Webgrafia

De totes les pagines web consultades, són especialment interessants les següents: - Pagines personals http://www.xtec.es/~jguitar3/

http://www.xtec.es/%7Ejuoro/

- Útils per a aplicacions a l’aula i per contextualitzar les pràctiques

WWW.ScienceEducationReview.com

http://www.envirolink.org/

http://enn.com/

www.nsta.org/highschool#journal

http://www.rsc.org/lap/educatio/eic/2004/taber_may04.htm

http://www.xtec.es/%7Ejguitar3/

http://www.xtec.es/%7Ejuoro/

http://www.scienceeducationreview.com/

http://www.envirolink.org/

http://enn.com/

http://www.nsta.org/highschool#journal



- Experiències amb equips EXAO

http://www.harris-educational.com


http://www.vernier.com/publishers

http://www.harris-educational.com/


http://www.vernier.com/publishers

ANNEX 1 Enregistrament automàtic de dades Multilog-Multilab

Enregistrament automàtic de dades Multilog-Multilab

Entrem dins d’una habitació i no fem res ... de veritat podem no fer res?

Pot ser que canviem la temperatura de l’aire al nostre voltant?

I si ens movem i no ens veu ningú ni hi ha cap càmera, podria saber algú que ens hem mogut?

I si parlem, es pot “veure” la nostra veu?

Objectius

• Conèixer els elements bàsics d’un equip d’enregistrament i tractament de dades • Conèixer el funcionament bàsic de la consola Multilog-Pro i del programa Multilab • Fer mesures amb el sensor de temperatura i aprendre a crear i guardar un gràfic i una taula

amb el programa Multilab

Introducció

Els elements bàsics de l’equip d’enregistrament i tractament automàtic de dades són els

sensors, la interfície i l’ordinador

Els sensors Els sensors o transductors són aparells que transformen una mesura física en una tensió

elèctrica dins d’un marge determinat. Pràcticament existeixen sensors de totes les magnituds

físiques imaginables: pressió, temperatura, posició, radiació, intensitat de llum o de so, força,

concentració d’oxigen, de CO2, de ritme cardíac, etc.

L’ordinador no pot llegir directament la tensió elèctrica subministrada per un sensor; es

necessita un dispositiu, la interfície que en el nostre cas és la consola Multilog Pro, que fa de

convertidor analogicodigital (A/D), és a dir, transforma la tensió elèctrica en un número binari,

perquè l’ordinador sigui capaç de llegir-lo i emmagatzemar-lo. Finalment el programari instal·lat

a l’ordinador( en el nostre cas el programa Multilab) transforma l’informació en codi binari en

imatges reconeixibles que podem veure a la pantalla.


SENSOR CONSOLA ORDINADOR PROGRAMARI

PANTALLA

Cal tenir present que en l’equip Multilog-Multilab la configuració de les mesures tant es pot fer

des de la consola com des de l’ordinador

TORTOSA MORENO, M. (2005)

1


Taula 1. Imatges i característiques d’alguns sensors

Sensor

Imatge

De temperatura Mesura entre –25ºC i 110ºC

De pressió Mesura entre 0 i 700 kPa

De distància Mesura entre 0,4 i 10 m

Amperímetre Mesura entre –2,5 A i + 2,5 A

De força Té dues escales de 10N i de ± ± 50N

La consola Multilog-Pro La interfície utilitzada és la consola Multilog Pro, al costat esquerre té l’entrada d’alimentació

(DC)-!”V) i els sòcols de connexió sèrie USB i sèrie de 9 pins per comunicar la consola i

l’ordinador. La consola també disposa d’una bateria interna carregable que li permet funcionar

de manera autònoma.

A la part superior de la consola hi ha 4 sòcols d’entrada i de sortida per als corresponents

sensors


2


En fer pressió per tal de connectar els sensors cal anar amb compte de no deformar els pins. Hi

ha una única orientació, que cal respectar.

Sòcols d'entrada i de sortida (I/O).

1ª entrada, I/O-1 2ª entrada, I/O-2 3ª entrada, I/O-3 4ª entrada, I/O-4

Entrada d'alimentació (DC 9-12V)

Sòcol de connexió PC sèrie de 9 pins

Sòcol de connexió PC sèrie USB

Figura 1. Característiques de la consola MultilogPro (interfície) Quan s’encén, el Multilog Pro s’inicia amb una finestra d’informació de sistema i llavors mostra

el menú principal. El Multilog-Pro té 9 menús, amb les fletxes endavant i enrera es pot ressaltar

un menú, i prement Enter s’obre el menú e es poden veure les diferents opcions Figura 2. Pantalla que s’observa en encendre la interfície que és la consola Multilog Pro

Figura 3.Botons de menú de la interfície Multilog-Pro


3


El programa Multilab

Aquest programa permet visualitzar les mesures efectuades pel sensor, en temps real, a la

pantalla de l’ordinador. Permet elaborar taules de dades, fer gràfics i tractar-los

matemàticament, i també incorporar un vídeo de l’experiment que es du a terme.

En obrir el programa Multilab, a la pantalla poden veure’s fins a quatre zones: una que mostra

una taula de dades, un zona de vídeo i una de gràfic, que pot dividir-se en dues. Amb els

botons corresponents es pot seleccionar veure d’una a quatre d’aquestes zones en que es

divideix la pantalla.

Com a exemple, a continuació podem veure un esquema de la finestra que pot sortir a

l’ordinador després de fer una pràctica amb el programa Multilab. Figura 4. Esquema de la finestra Multilab Les diverses ordres poden donar-se a partir dels corresponents menús del programa o dels

botons que es mostren a les vores de la pantalla

Captació de dades amb un sensor i creació dels corresponents gràfics i taules amb el programa Multilab. A continuació teniu les instruccions bàsiques per a connectar un sensor, la consola i

l’ordinador, captar les dades i crear-ne gràfics i taules.


4


Pràctica: Mesura de la temperatura del laboratori

Fonament teòric.

El sensor es posa en contacte amb l’aire de l’aula a ran de terra i al sostre alternativament, a

cada cas s’estableix l’equilibri tèrmic mitjançant transferència d’energia (calor)

Objectius: Fer prediccions de temperatura en situacions semblants

Aprendre a captar les dades amb el Multilog Pro, i a visualitzar-les amb el Multlab

Interpretar els resultats obtinguts mitjançant un model de la matèria.

Procediment

Equipament

- Interfície Multilog Pro

- Cable USB ( o bé cable de connexió de pins.

- Sensor de temperatura (rang –25ºC/110ºC) la part més sensible a la

mesura d’aquest sensor és el terç inferior

- Ordinador - Rellotge amb secundera o cronòmetre

Precaucions. Cal tractar amb cura el sensor per tal de no doblegar-lo. És convenient agafar la vareta per l’extrem dels cables, on hi ha un plàstic.

Muntatge de l'experiència Configuració del programa i captació de les dades.

1. Connecteu el sensor de temperatura a la consola Multilog, a l’entrada IO-1 (veure Taula 1 i Figura 1)

2. Connecteu la consola a l’ordinador amb el cable USB o el de pins

3. Obriu la consola i després l’ordinador

4. Obriu el programa Multilab.

5. Configuració del sistema. Heu de configurar el sistema perquè enregistri les dades de

temperatura en funció del temps, per a fer-ho seguiu les instruccions següents

- Cliqueu el botó configurar ajudant, , s’obre una primera pantalla


5


1ª pantalla es detecta el sensor de temperatura

2ª pantalla seleccioneu freqüència: cada segon mode d’escalat: escala completa mode de gravació: substituir cliqueu: proper

Cliqueuproper

3ª pantalla Seleccioneu per temps, 8:20 min. Cliqueu acabar

Predicció Estimeu quina temperatura pot haver-hi a prop del sostre i a prop de terra del laboratori T(sostre) = __________ T(terra) = ____________ Execució de l'experiència

Inicieu la captació de dades botó . Mentre dura l’experiència poseu el sensor un minut i

mig prop del sostre i després un altre minut i mig a prop del terra. Repetiu un parell de vegades

el mateix fins que s’acabi el temps.

Una vegada acabades les mesures, editeu una taula, botó , doneu-li nom i afegiu la columna

de temps. Afegiu-la al projecte ( ). Feu el mateix i editeu un gràfic temperatura-temps ( ),

doneu-li nom i afegiu-lo al projecte ( ).Poseu un títol al projecte i guardeu-ho al vostre

disquet.

Anàlisi de les dades 1. Determineu els valors de temperatura en cadascun dels llocs on s’han fet les mesures i la

diferència entre sostre i terra


6


Tsostre = Tterra = ΔTsostre-terra =

2. Heu encertat en la vostra predicció? Pel que fa a la proximitat dels valors de temperatura al sostre i al terra Per la igualtat o diferència de valors entre sostre i terra.

3. Quina zona de l’aula està més calenta? Conclusions Amb tot el que heu fet fins ara, les observacions i anàlisis dels resultats, escriviu les conclusions de la pràctica. Qüestions

1. Fes una proposta de comportament de la matèria que satisfaci aquesta observació

2. Aquest comportament també el té l’aire de l’atmosfera. Digues alguna conseqüència que ens afecti com a habitants de la Terra

3. Cerca i escriu el significat de corrents de convecció. Com explicaries amb aquests

corrents la distribució de temperatures de l’aula?

4. On té l’aire més densitat, a ran de terra o a prop del sostre? Raona-ho. Informe Redacteu un informe de l’experiència. En aquest informe s’han de distingir clarament les següents parts: objectius, introducció, realització i conclusió, junt amb les respostes al qüestionari. Bibliografia Lalana, E. 2002. Coneixement del sensor de temperatura. Adquisició automàtica de dades al laboratori de química. http://www.xtec.es/sgfp/llicencies/200102/resums/elalana.html Multilog Pro. Guia d’usuari. 4ª ed. Juny 2002.Enosa.


7



Enregistrament automàtic de dades Multilog-Multilab Material per al professorat

Orientacions didàctiques

Temporització 1 hora per l’experimentació i les conclusions mitja hora per al qüestionari

Alumnes als quals s'adreça l’experiència Es proposa com a pràctica inicial per alumnat que encara no ha utilitzat un sistema de captació automàtic de dades, siguin d’ESO o de Batxillerat Orientacions metodològiques Si hi ha temps pot ser molt enriquidor que els alumnes facin preguntes i dissenyin ells els experiments. També se’ls pot donar idees com per exemple estudiar variacions de temperatura dins i fora l’aula, abans i després de fregar-se les mans, a prop o lluny d’un radiador,...etc Propostes de recerca Estudi dels focus de fred o calor d’un edifici i proposta correcta d’aïllament de cara a una disminució del consum energètic per calefacció o aire condicionat. Resultats esperats Resultats obtinguts en posar el sensor de temperatura alternativament al sostre i al terra en períodes d’un minut i mig. Amb els cursors s’obtenen els valors de temperatura màxim i mínim

= 26,2ºC T = 22,6 ºC Tmàxima (sostre) mínima (terra)

Criteris d’avaluació Poden avaluar-se els aspectes següents:

- Muntatge experimental correcte, bona configuració del programa, pulcritud en el treball experimental i endreça del material, tractament de les dades, qüestionari informe.


8

ANNEX 2 Determinació entalpia de vaporització d’un líquid

Determinació de l’entalpia de vaporització d’un líquid

És un fet conegut que els líquids s’evaporen. En fer-ho es trenquen les forces que mantenen unides les seves partícules. L’evaporació és un procés endotèrmic, cal energia per a separar les molècules.

La determinació de l’entalpia de vaporització d’un líquid és un procés senzill i conèixer el seu valor és d’alta utilitat en les activitats que utilitzen dissolvents orgànics; entre elles es troben la indústria farmacèutica, la fabricació de pintures, l’impremta i l’ elaboració de coles i adhesius.

Objectius

• Determinar l’entalpia de vaporització de l’acetona a partir de mesures de la pressió de vapor.

Introducció Si es té un líquid dins d’un recipient tancat a una determinada temperatura, al principi

s’evapora fins que s’estableix un equilibri entre el líquid i els seus vapors. La velocitat d’evaporació és la mateixa que la de condensació. La pressió de vapor es defineix com la pressió del vapor en equilibri amb el líquid a aquesta temperatura. Inicialment, a l’esquerra, només hi ha evaporació. Amb el temps s’arriba a un estat d’equilibri, dreta, en el que les velocitats d’evaporació i de condensació són les mateixes. Font http://www.unit5.org/christjs/Vapor_2.jpg La pressió de vapor està relacionada amb l’entalpia de vaporització a l’equació de Clausius-

Clapeyron. Si s’expressa la pressió en atmosferes, la relació és on ΔHvap és l’entalpia de vaporització, en J ΔHln Pvap = - ----------- + ------------ Teb és la temperatura d’ebullició, en K

vap ΔHvap

T la temperatura de l’experiment en K i R = 8,3 J/(molK ) R T RT eb

Si es representen gràficament ln Pvap en front d’ 1/T s’obté una recta i del seu pendent pot determinar-se ΔHvap


1

http://www.unit5.org/christjs/Vapor_2.jpg


Treballarem amb un dissolvent molt emprat, l’acetona, i hem de tenir els valors de la pressió de vapor a diferents temperatures. A temperatura ambient, per a determinar la pressió de vapor posarem una quantitat de líquid

dins d’un erlenmeyer, taparem amb un tap connectat a un sensor de pressió i mesurarem la pressió fins que s’estabilitzi. La temperatura l’obtindrem amb un sensor de temperatura. Cal tenir present que inicialment hi ha aire al recipient i que la pressió total mesurada és la suma de les pressions parcials de l’aire i la pressió de vapor del líquid Ptotal = Paire + Pvapor líquid Per mesurar la pressió de vapor a una altra temperatura caldrà fer el mateix experiment submergint el conjunt en un bany d’aigua calenta de temperatura coneguda. Quina serà la variable independent? I la dependent? En acabar haureu après a mesurar la pressió de vapor d’un líquid a diferents temperatures,

i a partir d’elles calcular la seva entalpia de vaporització

Material i Equipament Material de laboratori Vas de precipitats de 500 ml

Erlenmeyer de 100 ml

Tap de goma per a l’erlenmeyer, travessat amb

dues agulles hipodèrmiques (per evitar punxades

mentre es manipula el tap és útil punxar les puntes

de les agulles a un tap de suro).

Xeringa de 20 ml

Allargador de pressió Luer Lock (d’uns 8 cm) Resistència calefactora o bec bunsen. Pipeta /Pera succió Caixa aïllant de porexpan, sense tapa

Ulleres de seguretat

Productes Paper de filtre Aigua de l’aixeta Acetona

Xi

Elements equip Multilog Interfícies Multilog-Pro amb cables USB Sensors de temperatura (rang –25ºC/110ºC, resolució 0,13ºC) Sensor de pressió (rang 0-700 kPa, resolució 0,5 kPa) Ordinador

Procediment

Muntatge de l'experiència Primer fareu l’experiència a temperatura ambient:

1. Talleu un tros de paper de filtre d’uns 2 x 8 cm, doblegueu-lo i poseu-lo dins d’un erlenmeyer ben sec.


2


2. Agafeu el tap de goma travessat amb dues agulles connecteu el tub allargador i el sensor de pressió a una de les agulles

3. Ompliu la xeringa amb 20 ml d’acetona i connecteu-la a l’altre agulla del tap

4. Tapeu bé l’erlenmeyer amb el tap. Aquesta operació és molt important, no hi ha d’haver

pèrdues perquè es faran mesures de pressió.

5. Connecteu el sensor de pressió a l’entrada IO-1 i el de temperatura a l’entrada IO-2 de la interfície Multilog

6. Engegueu la interfície i després obriu el programa Multilab

7. Configuració del sistema. Heu de configurar el sistema perquè enregistri les dades de

pressió i temperatura en funció del temps. 8. Cliqueu el botó configurar ajudant, , s’obre una primera pantalla

1ª pantalla es detectaran els dos sensors, el de temperatura i el de pressió

2ª pantalla seleccioneu freqüència: cada segon mode de gravació: substituir cliqueu: proper

Cliqueu proper

3ª pantalla Seleccioneu per temps 8:20 min. Cliqueu acabar


3


Predicció Dibuixeu el gràfic de la variació de la pressió dins l’erlenmeyer quan premem l’èmbol i deixem caure l’acetona. Compareu i discutiu les vostres prediccions amb la resta de la classe. Execució de l'experiència

- Poseu en marxa el programa Multilab amb el botó executar ( ) espereu uns segons

que la pressió s’estabilitzi.

- Premeu l’èmbol de la xeringa perquè l’acetona caigui dins del recipient tot d’un cop.

- Espereu uns minuts fins que la pressió torni a estabilitzar-se

- Atureu l’adquisició de dades, amb el botó stop ( ). Nota: La manca de pràctica pot fer que hi hagi pèrdues de gas per les juntures en aquest cas caldrà repetir l’experiència

Després de la pràctica, l’acetona es pot reutilitzar

Amb el programa Multilab editeu un gràfic ( ) de la variació de pressió i temperatura en

funció del temps, doneu-li nom i afegiu-lo al projecte ( ). Editeu també una taula ( ),

anomeneu-la i afegiu-la al projecte ( ).

Mesura de la pressió de vapor a diferents temperatures

Escalfeu aigua fins uns 30 ºC , poseu-la dins del vas de precipitats de 500 ml, poseu el conjunt

dins d’una caixa de material aïllant.

Ara cal repetir l’experiència tal com s’ha fet a temperatura ambient, però posant el sensor de

temperatura dins de l’aigua calenta.

Quan es fa l’adquisició de les dades és molt important deixar temps suficient (uns minuts), per

tal que la temperatura a l’interior de l’erlenmeyer sigui la mateixa que a l’exterior.


4


Feu les vostres prediccions als mateixos eixos per cada nova mesura i comenteu-les amb la

resta de nois i noies de la classe abans d’enregistrar les dades.

Repetiu les mesures a altres temperatures

Amb aquest muntatge el tap aguanta sense subjecció fins uns 140-150 kPa

Processament i anàlisi de les dades 1. Per a cada experiment:

a. Observa la forma del gràfic i els valors de la taula i explica: - Quant valen la pressió i temperatura inicials i a què són degudes - Quina evolució fa la temperatura b. Si la quantitat de vapor produït és constant durant la pràctica.

Quina forma té el gràfic, què significa? . c. Quina és la temperatura ambient? Quant val la pressió de vapor de l’acetona a aquesta

temperatura 2. Omple una taula amb els resultats obtinguts per a les diferents temperatures, fes el mateix per a l’etanol. Utilitza els cursors del Multilab ( ) per a obtenir les dades. Acetona Temperatura

Temperatura (K)

1/T (1/K)

Pressió inicial (kPa)

Pressió final (kPa)

Pressió de vapor (kPa)

Pressió de vapor (ºC) (atm)

lnPvap atm

3. Fes un gràfic del ln Pvap (atm) en front d’ 1/T i determina l’entalpia de vaporització de l’acetona. 4. Consulta el valor real de l’entalpia de vaporització i calcula l’error absolut i el % d’error.


5


Conclusions A partir de les observacions que has fet, dels resultats i anàlisis de dades, escriu a quina o quines conclusions arribes pel que fa a la variació de la pressió de vapor amb la temperatura i al valor obtingut d’entalpia. Qüestionari 1. Justifica si hi hauria diferències significatives en els resultats si es canvien les condicions

experimentals següents: a) Utilitzar un erlenmeyer més gros. b) No aïllar el conjunt. c) Posar el sensor de pressió directament a dins sense tapar.

2. El dissolvent més corrent és l’aigua. Quin tipus d’enllaç químic té l’aigua? I l’acetona? Què pots dir de les forces intermoleculars?

3. Busca el valor de l’entalpia de vaporització de l’aigua i justifica, a partir de l’enllaç intermolecular, perquè és major o menor que la de l’acetona.

4. Busca activitats en les que l’acetona tingui un paper important.

Informe

Redacteu un informe de l’experiència. En aquest informe s’han de distingir clarament les següents parts: objectius, introducció, realització i conclusió, junt amb les respostes al qüestionari.

Bibliografia http://www.unit5.org/christjs/Vapor_2.jpg


6



Determinació de l’entalpia de vaporització d’un líquid Material per al professorat


Temporització 1 hora per l’experimentació i les conclusions 1 hora per al qüestionari

Alumnes als quals s'adreça l’experiència Alumnes de Batxillerat Orientacions metodològiques Es treballa el concepte de pressió de vapor, d’entalpia de vaporització i el de forces intermoleculars. Tots aquests conceptes són als objectius de primer de Batxillerat, per tant pot ser adequat fer l’experiència a finals de primer o al llarg del curs de segon en el que es tornen a treballar. Propostes de recerca - Buscar un procés que pugui dur-se a terme amb diferents dissolvents i comparar els

dissolvents entre sí buscant avantatges i inconvenients de cadascun, amb dades experimentals

sobre pressió de vapor, temperatura a la que es fa el procés, toxicitat, etc.

- Documentar-se sobre processos industrials en que s’usen mescles de dissolvents. Estudiar

les variacions de pressió de vapor en mescles de líquids de composició coneguda, trobar

relacions entre la composició de la mescla i la pressió de vapor. Estudiar com varia amb la

temperatura la pressió de vapor d’una mescla.

- Estudiar les variacions de pressió de vapor de diversos líquids i argumentar els resultats a

partir dels enllaços químics. L’estudi pot quedar més complet si per cada líquid es calcula

l’entalpia de vaporització a partir de dades de pressió de vapor a diverses temperatures amb

l’equació de Clausius-Clapeyron, es comparen els resultats per diversos líquids i s’argumenta

la relació entre pressió de vapor i entalpia de vaporització.

Pot ser útil consultar el “REAL DECRETO 117/2003, de 31 de enero, sobre limitación de emisiones de

compuestos orgánicos volátiles debidas al uso de disolventes en determinadas actividades” i a partir

d’aquí buscar informació sobre l’activitat que interessi, per tal de contextualitzar la recerca.

(http://217.116.15.226/xml/disposiciones/min/disposicion.xml?id_disposicion=57673&desde=mi

n consultat juny 2005)


7

http://217.116.15.226/xml/disposiciones/min/disposicion.xml?id_disposicion=57673&desde=min



Orientacions tècniques - En fer la pràctica cal que el tap ajusti bé a l’erlenmeyer, per evitar les pèrdues.

- Quan es fan les mesures a temperatura elevada, va bé posar l’erlenmeyer dins del bany

tapat però sense la xeringa durant uns 10-15 segons i llavors acoblar-hi la xeringa.

D’aquesta manera surt part de l’aire de dins de l’erlenmeyer i la pressió inicial no és tan

gran. No afecta els resultats perquè la pressió de vapor és la variació entre la pressió

inicial i la final.

- És important que en fer proves a diferents temperatures la pressió total no superi els

150 kPa, perquè el tap pot saltar. Pot calcular-se el valor teòric a partir de l’equació de

Clausius- Clapeyron. En les condicions experimentals proposades, per a l’acetona

convé no superar els 55-60ºC

- També cal tenir cura amb les dues agulles hipodèrmiques que porta el tap, convé que

les puntes de les agulles no surtin gaire per la part inferior del tap per evitar punxades,

sobretot en cas que el tap saltés.

Resultats esperats A continuació es mostren els gràfics de les variacions de pressió (carbassa) i de temperatura (blau) obtinguts per a cadascuna de les temperatures

22,3 ºC 24,9ºC


8


33ºC 35ºC

Temperatura

36,8ºC

Temperatura (K)

1/T (1/K)

Pressió inicial (kPa)

Pressió final (kPa)


Pressió de vapor (ºC) (atm)

lnPvap atm

22,3 295,3 3,386.10-3 97,14 125,00 27,86 0,275 -1,290

24,9 297,9 3,357.10-3 97,86 127,86 30 0,296 -1,217

33,0 306,0 3,268.10-3 97,14 140,71 43,57 0,430 -0,844

35,0 308,0 3,247.10-3 101,43 148,57 47,14 0,465 -0,766

36,8 309,8 3,228.10-3 97,86 152,14 54,28 0,536 -0.624


9


Entalpia vaporització acetona

y = - 4,1304x + 12,671R2 = 0,9897

-1,4

-1,2

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

03,2 3,25 3,3 3,35 3,4

(1/T)x1000ln

Pvap

Segons l’equació de Clausius-Clapeyron, a partir del pendent de la recta pot calcular-se l’entalpia de vaporització -4,1304.103 = - (ΔHvap/R) d’on s’obté que ΔHvap experimental = 34,32 kJ/mol el valor teòric per a l’acetona és ΔHvap acetona = 31,94 kJ error absolut 2,38 kJ/mol , 7,5 % error Respostes al qüestionari

1.Justifica si hi hauria diferències significatives en els resultats si es canvien les condicions experimentals següents:

a) Utilitzar un erlenmeyer més gros. No variarien els valors de les pressions de vapor per a cada temperatura, perquè la pressió de vapor d’un líquid és el valor de la pressió del gas en equilibri amb el líquid i l’equilibri depèn de la temperatura, no del volum del recipient

b) No aïllar el conjunt. La temperatura baixaria més ràpid durant l’experiència, sobretot si la diferència entre la temperatura ambiental i la de l’experiència és més gran. Aquesta baixada de la temperatura portaria a una baixada final de la pressió que caldria tenir present en interpretar el gràfic.

c) Posar el sensor de pressió directament a dins sense tapar. No es mesuraria la pressió de vapor perquè l’acetona s’evaporaria i no s’arribaria a l’equilibri.

2. El dissolvent més corrent és l’aigua. Quin tipus d’enllaç químic té l’aigua? I l’acetona? Què pots dir de les forces intermoleculars?

Tant l’aigua com l’acetona formen molècules unides amb enllaç covalent. L’enllaç intermolecular de l’aigua és el pont d’hidrogen, també ho és el de l’acetona, però aquesta pot formar menys enllaços intermoleculars per pont d’hidrogen que l’aigua perquè l’oxigen li queda al mig de la molècula i és menys assequible que en el cas de l’oxigen de l’aigua.

3. Busca el valor de l’entalpia de vaporització de l’aigua i justifica, a partir de l’enllaç intermolecular, perquè és major o menor que la de l’acetona.

ΔHºaigua = 41 kJ/mol és major que la de l’acetona, aquest fet pot explicar-se perquè les molècules

estan més unides amb enllaç intermolecular a l’aigua que a l’acetona.


10


Criteris d’avaluació Poden avaluar-se els aspectes següents: - Coherència en la defensa de la pròpia predicció

- Muntatge experimental correcte - Bona configuració del programa - Pulcritud en el treball experimental i endreça del material - Interpretació de les dades - Qüestionari - Informe


11

ANNEX 3 Concentració de coure en aigües residuals

TORTOSA M. (2005)

CONCENTRACIÓ DE COURE EN AIGÜES RESIDUALS

El coure es troba als residus líquids de molts processos industrials entre els que s’inclouen la

fabricació de pintures, de conservants de la fusta, de xapats electrolítics de metalls,

l’estirat de cables elèctrics, la neteja de coure, la manufactura de circuits integrats i la fabricació

de piles Les concentracions residuals d’aquests processos van des de diversos milers de mg/l

en el cas d’un bany electrolític fins a menys d’un ppm en operacions de neteja. El coure dissolt

és majoritàriament ió coure (II). Conèixer la concentració és primordial per a fer una bona

gestió de les aigües residuals

Objectiu

• Determinació de la concentració de coure (II) d’una aigua contaminada amb aquest metall

Introducció

Si les aigües residuals industrials no són netejades adequadament abans de ser llençades, els

nivells de coure, a l’igual que els d’altres metalls i contaminants, arriben a atènyer valors

perillosament elevats en cas d’accident, com va ser el cas de la ruptura de la presa de Boliden,

a Aznalcóllar, el 1998.

Figura 1. Aigua residual industrial abans de ser depurada(esquerra), abocament incontrolat d’aigües contaminades amb metalls

pesants

Per tal que els responsables de la gestió de l’aigua coneguin totes les dades científiques a

l’hora de gestionar l’aigua, i de decidir els límits de cada contaminant permesos, el 2004 s’ha

començat un projecte europeu de recerca, anomenat “Aquaterra”, amb una durada prevista de

cinc anys. En aquest projecte es vigilarà la qualitat de cinc rius europeus: el Brevilles, l'Ebre, el

1


TORTOSA M. (2005)

2

Meuse, l'Elba i el Danubi. A Espanya l’organisme encarregat de fer el treball és el CSIC

(Consell Superior d’Investigacions Científiques), que vigilarà la qualitat de les aigües del riu

Ebre. El grup encarregat d’aquest estudi és el mateix que va fer l’estudi de la contaminació per

residus químics a l’embassament de Flix, amb resultats donats a conèixer el 2004. Les

substàncies que seran analitzades són els contaminants prioritaris que determinen les

Directives europees 76/464 i 2000/60, així com metalls (mercuri i metilmercuri, cadmi, plom.

crom, níquel, arsènic, seleni, coure i zinc).

Com pot fer-se per a determinar el coure d’una aigua contaminada?

Una de les maneres és provocant la formació d’un compost insoluble. En aquesta pràctica

provocareu la reacció de l’aigua que conté coure (II) amb una solució d’hidròxid de sodi de

concentració coneguda; es forma hidròxid de coure (II), insoluble. Amb càlculs estequiomètrics

es pot calcular la concentració de coure.

La reacció és Cu2+aq) + 2OH-

(aq) Cu(OH)2(s)

Per a determinar el transcurs de la reacció i el punt d’equivalència utilitzarem un sensor de

conductivitat. La conductivitat d’una solució depèn del nombre de ions i de la conductivitat

iònica de cadascun. Aquest mètode d’anàlisi, basat en la variació de la conductivitat,

s’anomena valoració conductimètrica.

La conductivitat d’un conductor és la inversa de la resistivitat, en el sistema internacional

d’unitats les seves unitats són el Siemens/metre (S/m), el sensor de l ‘equip Multilog mesura en

mS/cm.

En acabar la pràctica sabreu mesurar la conductivitat d’un líquid, i interpretareu la seva

variació en formar-se un precipitat. També sabreu deduir quan s’ha format tot el precipitat a

partir de mesures de conductivitat i calcular la concentració de ió coure(II) que hi havia

inicialment a l’aigua.

Igualment tindreu la base per a entendre els processos de precipitació i filtració que s’usen per

a descontaminar aigües residuals.


TORTOSA M. (2005)

Material i Equipament

Reactius

NaOH 0,01 M

Aigua contaminada amb coure (II)

Material de laboratori Vas de precipitats de 250 ml

Suport, pinces, nous

Vareta de vidre

Bureta

Elements de l’equip Multilog Interfície MultilogPro amb cable USB

Sensor de conductivitat (rang 0 a 20 mS, temps de resposta mig minut) i adaptador ovalat del sensor. Ordinador

Procediment

Muntatge de l'experiència

1. Ompliu una bureta amb aigua que conté coure (II) i arraseu-la a un volum concret. 2. Mesureu 200 ml de NaOH 0,01 M amb una proveta i aboqueu-los al vas de precipitats

3. Col·loqueu el sensor de conductivitat dins el vas, connecteu-lo a l’adaptador, aquest a

l’entrada IO-1 de la interfície, consola Multilog-Pro (Figura 2), i aquesta a l’ordinador mitjançant el port USB o el sòcol de 9 pins.

Figura 2. Muntatge experimental per a determinar la concentració en coure (II) dissolt en aigua

3


TORTOSA M. (2005)

4. Feu el muntatge de la figura 2 que permeti que l’aigua contaminada caigui a sobre la

solució d’hidròxid de sodi

5. Engegueu la interfície i l’ordinador


1ª pantalla es detecta el sensor de conductivitat

4

2ª pantalla seleccioneu freqüència: manual mode d’escalat: escala completa mode de gravació: substituir cliqueu: proper

Cliqueu proper

3ª pantalla Seleccioneu per mostres, 50. Cliqueu acabar

Ara cal insertar una columna manualment i posar-hi els volums d’aigua que s’afegiran, en increments de 0,2 ml, aneu al menú Taula, seleccioneu Mode de captura us sortirà una pantalla on indica els sensors disponibles, seleccioneu conductivitat i cliqueu afegir 1ª pantalla: S’obre una finestra Sensors disponibles seleccioneu conductivitat Cliqueu Afegir Cliqueu Insertar columna manualment

Ompliu Títol: volum premeu d’acord

Unitat :ml


TORTOSA M. (2005)

Afegiu els valors dels volums des de zero fins a 3 ml, amb increments de 0,2 ml.si es

necessiten més valors poden anar-se afegint al moment

Predicció Feu la predicció de com variarà la conductivitat de la solució de NaOH en anar-hi afegint aigua amb ions Cu2+, dibuixeu la forma que creieu que pot tenir el gràfic.

Conductivitat

Volum aigua contaminada afegida

Comenteu i discutiu les vostres prediccions amb la resta de la classe

Enregistrament de les dades - Abans de prendre cada mesura de conductivitat, caldrà esperar aproximadament 30 segons, que és el temps de resposta del sensor. - Anoteu les observacions a mesura que es va fent la pràctica (quant comença a formar-se precipitat, de quin color és, com varia la quantitat de precipitat al llarg de l’experiència...) - Quan tot estigui a punt, podeu començar la presa de dades, per iniciar la captació de la

primera dada ( 0 ml) cal prémer el botó executar ( ), i a continuació eina de captura ( ).

Per a la segona dada i següents: deixeu caure 0,2 ml d’aigua, agiteu bé durant uns 30 segons,

després premeu el botó enter de la interfície ( ) i a continuació eina de captura ( ).

- Continueu la presa de dades fins que s’observi un canvi clar en el pendent del gràfic, per a

finalitzar cliqueu stop ( ).Executar 6.Editeu un gràfic de la conductivitat en front del volum afegit (botó editar gràfic eix X captura1(volum), eix y captura 1 (conductivitat) acceptar) i afegiu-lo al projecte Cliqueu commutar primer cursor i commutar segon cursor, poseu les fletxes als llocs adients i anoteu els valors de conductivitats i volums per a fer l’anàlisi de les dades

Editeu també una taula ( ), anomeneu-la i afegiu-la al projecte ( ). 8. Anomeneu i guardeu l’arxiu

5


TORTOSA M. (2005)

6

Per tal de trobar el resultat amb més exactitud, és convenient fer una segona valoració conductimètrica, o bé agafar els resultats dels altres grups de la classe. Anàlisi de les dades L’objectiu d’aquesta pràctica és determinar la concentració de coure (II) d’una aigua

contaminada. Els càlculs es fan a partir del volum d’aigua contaminada que ha reaccionat amb

la solució de NaOH, i coneixent la reacció.

1. Ompliu la taula següent amb els resultats de les diferents valoracions:

1ª valoració

2ª valoració

Valor mitjà

Conductivitat inicial

Conductivitat mínima

Variació conductivitat

Volum aigua que ha reaccionat

2. Calculeu, a partir de les dades anteriors i de la reacció química, la concentració de coure a l’aigua problema. 3. Justifiqueu els fets següents: - la variació de la conductivitat al llarg de la pràctica

- per què per fer els càlculs s’agafa el punt en què hi ha un canvi del pendent del gràfic. - les característiques del precipitat format - per què la conductivitat mínima no és zero

4. A la vista de com s’efectua la pràctica, què es pot dir de l’exactitud de les mesures? Conclusions

A partir de tot el que heu fet fins ara, quina o quines conclusions podeu escriure? Qüestionari

Dissenya un procediment per a eliminar el coure (II) d’una aigua contaminada.

Informe


TORTOSA M. (2005)

7

Redacteu un informe de l’experiència. En aquest informe s’han de distingir clarament les següents parts: objectius, introducció, realització i conclusió, junt amb les respostes al qüestionari. Bibliografia Grimalt.J.O. 2004. El problema de la contaminació per residus químics i radioquímics en el riu Ebre. (vegeu article de J.O. Grimalt a IDES , http://www.seguretat.org/ (19/4/2005)) Vassos B.H. i Ewing G.W. 1987. Electroquímica analítica. Limusa.México. 300 pp. http://www.bt-innovation.de/cms/bt/media/img/RubberNek_galerie/018_RubberNEK.jpg (19/4/2005) http://www.globalchange.umich.edu/globalchange2/current/lectures/pollution_control/copper_water.jpg (19/4/2005)

http://www.seguretat.org/

http://www.seguretat.org/

http://www.bt-innovation.de/cms/bt/media/img/RubberNek_galerie/018_RubberNEK.jpg

http://www.globalchange.umich.edu/globalchange2/current/lectures/pollution_control/copper_water.jpg

http://www.globalchange.umich.edu/globalchange2/current/lectures/pollution_control/copper_water.jpg


TORTOSA M. (2005)

8

CONCENTRACIÓ DE COURE EN AIGÜES RESIDUALS Material per al professorat


Temporització 1 hora per a l’experimentació 30 minuts per a l’anàlisi de dades

Alumnes als quals s'adreça l’experiència Alumnes de 2n de Batxillerat Propostes de recerca Estudiar la variació de conductivitat en formar-se precipitats diversos Estudiar processos de formació i redissolució de precipitats a partir de mesures de conductivitat.

Orientacions tècniques Com a aigua contaminada amb coure (II) pot agafar-se CuSO4 0,5 M, en aquest cas es

necessiten 2 ml per arribar al punt de conductivitat mínima amb 200 ml de NaOH 0,01 M. És convenient que la concentració de la solució de NaOH sigui baixa, ja que el mètode és

molt més precís en solucions diluïdes. En cas d’agafar aigua amb una concentració de coure més elevada, poden fer-se dilucions

de la mateixa per a analitzar-la. Si la concentració és menor, pot posar-se menys quantitat de NaOH 0,01 M. És important esperar mig minut, que és el temps de resposta del sensor de conductivitat,

abans de fer les lectures. Si es fan proves amb altres solucions problema, cal tenir present que la conductivitat de la

solució mesurada ha d’estar entre 2 i 100 μS/cm a 20ºC. Si és necessari cal diluir abans de començar.

Conclusions

Resultats esperats


TORTOSA M. (2005)

El gràfic mostra la variació de la conductivitat de 200 ml de NaOH 0,01 M en afegir successivament volums de 0,2 ml d’aigua problema contaminada amb coure (II).

Grאfic 1

mlCu(II)0,5M()0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2

2,1

2,2

2,3

2,4

2,5

2,6

2,7

2,8

2,9

3

Els valors de les conductivitats i volums s’obtenen amb els botons commutar primer cursor i commutar segon cursor


2,652 mS


1,326mS

Variació conductivitat 1,326 mS

2,2 ml Volum aigua que ha

reaccionat Comentari dels resultats - La reacció iònica que té lloc és Cu2+

aq) + 2OH-(aq) Cu(OH)2(s)

0,2 litres solució NaOH 0,01M /2,2.10-3 litres aigua x 0,01 mol NaOH/litre solució x 1 mol Cu2+/2mol NaOH = 0,45 M

- De manera aproximada diem que a major nombre de ions major és la conductivitat de la solució. Aquest és el motiu pel qual la conductivitat va variant a mesura que es va formant hidròxid de coure (II), No arriba a ser zero per la presència dels ions acompanyants, en aquest cas catió sodi i anió sulfat, al medi (vegeu ampliació per una explicació més detallada). - El punt d’equivalència s’agafa quan hi ha un canvi al pendent del gràfic perquè és quan s’ha format tot el precipitat, en el nostre cas si es continua afegint més Cu2+ ja no es formarà més precipitat i la conductivitat augmentarà per la presència de ions coure (II) i sulfat al medi. - El precipitat és de color blau-verd

9


TORTOSA M. (2005)

10

- Com que es deixa caure la solució de la bureta en addicions de 0,2 ml, les mesures de volum tenen una exactitud de +

- 0,2 ml, el que contribueix en fer els càlculs en les mesures de concentració. Respostes al qüestionari

1. Dissenya un procediment per a eliminar el coure (II) d’una aigua contaminada. - En primer lloc cal calcular la concentració de coure (II) que té l’aigua, pot fer-se amb una valoració conductimètrica amb NaOH.

- Després cal calcular la quantitat de solució de NaOH que es necessita per a fer precipitar tot el coure(II), afegir el volum de solució de NaOH calculat a l’aigua per tal de precipitar el coure,

- tot seguit s’ha de filtrar el precipitat d’hidròxid de coure (II) format.

Ampliació

Pot proposar-se als alumnes fer l’experiència amb l’hidròxid de sodi a la bureta i l’aigua

contaminada al vas de precipitats,(en aquest cas la conductivitat augmentarà tot i formar-se un

precipitat) també poden proposar-se als experiències per a treure altres metalls contaminants

de l’aigua o per a calcular-ne les concentracions. Cal tenir present que en alguns casos la

conductivitat pot augmentar tot i formar-se un precipitat degut a què cada ió contribueix de

manera diferent a la conductivitat global, i en el medi hi ha els ions acompanyants. La magnitud

que il·lustra aquesta contribució és la conductància iònica equivalent dels ions a dilució infinita.

La conductància és la inversa de la resistència.

A continuació es mostren les conductàncies iòniques molars a dilució infinita d’alguns ions, en

S.cm2/mol (Dades de Vassos i Ewing, 1987)

Ió Cu2+ Na+ Fe3+ Ag+ H+ SO42- OH- NO3

-

Conductància iònica molar a dilució infinita (S.cm2/mol)

107,2

50,1 204,0 61,9 349,8 160,0 198,6 71,4

Per aquest motiu, a mesura que va formant-se precipitat, la conductivitat varia, perquè es passa de d’uns ions a uns altres. No arriba a ser zero per la presència dels ions acompanyants al medi. Avaluació Poden avaluar-se els aspectes següents: - Coherència en la defensa de la pròpia predicció

- Muntatge experimental correcte - Bona configuració del programa - Pulcritud en el treball experimental i endreça del material - Interpretació de les dades - Qüestionari


TORTOSA M. (2005)

11

- Informe

ANNEX 4 Determinació de la massa molar d’un líquid volàtil

DETERMINACIÓ DE LA MASSA MOLAR D’UN LÍQUID

Cada any es coneixen milers de compostos químics nous. Per a saber quines aplicacions pot tenir cadascuna d’aquestes substàncies pures és imprescindible determinar-ne les propietats.. La massa molar és una d’aquestes propietats. Com es pot saber quant val?

Què els passaria a unes gotes de líquid tancades dins d’un recipient si s’augmenta la temperatura? Què podem dir de la pressió? Tots els líquids tindran el mateix comportament?

Objectius

• Determinar la massa molar d’un líquid volàtil fent-ne vaporitzar una massa coneguda dins d’un recipient tancat, mesurant les corresponents pressió i temperatura

Introducció La massa molar d’una substància pot determinar-se dividint la massa, en g, d’aquesta, pel nombre de

mols que conté. Per un líquid: Massa molar líquid = g líquid/mol líquid En aquesta pràctica es determina la massa molar de l’acetona de la següent manera:

- S’agafa un erlenmeyer buit i es mesura el seu volum, la pressió i la temperatura. Amb aquestes dades pot trobar-se el nombre de mols de gas que hi ha a l’erlenmeyer, deguts a l’aire que conté. Convé no tocar gaire l’erlenmeyer per no fer-ne variar la temperatura.

- Es posa un volum concret d’acetona dins l’erlenmeyer. L’acetona és una substància pura líquida

a temperatura ambient de densitat 0,79 g/cm3. Amb la densitat, podem calcular la massa de l’acetona, ja que densitat = massa/volum.

- Es tapa l’erlenmeyer amb un tap connectat a un sensor de pressió i el conjunt es submergeix en

un bany d’aigua calenta (55-65ºC), amb un sensor de temperatura es sap el valor concret). L’acetona es vaporitza i la pressió augmenta. A partir de les dades de pressió i temperatura màxims es pot trobar el nombre de mols de gas que conté ara l’erlenmeyer. Si restem el nombre de mols de gas que hi havia inicialment deguts a l’aire, obtenim els mols d’acetona.

- Finalment quan ja tenim els g i els mols, trobem la massa molar.




una agulla hipodèrmica.

Suport, pinces i nou.

Resistència calefactora o bec bunsen. Pipeta Proveta de 250 ml Vas de precipitats petit

Productes Aigua de l’aixeta Acetona

Xi

Elements equip Multilog Interfícies Multilog-Pro amb cables USB Sensors de temperatura (rang –25ºC/110ºC, resolució 0,13ºC) i de pressió (rang 0-700 kPa, resolució 0,5 kPa) Ordinador

TORTOSA MORENO,M. (2005)

1


Procediment

Muntatge de l'experiència Abans de començar la pràctica, cal fer les operacions següents:

- Determinar el volum de l’erlenmeyer Ompliu l’erlenmeyer amb aigua de l’aixeta i aboqueu el contingut dins d’una proveta. Anoteu el resultat. Cal assecar bé l’erlenmeyer abans d’utilitzar-lo per a la pràctica.

- Mesurar el volum exacte d’una gota d’acetona Poseu una mica (uns 5 ml)l d’acetona dins d’un vas de precipitats petit. Pipetegeu una quantitat qualsevol d’acetona amb la pipeta, deixeu-ne caure 40 gotes i mesureu el volum exacte que ocupen. Repetiu el procediment dues vegades més i calculeu el valor mig.

- Preparar un bany d’aigua calenta Agafeu un vas de precipitats de 500 ml, l’ompliu d’aigua de l’aixeta fins a tres quartes parts i l’escalfeu amb el bunsen fins uns 60 o 70ºC. També pot escalfar-se amb una resistència elèctrica. - Connectar el tap al sensor de pressió - Ajusteu el sensor de pressió a l’agulla hipodèrmica del tap de goma.

Configuració del programa i captació de les dades És convenient que feu l’experiència per triplicat per tal de minimitzar els errors

1. Connecteu el sensor de temperatura a la consola Multilog (interfície), a l’entrada IO-1

2. Connecteu els sensor de pressió a la consola Multilog a l’entrada IO-2

3. Connecteu la interfície a l’ordinador.

4. Obriu la interfície i després l’ordinador. 5. Obriu el programa Multilab.

6. Heu de mesurar les dades de temperatura i de pressió inicials, per tal de poder determinar l’aire

que conté inicialment l’erlenmeyer. Podeu agafar la configuració que dóna el programa per defecte.

a. Col·loqueu el sensor de temperatura dins l’erlenmeyer buit Cliqueu el botó Executar

. Anoteu les dades de temperatura i pressió inicials. Anomeneu i guardeu l’arxiu amb l’opció guardar com del menú arxiu b. No toqueu l’erlenmeyer per no fer-li variar la temperatura.

En el menú obrir, trieu nou projecte. Caldrà configurar el sistema. A partir d’aquest moment és important no tocar l’erlenmeyer ni tenir-lo a prop de cap font de calor 7. Configuració del sistema. Cliqueu el botó configurar ajudant, , s’obren tres pantalles successives.


2




Cliqueu proper


Predicció Expliqueu com creieu que variarà la pressió en posar unes gotes d’acetona dins, tapar-lo i submergir l’erlenmeyer tapat en aigua calenta. Representeu, en el mateix gràfic les variacions de pressió i de temperatura en funció del temps.

Temps

Pressió Temperarura

Discutiu la vostra predicció amb la resta de grups


3


Adquisició i enregistrament de les dades

1. Agafeu el sensor de temperatura i poseu-lo dins del vas de precipitats que conté l’aigua escalfada prèviament de manera que la punta del sensor toqui l’aigua , però no el vas. Podeu ajudar-vos d’un suport i una pinça.

2. Amb una pipeta, poseu quatre gotes d’acetona dins de l’erlenmeyer (cal que estigui ben sec),

immediatament tapeu-lo amb un tap connectat al sensor de pressió. (cal fer aquesta operació ben ràpid perquè l’acetona s’evapora ràpidament)

3. Inicieu la captació, cliqueu el botó Executar ( ) immediatament poseu l’erlenmeyer tapat

dins del vas de manera que quedi envoltat d’aigua calenta. (Figura 1.)

Figura 1. Esquema del muntatge experimental per a la determinació de la massa molar de líquids volàtils. 4. Continueu la presa de dades fins que comencin a disminuir els valors tant de pressió com de

temperatura (cal tenir present que el sensor de temperatura és més lent de resposta que el de pressió, que té un temps de resposta d’un mil·lisegon)

5. Per a finalitzar la captació, cliqueu el botó Stop. ( )

6. Feu un gràfic amb la variació de la pressió i la temperatura. Guardeu-lo 7. Anomeneu i guardeu l’arxiu amb l’opció guardar com del menú arxiu.

COMPTE! Si feu proves amb altres quantitats

Aquest muntatge aguanta bé una pressió d’uns 150 kPa, a pressions superiors pot saltar el tap si no es subjecta

(Atenció! Diferencieu bé entre el mètode, les observacions i resultats i les conclusions que es dedueixen a partir del processament, anàlisi i valoració de les dades obtingudes)

Tractament i anàlisi de les dades

1. Calculeu el nombre de mols de gas deguts a l’aire que conté inicialment l’erlenmeyer (no) Utilitzeu l’equació dels gasos ideals, les dades de pressió i temperatura inicials, el volum de l’erlenmeyer 2. Agafeu les dades de pressió i temperatura màximes obtingudes en vaporitzar l’acetona, calculeu

el nombre de mols de gas presents a l’erlenmeyer. Aquests corresponen a l’acetona i a l’aire.


4


3. Calculeu els mols d’acetona vapor 4. Calculeu la massa d’acetona que ha vaporitzat a partir del nombre de gotes que heu posat, del

volum que tenen les gotes i de la densitat 5. Calculeu la massa molar de l’acetona 6. Quina és la massa molar real de l’acetona? Determineu el % d’error de la vostra mesura.

Conclusions Amb tot el que heu fet fins ara, escriviu les conclusions de la pràctica Qüestionari

1. Per què és important no tocar l’erlenmeyer després de mesurar la temperatura i la pressió

inicials? 2. La temperatura d’ebullició de l’acetona és 56,2ºC. Creus que es podria fer aquesta pràctica a una

temperatura inferior? Per què?

3. Indica alguna altra substància de la qual es podria determinar la seva massa molar per aquest

procediment. 4. Quines poden ser les causes de l’error de la mesura? Com creus que es podrien reduir? 5. Quins són els principals usos industrials de l’acetona? I domèstics? 6. Busca informació sobre si l’acetona pot ser considerada contaminant. 7. Busca informació sobre nous compostos o materials que s’hagin descobert o fabricat en els últims cinc anys Informe Redacteu un informe de l’experiència. En aquest informe hi ha d’haver les parts següents: objectius, introducció, realització i conclusió, junt amb les respostes al qüestionari.


5


DETERMINACIÓ DE LA MASSA MOLAR D’UN LÍQUID Material per al professorat


Temporització 3/4 hora per l’experimentació i les conclusions 1 hora per al qüestionari

Alumnes als quals s'adreça l’experiència Alumnes de Batxillerat Orientacions metodològiques Cal recordar a l’alumnat que abans de posar-hi l’acetona a dins de l’erlenmeyer ja hi ha aire, poden calcular-se els mols corresponents amb la pressió i temperatura ambients. Convé no tocar l’erlenmeyer per tal de no escalfar l’aire de dins i que en dilatar-se surti de l’erlenmeyer. Propostes de recerca

- Estudiar els resultats de massa molar a diferents temperatures, o amb diferent nombre de gotes.

- Idear un muntatge amb el sensor de temperatura estanc dins d’un recipient i veure si hi ha diferències entre el resultat amb el sensor dins i fora.

Orientacions tècniques Hi ha dos factors clau per tal que la pràctica doni resultats acceptables:

- No tocar l’erlenmeyer abans de tirar l’acetona, pot dilatar i fer sortir aire de dins. - Tapar l’erlenmeyer immediatament després d’haver tirat les gotes d’acetona, si no es

fa part de l’acetona s’evapora.

Seria ideal que el sensor de temperatura pogués estar a dins de l’erlenmeyer, però no s’ha trobat la manera de mantenir el compartiment estanc amb aquest sensor a l’interior; tot i així en submergir el conjunt en aigua calenta, s’escalfa també la part interior de l’erlenmeyer. Els resultats obtinguts són acceptables. Cal vigilar amb la quantitat de líquid que vaporitza, perquè aquest muntatge no aguanta una

pressió superior a 150 kPa. A pressions superiors el tap salta a no ser que es subjecti fortament. Per evitar accidents es recomana no treballar a pressions superiors a aquest valor.

Conclusions

Resultats esperats Mesures prèvies: Mesura del volum de l’erlenmeyer: 125 ml Volum d’una gota d’acetona amb la pipeta emprada, que és de 2 ml de capacitat màxima


6


n º gotes Volum total (ml) 40 0,85 40 0,86 40 0,87

Utilitzem la relació 0,86 ml/40 gotes per a passar de gotes a volum en ml, que és el valor mitjà. Pantalla obtinguda en fer vaporitzar 5 gotes d’acetona.


1. Calculeu el nombre de mols de gas deguts a l’aire que conté inicialment l’erlenmeyer (no) Utilitzeu l’equació dels gasos ideals, les dades de pressió i temperatura inicials, el volum de l’erlenmeyer

Pressió ambiental = 97,1 kPa Temperatura ambiental = 20,3 ºC nº = P.V/R.T = 4,98.10-3 mols inicials de gas a l’erlenmeyer 2. Agafeu les dades de pressió i temperatura màximes obtingudes en vaporitzar l’acetona, calculeu

el nombre de mols de gas presents a l’erlenmeyer. Aquests corresponen a l’acetona i a l’aire. T màxima = 46,5 º C P màxima = 137,9 kPa


7


ntotal = 6,49.10-3 mol 3. Calculeu els mols d’acetona vapor Mol acetona vap = ntotal – no = 1,51.10-3 mol 4. Calculeu la massa d’acetona que ha vaporitzat a partir del nombre de gotes que heu posat, del

volum que tenen les gotes i de la densitat Massa acetona: 5 gotes x (0,86 ml/40 gotes) x (0,79 g/ 1 ml) = 0,0849 g 5. Calculeu la massa molar de l’acetona M molar acetona = massa acetona / mol acetona = 0,0849 / 1,51.10-3 = 56,2 g/mol 6. Quina és la massa molar real de l’acetona? Determineu el % d’error de la vostra mesura.

M molar real acetona = 58,1 g/mol %error = ((58,1 – 56,2)/58,1)x 100 = 3,3 % Respostes al qüestionari

1. Per què és important no tocar l’erlenmeyer després de mesurar la temperatura i la pressió inicials? Per no fer variar la quantitat d’aire que hi ha dins, el que ens falsejaria els resultats 2. La temperatura d’ebullició de l’acetona és 56,2ºC. Creus que es podria fer aquesta pràctica a una temperatura inferior? Per què? Sí, perquè els líquids s’evaporen a temperatures inferiors a la d’ebullició. 3. Indica alguna altra substància de la qual es podria determinar la seva massa molar per aquest

procediment. Qualsevol líquid volàtil com etanol, metanol, èter etílic i fins i tot l’aigua 4. Quines poden ser les causes de l’error de la mesura? Com creus que es podrien reduir? - Es treballa amb quantitats molt petites, un possible solució seria treballar amb quantitats

majors i un recipient de més capacitat, evitant, però que la pressió superés els 150 kPa Criteris d’avaluació Poden avaluar-se els aspectes següents: - Coherència en la defensa de la pròpia predicció

- Muntatge experimental correcte - Bona configuració del programa - Pulcritud en el treball experimental i endreça del material - Ordre i bona tria de les dades en calcular les velocitats de reacció - Justificació coherent de les conclusions experimentals - Qüestionari - Informe


8

ANNEX 5 Què vol dir dissolució tampó?


Què vol dir dissolució tampó?

El pH de l’aigua d’un aquari té un valor que s’ha de mantenir constant. És fàcil imaginar-se què passaria en cas contrari. El mateix podem dir de la sang humana, de la suor, de l’orina, dels xampús, d’una loció infantil i d’un gran reguitzell de líquids. Un pH constant s’aconsegueix amb una dissolució tampó o reguladora del pH, però, a la pràctica, què significa que manté el pH constant?

Objectius

• Preparar una solució tampó i mesurar el seu pH en afegir petites quantitats d’àcid o de base. • Determinar si diversos líquids d’us comú són reguladors del pH, i interpretar-ho teòricament. • Comparar el comportament de líquids reguladors i no reguladors.

Introducció El pH és una magnitud que mesura el grau d’acidesa o basicitat. En el cas de dissolucions

aquoses pH = - log [H3O+] El pH varia lleugerament amb la temperatura, a 25 ºC una solució de pH = 7 és neutra, una solució àcida té un pH < 7 i una solució bàsica té un pH > 7. L’aigua destil·lada és neutra, té un pH = 7, tanmateix aquest valor varia en diverses unitats en afegir-hi una petita quantitat, una gota, d’àcid o de base. Una gran quantitat de processos químics i bioquímics ocorren a un pH concret i pràcticament

constant, que no varia encara que s’incorporin noves substàncies al procés. Aquest comportament s’aconsegueix amb un sistema regulador de pH o sistema tampó. Una solució reguladora està constituïda per un àcid feble i una sal d’aquest àcid i de base

forta, en concentracions similars (per exemple una solució que sigui àcid acètic 0,1 M al mateix temps acetat de sodi 0,1 M); o bé per una base feble i una sal d’aquesta base i d’àcid fort, en concentracions similars (per exemple amoníac 0,20 M i nitrat d’amoni 0,15 M). La reacció d’equilibri de l’àcid o la base febles explica que el pH es mantingui pràcticament constant encara que s’hi afegeixin petites quantitats d’un àcid o una base. En aquesta pràctica preparareu una dissolució tampó, hi afegireu petites quantitats d’àcid i de base metre mesureu el pH, fareu el mateix amb l’aigua destil·lada i altres líquids.

1



En acabar haureu après a preparar una dissolució tampó, a reconèixer l’efecte regulador del pH que té i a interpretar-lo. També sabreu com procedir per a classificar un líquid com a regulador o no de pH i sabreu si tenen efecte tampó líquids i begudes quotidians.


Procediment

Material de laboratori Productes Elements equip Multilog

- 2 Vasos de precipitats de 100

ml

- Suport, 2 pinces, 2 nous

- 2 Varetes de vidre

- Proveta de 100 ml

- Pipetes Pasteur de 2

ml o goters graduats

- Ulleres de seguretat

- CH3COOH 0,1 M

- NaOH 0,1 M - HCl 0,01 M

- 2 Sensors de pH (rang 0 a 14 resolució 0,02, temps de resposta 10 segons) - adaptadors ovalats dels sensors

- NaOH 0,01 M - Interfície Multilog Pro amb cable USB - Aigua destil·lada

- Aigua amb gas - Ordinador

- Sucs de fruita - begudes diverses

Muntatge de l'experiència 1. Preparació de la solució tampó - Mesureu amb la proveta 50 ml d’àcid acètic 0,1 M i aboqueu-los a un vas de precipitats

de 100 ml - Mesureu 25 ml de NaOH 0,1 M i aboqueu-los al mateix vas. 2. Mesureu 75 ml d’aigua destil·lada i poseu-los a un segon vas de precipitats 3. Traieu els protectors dels sensors de pH i esbandiu-los amb aigua destil·lada. Introduïu

un sensor de pH a cada vas, ajudeu-vos de les pinces i el suport per tal que no toquin el fons del vas

4. Connecteu els sensors amb els adaptadors a les entrades IO-1(altra dissolució) i IO-2 (aigua destil·lada) de la interfície.

5. Connecteu la interfície a l’ordinador mitjançant el cable USB o el connector de nou pins 6. Engegueu primer la interfície i després obriu el programa Multilab 7. Configuració del sistema. Heu de configurar el sistema perquè enregistri les dades de

pH en funció del temps: - Cliqueu el botó configurar ajudant, , s’obre una primera pantalla

2



1ª pantalla es detecten els dos sensors de pH


Predicció Dibuixeu el gràfic de l’evolució del pH quan a cadascuna de les dissolucions fem 3 addicions de 1 ml HCl 0,01M i després 3 addicions de 1 ml de NaOH 0,01 M

Cliqueu proper


pH

temps

3



Comenteu i discutiu les prediccions amb els vostres companys i companyes Execució de l'experiència Durant tota l’experiència cal tenir present que el temps de resposta dels sensors de pH és d’uns 10 segons. - Poseu en marxa l’adquisició de les dades amb el botó executar , , observeu els valors de pH de cada solució

- Amb la pipeta Pasteur agafeu 2 ml d’HCl 0,01 M i afegiu-ne 1 ml a la solució d’aigua destil·lada i 1 ml a la dissolució tampó, agiteu cada solució amb una vareta de vidre (ALERTA, cal que sempre utilitzeu la mateixa vareta per a cada solució) espereu 10 segons que s’estabilitzi el pH

- Repetiu el pas anterior dues vegades més - Amb la pipeta Pasteur agafeu 2 ml de NaOH 0,01 M i afegiu-ne 1 ml a la solució d’aigua

destil·lada i 1 ml a la dissolució tampó, agiteu i espereu 10 segons que s’estabilitzi el pH - Repetiu el pas anterior dues vegades més - Finalitzeu la captació de dades amb el botó stop, .

Les solucions finals poden abocar-se per la pica deixant rajar aigua abundant

Amb el programa Multilab editeu un gràfic ( ) de la variació de pH, doneu-li nom i afegiu-lo

al projecte ( ). Editeu també una taula ( ), anomeneu-la i afegiu-la al projecte ( ).

Repetiu tot el procediment en un nou projecte substituint la solució tampó per aigua amb gas Abans de fer l’adquisició de les dades feu la predicció. Com variarà el pH de l’aigua amb gas en fer-hi 3 addicions de 1 ml HCl 0,01M i després 3 addicions de 1 ml de NaOH 0,01 M. Dibuixeu també les variacions per a l’aigua destil·lada.

pH

temps

Comenteu i discutiu les prediccions amb els vostres companys i companyes

4



Feu l’experiència i amb el programa Multilab editeu un gràfic ( ) de la variació de pH per a

l’aigua amb gas, doneu-li nom i afegiu-lo al projecte ( ). Editeu també una taula ( ),


Repetiu tot el procediment en un nou projecte substituint la solució tampó per suc de fruita Abans de fer l’adquisició de les dades feu la predicció. Com variarà el pH del suc de fruita en fer-hi 3 addicions de 1 ml HCl 0,01M i després 3 addicions de 1 ml de NaOH 0,01 M. Dibuixeu també les variacions per a l’aigua destil·lada.

pH

temps

Observacions qualitatives Per a cada experiment:

- Descriviu la variació de pH de l’aigua destil·lada en les successives addicions d’àcid clorhídric i d’hidròxid de sodi.

- Descriviu la variació de pH corresponent per l’altre líquid Anàlisi de les dades

1. A la introducció s’ha explicat que una solució tampó està formada per un àcid feble i una de les seves sals de base forta, Escriviu la reacció química que es produeix en el pas 1 del muntatge i expliqueu perquè és un solució tampó.

5



2. A partir dels resultats. Podem concloure que l’aigua amb gas és una solució tampó? Quines reaccions s’hi produeixen?

3. Fes el mateix raonament i escriu les reaccions corresponents per al suc de fruita (si no saps quin és l’àcid majoritari de la fruita estudiada, escriu les reaccions pel cas general)

Conclusions Amb tot el que has fet fins ara, escriu les conclusions d’aquest pràctica

Qüestionari 1. a) Escriu la reacció d’equilibri per a un àcid feble HA,

b) Escriu la fórmula de la seva constant d’acidesa Ka c) Quina diferència respecte les concentracions, hi ha a l’equilibri si l’àcid està sol o si hi

ha una de les seves sals, com NaA? d) Com es desplaçarà l’equilibri si afegim petites quantitats d’àcid a una solució que conté

l’àcid i la seva sal sòdica? e) Com es desplaçarà l’equilibri si hi afegim petites quantitats d’hidròxid? f) Argumenta amb les teves paraules en què es basa l’efecte regulador de pH d’una

solució tampó.

2. Comenta aquesta propaganda comercial, en referència al pH

............ Protector del Cuero Cabelludo Sin pH Protección del cuero cabelludo – La asociación de aceite de semilla de uva y aceite de almendra del Protector del Cuero Cabelludo es emoliente, nutritiva y revitalizante. Protege el cuero cabelludo impidiendo que el agente químico de relajamiento entre en contacto con la piel. Modo de uso: Aplique siempre el producto sobre el cuero cabelludo antes del proceso químico

Informe Redacteu un informe de l’experiència. En aquest informe s’han de distingir clarament les següents parts: objectius, introducció, realització i conclusió, junt amb les respostes al qüestionari.

6



Què vol dir dissolució tampó? Material per al professorat


Temporització 1 hora per l’experimentació i les conclusions 20 minuts per al qüestionari

Alumnes als quals s'adreça l’experiència Alumnes de Batxillerat Orientacions metodològiques En cas de no disposar de prou sensors de pH, pot fer-se un muntatge per tota l’aula, fent

que els alumnes escriguin les prediccions del que passarà abans de les addicions i interpretin

correctament els resultat al final.

Poden donar-se sucs diferents a cada grup d’alumnes, tot i que és interessant que cada grup

ho faci amb l’aigua amb gas, per fer-los reflexionar sobre el comportament esperat de totes les

begudes carbòniques

Pot fer-se la pràctica amb un únic sensor de pH per grup, treballant amb una única dissolució

cada vegada, tot i que és més espectacular i pot fer entendre més el concepte de regulador,

veure com un líquid manté el pH constant i l’altre no en afegir-hi el mateix al mateix moment.

Propostes de recerca

- Efectes de la pluja àcida sobre l’aigua de diferents tipus de llacs (els llacs en contacte amb roques calcàries tenen efecte amortidor de l’acidesa de la pluja)

- Estudi dels límits de capacitat reguladora de diferents solucions tampó.

Orientacions tècniques - És convenient afegir una quantitat d’àcid o de base prou gran perquè pugui fer variar el

pH de manera apreciable si s’addiciona a un líquid no tampó com poden ser un àcid o base febles. Per això es considera adequat fer les addicions de ml en ml (i no gota a gota) per a concentracions d’HCl i de NaOH 0,01 M.

7



Conclusions

Resultats esperats a) Aigua destil·lada i solució tampó preparada

Aigua destil·lada

Solució tampó

Resultats de pH obtinguts en fer 3 addicions successives de 1 ml de HCl 0,01M seguides de 3 addicions de NaOH 0,01M a 75 ml d’aigua destil·lada (línia blava) i 75 ml de solució tampó (línia carbassa). Les addicions han estat fetes amb una pipeta Pasteur

b) Aigua destil·lada i aigua amb gas

Aigua amb gas

Aigua destil·lada

Resultats de pH obtinguts en fer 3 addicions successives de 1 ml de HCl 0,01M seguides de 3 addicions de NaOH 0,01M a 50 ml d’aigua destil·lada (línia vermella) i 50 ml d’aigua amb gas (línia blava)

8



c) Aigua i suc de fruites

Aigua destil·lada Aigua destil·lada

Suc taronja natural Suc llimona natural

Resultats de pH obtinguts en fer 3 addicions successives de 1 ml de NaOH 0,01M seguides de 3 addicions de HCl 0,01M a 50 ml d’aigua destil·lada (línia vermella) i 50 ml de suc de llimona i de taronja naturals, acabats d’esprémer (línia blava)

Aigua destil·lada

Suc pinya Resultats de pH obtinguts en fer 3 addicions successives de 1 ml de HCl 0,01M seguides de 3 addicions de NaOH 0,01M a 50 ml d’aigua destil·lada (línia vermella) i 50 ml de suc pinya envasat (línia blava)

9



Anàlisi de les dades

1. A la introducció s’ha explicat que una solució tampó està formada per un àcid feble i una de les seves sals de base forta, Escriviu la reacció química que es produeix en el pas 1 del muntatge i expliqueu perquè és un solució tampó.

CH3COOH(aq) + NaOH(aq) CH3COONa(aq) + H2O(l)

Mols inicials 0,05x0,1 = 5.10-3 0,025x0,1=2,5.10-3

Mols finals 2,5.10-3 --- 2,5.10-3 Al final queden, en 75 ml de solució, 2,5.10-3 mols d’àcid acètic i els mateixos d’acetat de sodi, per aquest motiu és una solució tampó

2. A partir dels resultats. Podem concloure que l’aigua amb gas és una solució tampó? Quines reaccions s’hi produeixen?

En el gràfic pot veure’s que el pH de l’aigua amb gas no varia en afegir l’àcid o la base, per tant és una solució tampó. Per ser una solució tampó cal que hi hagi un àcid feble i una de les sals d’aquest àcid i base forta. El gas és diòxid de carboni, que en dissoldre’s a l’aigua forma àcid carbònic, que és un àcid feble. CO2 + H2O H2CO3

Aquest àcid és dipròtic : H2CO3 + H2O HCO3- + H3O+

HCO3- + H2O CO32- + H3O+

A l’aigua amb gas hi ha cations metàl·lics com el Na+ o el Ca2+, que amb el bicarbonat i carbonat formen la sal corresponent que queda dissolta. 3. Fes el mateix raonament i escriu les reaccions corresponents per al suc de fruita

(si no saps quin és l’àcid majoritari de la fruita estudiada, escriu les reaccions pel cas general)

Cas general HA + H2O A- + H3O+, l’anió A- forma la sal de base feble amb els ions de sodi, potassi o altres que hi hagi al suc de fruites. Per al suc de taronja, de llimona, i la pinya americana l’àcid majoritari és el cítric, tripròtic, C6H8O7 CH2COOH-C(OH)COOH-CH2COOH

Respostes al qüestionari 1.a) Escriu la reacció d’equilibri per a un àcid feble HA, HA + H2O A- + H3O+

b)Escriu la fórmula de la seva constant d’acidesa Ka

Ka = [ A- ] [H3O+]/[HA] c) Quina diferència respecte les concentracions, hi ha a l’equilibri si l’àcid està sol o si hi ha

una de les seves sals, com NaA. Si l’àcid està sol la concentració d’àcid no dissociat HA és molt més gran que la de l’anió A-, en canvi si a la solució hi ha la sal NaA , aquesta donarà lloc als ions Na+ i A- i per tant les concentracions d’HA i de A- poden arribar a ser del mateix ordre.

10



d) Com es desplaçarà l’equilibri si afegim petites quantitats d’àcid a una solució que conté l’àcid i la seva sal sòdica?

Si afegim àcid, aportem ions hidroni a l’equilibri i aquest es desplaça cap als reactius segons el principi de Le Chatelier. El valor de les concentracions ve regit pel de la constant d’acidesa Ka i en el cas d’una solució tampó les concentracions de HA i A- són grans en relació a la constant d’acidesa, per això la concentració de ions hidroni, i en conseqüència el pH, variarà poc.

HA + H O A + H2 - 3O+

e) Com es desplaçarà l’equilibri si hi afegim petites quantitats d’hidròxid?

Si afegim hidròxid, aportem ions hidròxid a l’equilibri, aquests ions reaccionen amb el ions

hidroni per a formar aigua (OH 2H- + H3O O). En treure els ions hidroni de la reacció + 2

O A + HHA + H2 - 3O+ l’equilibri es desplaçarà cap als productes segons el principi de Le Chatelier. En el cas d’una solució tampó les concentracions de HA i A- són grans en relació a la constant d’acidesa, i per tant el pH variarà poc

HA + H O A + H2 - 3O+

2.Comenta aquesta propaganda comercial, en referència al pH

............ Protector del Cuero Cabelludo Sin pH Protección del cuero cabelludo – La asociación de aceite de semilla de uva y aceite de almendra del Protector del Cuero Cabelludo es emoliente, nutritiva y revitalizante. Protege el cuero cabelludo impidiendo que el agente químico de relajamiento entre en contacto con la piel. Modo de uso: Aplique siempre el producto sobre el cuero cabelludo antes del proceso químico

No pot existir sense pH, els olis contenen àcids grassos.



11

ANNEX 6 Neteja d’aigua contaminada amb ferro

NETEJA D’AIGUA CONTAMINADA AMB FERRO

A molts processos químics industrials, com poden ser les extraccions mineres o les fàbriques

de bateries, s’obté com a residu aigua que conté ions metàl·lics dissolts. L’aigua contaminada

amb metalls és nociva si entra a formar part d’una xarxa tròfica. Per exemple si s’utilitza

aquesta aigua residual per a regar horts, pot provocar una acumulació de metalls en cadena

en els organismes vius, que és molt perjudicial. Així doncs cal eliminar els metalls abans

d’abocar l’aigua a la claveguera.

Objectiu

• Eliminació del ferro (III) d’una aigua contaminada per precipitació i posterior filtració

Introducció

Una de les maneres més utilitzades per a netejar l’aigua dels metalls que conté dissolts és

afegir-hi una substància que formi un compost insoluble, un precipitat, amb el metall. Després

el precipitat es separa per filtració. Cal triar bé la substància que s’ha d’afegir per a precipitar,

de manera que no sigui perjudicial i que no augmenti la conductivitat de l’aigua. Un augment de

la conductivitat en les aigües té efectes no desitjables, en el cas d’aigües de rec provoca una

disminució de les collites.

Figura 1. (a) Minerals de ferro a les mines de Riotinto (Huelva) (b) Extracció de mineral de ferro a el Romeral, Chile

Com podem saber quina substància és adient per a precipitar un metall? Com podem saber

quina quantitat en necessitem, per tal de no contaminar encara més l’aigua en afegir-hi aquesta

substància?

En aquesta pràctica estudiarem l’eliminació del catió ferro (III) d’una aigua contaminada amb

aquest metall, per precipitació i posterior filtració. Com que l’hidròxid de ferro és una substància

TORTOSA MORENO M. (2005)

1


molt insoluble, afegirem gota a gota una dissolució d’hidròxid de sodi, que portarà a la formació

d’un precipitat d’hidròxid de ferro (III), insoluble.

La reacció que es produirà és Fe3+(aq) + 3 OH-

(aq) Fe(OH)3 (s)

Per a saber quina quantitat d’hidròxid de sodi hem d’afegir, utilitzarem un sensor de

conductivitat. La conductivitat d’una solució augmenta en fer-ho el nombre de ions i la

conductivitat iònica de cadascun.

En acabar la pràctica sabreu mesurar la conductivitat d’un líquid, i interpretareu la variació

de la conductivitat d’una aigua contaminada amb cations metàl·lics en afegir-hi una altra

substància amb la que forma un precipitat i sabreu eliminar el ferro dissolt d’una aigua

contaminada.

També sabreu interpretar quan s’ha format tot el precipitat a partir de mesures de

conductivitat així com calcular la concentració d’ió ferro (III) que hi havia inicialment a l’aigua

Igualment tindreu la base per a entendre els processos de precipitació i filtració que s’usen per

a descontaminar aigües residuals.


Material de laboratori Productes Elements equip Multilog

NaOH 0,1 M

Vas de precipitats de 25 ml

Pipeta de 10 ml

Suport, pinces, nous

Vareta de vidre

Bureta

Embut de vidre, erlenmeyer

Paper de filtre Aigua contaminada amb

Fe(III)

Sensors de conductivitat (rang 0 a 20 mS, temps de resposta mig minut) i adaptador ovalat del sensor Interfície Multilog Pro amb cable USB Ordinador

Procediment

Muntatge de l'experiència Cal que feu la prova per triplicat

1. Mesureu 10 ml d’aigua contaminada amb ferro (III) amb una pipeta i aboqueu-los en un vas de precipitats de 25 ml.

2. Ompliu una bureta amb NaOH 0,1 M, arraseu-la a un volum concret.


2


3. Col·loqueu el sensor de conductivitat (Figura 2) dins el vas, connecteu-lo a l’adaptador, aquest a l’entrada IO-1 de la interfície, consola Multilog-Pro, i aquesta a l’ordinador mitjançant el port USB o el sòcol de 9 pins.

(a) (b) Figura 2. (a) Sensor de conductivitat, adaptador i consola Multilog-Pro on es mostren les entrades per a les connexions (b) Muntatge experimental

4. Feu el muntatge (Figura 2(b)) que permeti que l’hidròxid de sodi caigui a l’aigua.

5. Engegueu la interfície i l’ordinador

- Cliqueu el botó configurar ajudant, , s’obre una primera pantalla 1ª pantalla es detecta el sensor de conductivitat

2ª pantalla seleccioneu freqüència: manual mode d’escalat: escala completa mode de gravació: substituir cliqueu: proper

Cliqueu proper


3


3ª pantalla Seleccioneu per mostres, 50. Cliqueu acabar

Ara cal insertar una columna manualment i posar-hi els volums d’hidròxid de sodi que s’afegiran, en increments de 0,5 ml, aneu al menú Taula, seleccioneu Mode de captura us sortirà una pantalla on indica els sensors disponibles, seleccioneu conductivitat i cliqueu afegir 1ª pantalla: Sensors disponibles seleccioneu conductivitat Cliqueu Afegir Cliqueu Insertar columna manualment

S’obre una finestra

Ompliu Títol: volum premeu d’acord

Unitat :ml

Afegiu els valors dels volums des de zero fins a 15 ml, amb increments de 0,5 ml. Si es

necessiten més valors poden anar-se afegint al moment

Predicció Feu la predicció de com variarà la conductivitat de la solució de Fe3+ en anar-hi afegint hidròxid de sodi, dibuixeu la forma que creieu que pot tenir el gràfic.

Conductivitat

Volum hidròxid de sodi afegit

Comenteu i discutiu les vostres prediccions amb la resta de la classe

Enregistrament de les dades - Abans de prendre cada mesura de conductivitat, caldrà esperar aproximadament 30 segons, que és el temps de resposta del sensor. Anoteu les observacions a mesura que es va fent la


4


pràctica (quant comença a formar-se precipitat, de quin color és, com varia la quantitat de precipitat al llarg de l’experiència...) - Quan tot estigui a punt, podeu començar la presa de dades, per iniciar la captació de la

primera dada ( 0 ml)dades cal prémer el botó executar ( ), i a continuació eina de captura

( ).

Per a la segona dada i següents: deixeu caure 0,5 ml de la bureta, agiteu bé durant uns 30

segons, després premeu el botó enter de la interfície ( ) i a continuació eina de captura

( ).

- Continueu la presa de dades fins que s’observi un canvi clar en el pendent del gràfic, per a

finalitzar cliqueu stop ( ).Executar - Editeu un gràfic de la conductivitat en front del volum afegit (botó editar gràfic eix X captura1(volum), eix y captura 1 (conductivitat) acceptar) i afegiu-lo al projecte - Cliqueu commutar primer cursor i commutar segon cursor, poseu les fletxes als llocs adients i anoteu els valors de conductivitats i volums per a fer l’anàlisi de les dades

- Editeu també una taula ( ), anomeneu-la i afegiu-la al projecte ( ). - Anomeneu i guardeu l’arxiu - Finalment construïu un filtre de paper i filtreu el precipitat

Per tal de trobar el resultat amb més exactitud, és convenient fer una segona valoració conductimètrica, o bé agafar els resultats dels altres grups de la classe. Observacions qualitatives Anoteu l’aspecte i color del precipitat Anàlisi de les dades L’objectiu d’aquesta pràctica és determinar la concentració de ferro(III) d’una aigua

contaminada per tal de netejar-la. Els càlculs es fan partir del volum de NaOH que ha

reaccionat amb 10 ml d’aigua contaminada, i coneixent la reacció.


5


1. Ompliu la taula següent amb els resultats de les diferents valoracions:

1ª valoració

2ª valoració

Valor mitjà




Volum aigua que ha reaccionat

2. Calculeu, a partir de les dades anteriors i de la reacció química, la concentració de ferro (III) en ppm, a l’aigua problema. 3. Justifiqueu els fets següents: - la variació de la conductivitat al llarg de la pràctica

- per què per fer els càlculs s’agafa el punt en què hi ha un canvi del pendent del gràfic. - les característiques del precipitat format - per què la conductivitat mínima no és zero

Conclusions

A partir de tot el que heu fet fins ara, quina o quines conclusions podeu escriure? Qüestionari:

1. Quin és el fonament d’aquest mètode de separació?

2. Com ho faries per a eliminar el ferro d’una bassa de 50 m3 plena d’aigua contaminada

amb ferro (III)?

3. Quina característica cal que tinguin els metalls per a poder ser eliminats per aquest

mètode d’una aigua contaminada?

4. Per què és important no tirar més sosa quan ja ha precipitat tot l’hidròxid?

5. Consulta el CRC Handbook of Chemistry and Physics, i indica algun altre metall que

podria eliminar-se per aquest mètode.

6. Indica altres metalls que poden trobar-se com a contaminants d’una aigua. Quins tipus

d’activitats els produeixen?

7. Cal necessàriament afegir NaOH o un altre hidròxid per a precipitar un metall?


6



Bibliografia

EPOC Water Inc. Microfiltration Technology .EPA/540/AR-93/513 Sept 1995

http://www.ext.colostate.edu/pubs/crops/00506.html (article amb dades de conductivitat que

afecten la producció agrícola de diversos vegetals)

Lide D.R. 1990. Handbook of Chemistry and Physics. 71st Edition. CRC Press

http://www.ucm.es/info/crismine/Romeral.jpg (15/4/05) http://iris.cnice.mecd.es/biosfera/alumno/1bachillerato/petrogeneticos/imagenes/ima34/riotinto.png (15/4/05)


7

http://www.ext.colostate.edu/pubs/crops/00506.html

http://www.ucm.es/info/crismine/Romeral.jpg

http://iris.cnice.mecd.es/biosfera/alumno/1bachillerato/petrogeneticos/imagenes/ima34/riotinto.png

http://iris.cnice.mecd.es/biosfera/alumno/1bachillerato/petrogeneticos/imagenes/ima34/riotinto.png


NETEJA D’AIGUA CONTAMINADA AMB FERRO

Material per al professorat



Alumnes als quals s'adreça l’experiència Alumnes de 2n de Batxillerat Propostes de recerca Analitzar la variació de la conductivitat en afegir excés de base Estudiar la variació de conductivitat en formar-se precipitats diversos Estudiar processos de formació i redissolució de precipitats a partir de mesures de conductivitat. Estudiar l’efecte de la conductivitat de l’aigua de rec sobre el creixement de plantes Si es fan mesures de formació de precipitats amb altres ions, cal tenir present que la

conductivitat no sempre baixa en formar-se un precipitat degut a la presència dels ions

acompanyants tant de la solució problema com de l’agent valorant. A continuació es mostren

les conductàncies iòniques molars a dilució infinita d’alguns ions, en S.cm2/mol (Dades de

Vassos i Ewing, 1987)

Ió Cu2+ Na+ Fe3+ Ag+ H+ SO4

2- OH- NO3-

Conductància iònica molar a dilució infinita (S.cm2/mol)

107,2

50,1 204,0 61,9 349,8 160,0 198,6 71,4

Orientacions tècniques Per a preparar aigua amb 2000 ppm de Fe3+ pot fer-se dissolent 0,484 g FeCl3.6H2O, en 50

ml de solució És important esperar mig minut, que és el temps de resposta del sensor de conductivitat,

abans de fer les lectures.


8


Si es fan proves amb altres solucions problema, cal tenir present que la conductivitat de la solució mesurada ha d’estar entre 2 i 100 μS/cm a 20ºC. Si és necessari cal diluir abans de començar.

Conclusions

Resultats esperats

Aspecte del precipitat d’hidròxid de ferro (III) abans de ser filtrat Gràfic obtingut en fer la valoració conductimètrica de 10 ml de solució de 2000 ppm Fe3+ amb NaOH

0,1 M. Amb el botó commutar primer cursor, , s’obté el volum de 10,5 ml per a la conductivitat

mínima.

Reacció que s’ha produït Fe3+(aq) + 3 NaOH – (aq) Fe(OH)3(s)

La conductivitat va baixant perquè es va formant el precipitat, el punt de mínima conductivitat indica que s’ha format tot el precipitat, per això en afegir més NaOH, que dissolt conté els ions Na+ i


9


OH -, torna a pujar la conductivitat. La conductivitat mínima no és zero per la presència dels ions acompanyants. Les dades s’obtenen amb els botons commutar primer i segon cursor


5,413 mS


3,587mS


1,826 mS

Volum NaOH 0,1 M que ha reaccionat

10,5 ml

Càlcul de la concentració de ferro (III) a l’aigua, en ppm ppm = micrograms/ml (10,5 ml NaOH 0,1M/10 mlaigua) x(0,1 mol NaOH/103 ml) x (1 mol Fe3+/3 mol NaOH)x(55,8.106

μg Fe3+/1 molFe3+) = 1953 ppm

Respostes al qüestionari 1. Quin és el fonament d’aquest mètode de separació? La disminució de conductivitat en formar-se el precipitat, i l’augment de la conductivitat en

afegir reactiu en excés

2. Com ho faries per a eliminar el ferro d’una bassa de 50 m3 plena d’aigua contaminada

amb ferro (III)? Primer caldria fer una valoració conductimètrica amb uns ml de l’aigua per a determinar la concentració de ferro (III) que té l’aigua, després caldria calcular la quantitat de NaOH que s’hauria d’afegir per a fer precipitar tot el ferro dels 50m3 de l’aigua de la bassa, afegir-hi aquesta quantitat i separar el precipitat format. 3. Quina característica cal que tinguin els metalls per a poder ser eliminats per aquest

mètode d’una aigua contaminada? Han de formar un compost insoluble en afegir-hi un reactiu de concentració coneguda, en aquest

cas l’hidròxid de sodi

4. Per què és important no tirar més sosa quan ja ha precipitat tot l’hidròxid? Perquè el NaOH en dissolució també aporta ions el que fa augmentar la conductivitat de l’aigua.




10

ANNEX 7 Procés industrial a escala de laboratori: obtenció d’un metall


Procés industrial a escala de laboratori: obtenció d’un metall

El ferro, l’alumini, el coure i el zinc són els quatre metalls que es produeixen en majors

quantitats a la indústria mundial. L’empresa que té la planta de producció de zinc amb més

capacitat i amb menor cost de fabricació del món es troba a Astúries. Actualment (2005) té una

producció de 460.000 tones anuals d’aquest metall. Tanmateix, però, a tots els jaciments el

zinc es troba formant part de compostos, no existeix a la natura l’element zinc en estat pur.

Com pot fer-se per a obtenir zinc, o un altre metall pur, a partir dels seus compostos?

Objectius

• Obtenir zinc al laboratori simulant part del procediment industrial d’obtenció. • Calcular el rendiment del procés

Introducció

Només alguns metalls (or, plata, mercuri, platí i coure) es poden trobar, en quantitats petites,

en estat pur a la natura. Per a poder obtenir la majoria de metalls calen diversos processos,

primer l’extracció del mineral de la mina, i l’enriquiment per tal d’obtenir la mena, seguit de

processos metal·lúrgics en els que es separa el metall dels altres elements amb els quals es

troba combinat químicament. El mineral més utilitzat per a l’obtenció de zinc és la blenda (ZnS)

Industrialment hi ha dos processos que són majoritaris per a obtenir metalls purs:

- Un d’ells consisteix en provocar una reacció química entre el compost del metall i un

agent reductor, com el carboni, o l’hidrogen. A la reacció s’obté el metall reduït, és a

dir l’element.

- L’altre procés majoritari és l’electròlisi.

En el cas del zinc, l’últim pas del procés d’obtenció és l’electròlisi d’una solució de sulfat de

zinc. En el procés s’utilitza un càtode d’alumini i un ànode de plom. El procés consisteix en fer

circular corrent elèctric continu per una solució de sulfat de zinc, els ions que formen aquesta

sal (Zn2+ i SO42-) són atrets cap a pols diferents, i s’obté el zinc pur.

En aquesta pràctica aprendreu a fer l’electròlisi d’una solució de sulfat de zinc, mesurant a

cada moment l’intensitat del corrent que circula amb un amperímetre i el programa Multilab, per

1



a obtenir el metall pur. A partir de la quantitat de zinc que obtingueu determinareu el rendiment

químic del procés.


Equipament − Suport − Pinces, nous − Vasos de precipitats de 250 ml i 100

ml − Plaques de 1,5 x 10 cm (aprox.)

d’alumini i de plom − 2 Pinces de cocodril i 1 cable de

connexió − Placa calefactora (no imprescindible) − -Generador de corrent continu (4,5

V)

Reactius i altres materials − Solució de sulfat de zinc al

10 % − 1 ml àcid sulfúric 0,01 M

Elements de l’equip Multilog - Interfície Multilog-Pro amb

cable USB - Sensor amperímetre(+/- 2,5 A)- Sensor de temperatura

Procediment

Muntatge de l'experiència 1. Poseu 200 ml de solució de sulfat de zinc al 10 % en un vas de precipitats, afegiu-hi un

ml d’àcid sulfúric 0,01 M.

2. Escalfeu-ho fins a uns 35-40ºC.

3. Peseu els dos elèctrodes i anoteu la seva massa

4. Feu el muntatge de la figura 1

5. - Connecteu la placa de plom a l’amperímetre, aquest al pol positiu de la font d’alimentació (APAGADA).

- Connecteu el pol negatiu de la font a la làmina d’alumini. - Connecteu el sensor de temperatura i l’amperímetre a les entrades IO-1 i IO-2 de la

interfície. 6. Engegueu primer la interfície i després obriu el programa Multilab 7. Configuració del sistema. Heu de configurar els sistema perquè enregistri les dades

de temperatura i intensitat en funció del temps:


1ª pantalla es detecten els dos sensors, el de temperatura i l’amperímetre


Cliqueu proper

2




Figura 1. Muntatge per a l’obtenció de zinc per electròlisi

Pb Al

+ -

Multilog-PRO

A

Placa calefactora (opcional)

ZnSO4 al 10% (Acidificada lleugerament amb H2SO4)

Font d’alimentació c. continu. 4,5 V

3



Predicció - Indiqueu a quin elèctrode creieu que s’obtindrà el zinc, i quins seran els canvis que s’hi

observaran.

- Dibuixeu el gràfic intensitat de corrent en funció del temps que creieu que circularà

durant el procés

- Comenteu les vostres prediccions amb la resta de la classe

Adquisició i enregistrament de les dades - Durant l’experiment és convenient que la solució de sulfat de zinc es mantingui a 35-40ºC,

poseu en marxa la placa calefactora per tal de mantenir aquesta temperatura.

- Poseu en marxa el programa Multilab amb el botó executar ( ) i immediatament

després engegueu la font d’alimentació.

- Deixeu que l’electròlisi es faci durant uns 20-30 minuts.

- Anoteu les observacions que es produeixen a cada elèctrode, identifiqueu l’ànode i el

càtode.

- En acabar tanqueu la font d’alimentació i atureu l’adquisició de dades, amb el botó stop

( ).

- Retireu l’elèctrode on s’ha dipositat el zinc, submergiu-lo amb molt de compte, per tal de

no perdre metall, en un vas amb aigua destil·lada i posteriorment deixeu-lo assecar i

peseu-lo. Calculeu la massa de zinc obtinguda.

En acabar, llenceu la solució resultant al bidó corresponent

Amb el programa Multilab editeu un gràfic ( ) de la variació d’intensitat en funció del temps,

doneu-li nom i afegiu-lo al projecte ( ). Editeu també una taula ( ), anomeneu-la i afegiu-la

al projecte ( ).

4



Conclusions

Anàlisi de les dades Per a calcular el rendiment de l’electròlisi tindrem present que % rendiment = (massa Zn obtingut/massa Zn teòrica) x 100 - Anoteu la massa de zinc obtinguda mZn obtinguda = - Per a calcular la massa teòrica de zinc, ho farem a partir de la càrrega que ha circulat, sabem que Intensitat = ΔCàrrega/ Δtemps A partir del gràfic intensitat-temps que tenim, la càrrega la podem calcular fent l’àrea de sota el gràfic amb la funció integral de l’ajudant d’anàlisi, de la següent manera: - Cal indicar el tram durant el que hi ha hagut electròlisi - Cliqueu el botó commutar primer cursor ( ) i arrossegueu la fletxa a l’inici del gràfic,

després cliqueu a commutar segon cursor( ) i arrossegueu la segona fletxa al final.

- Cliqueu el botó ajudant d’anàlisi ( ), us sortirà una pantalla com la següent, cliqueu a la

pestanya funcions, us sortirà una segona pantalla on heu de seleccionar seleccioneu integral,

cliqueu d’acord. Obtindreu el gràfic de la càrrega en funció del temps. Ajudant d’anàlisi: 1ª pantalla Ajudant d’anàlisi: pantalla funcions

seleccioneu integral cliqueu a funcions

Cliqueu d’acord

Amb el valor de la càrrega total que ha circulat, i la semireacció d’obtenció del zinc, calculeu la massa teòrica de zinc, i després el rendiment del procés. Amb tot el que heu fet fins ara, escriviu les conclusions de la pràctica Qüestionari

1. Descriviu i dibuixeu els processos observats a cada elèctrode durant l’electròlisi 2. A quin elèctrode es produeix el zinc i quina és la semireacció corresponent? Quina pot

ser la semireacció a l’altre elèctrode?

5



3. A partir de les observacions durant la pràctica, creus que a l’elèctrode on es forma el zinc hi ha algun altre procés?

4. Quin o quins processos creus que es produeixen a l’elèctrode de plom? 5. Quin és el rendiment de l’electròlisi? A què creus que és degut? 6. El zinc o zenc és el quart metall més produït al món, indica algunes de les seves

aplicacions. 7. Anomena objectes o productes quotidians que contenen zenc 8. L’electròlisi és un procediment comú d’obtenció de metalls en estat pur. Busca informació

de dos metalls més que s’obtinguin industrialment per aquesta tècnica? Informe Redacteu un informe de l’experiència. En aquest informe s’han de distingir clarament les següents parts: objectius, introducció, realització i conclusió, junt amb les respostes al qüestionari. Webgrafia http://www.azsa.es(web de “Asturiana de Zinc”, fundada el 1957 a San Juan de Nieva, Castrillón, Astúries. Consulta maig 2005) http://www.iza.com/zwo_org/zwo00-index.htm (web de International Zinc Association. Consulta maig 2005) http://ca.wikipedia.org/wiki/Zinc

6

http://www.azsa.es/

http://www.iza.com/zwo_org/zwo00-index.htm

http://ca.wikipedia.org/wiki/Zinc



Procés industrial a escala de laboratori: obtenció d’un metall Material per al professorat



Alumnes als quals s'adreça l’experiència Alumnes de Batxillerat Orientacions metodològiques Pràctica adequada en el tema d’electroquímica. També es tracta el concepte de rendiment i el de reaccions secundàries. És interessant que l’alumnat faci i discuteixi les prediccions en petits grups o amb tota la classe abans de començar l’experiència, per tal que li sigui més fàcil interpretar l’electròlisi quan la faci. Propostes de recerca

- Pot estudiar-se el rendiment d’aquest procés a diferents temperatures i comparar-ho amb les condicions industrials d’obtenció (temperatura òptima, costos de producció per assolir-la en grans quantitats,...)

- Tant a l’ànode com al càtode es produeixen reaccions secundàries que fan disminuir el rendiment del procés. Pot estudiar-se la manera de disminuir-les i els costos que pot representar a diferents nivells (econòmics, energètics, ambientals,...)

- Obtenció d’altres metalls per electròlisi.

Orientacions tècniques No és imprescindible tenir placa calefactora. Pot fer-se l’experiència a temperatura ambient

(el rendiment és menor) o bé escalfar la solució de sulfat de zinc i mantenir-la aïllada amb un pot o caixa de porexpan.

El residu líquid sobrant de l’electròlisi conté ions de zinc i de plom, que poden fer-se precipitar afegint hidròxid de sodi fins a pH 9, i filtrant

7



Conclusions

Resultats esperats Al gràfic 1 es mostra l’evolució de la intensitat i la temperatura amb el temps, obtinguts en fer l’electròlisi d’una solució de sulfat de zinc lleugerament acidificada amb àcid sulfúric. Al gràfic 2 es veu la intensitat i la funció integral, que correspon a la càrrega, del mateix procés

intensitat

funció integral

1622

intensitat

temperatura

El zinc es diposita a l’elèctrode d’alumini, que és el càtode.

Càlcul del rendiment Massa inicial elèctrode d’alumini = 3,46 g Massa final elèctrode + zinc = 3,90 g Massa zinc obtingut = 3,91 – 3,46 = 0,45 g Per a fer el càlcul zinc teòric, ho fem amb la càrrega ( 1622 C) i la semireacció Zn2+ + 2e Zn -

/96500 C) x (1 mol Zn/ 2 mol e )x (65,4 g Zn/ 1 mol Zn) = 0,55 g Zn teòric 1622 C x(1 mol e- -

% rendiment = (0,45/0,55)x100 = 82 % Respostes al qüestionari 1. Descriviu i dibuixeu els processos observats a cada elèctrode durant l’electròlisi

A tots dos elèctrodes s’observa l’aparició de petites bombolles. L’elèctrode d’alumini que inicialment és brillant, es va recobrint d’una capa grisa. L’elèctrode de plom queda recoberta per una capa de color marró-vermellós

2. A quin elèctrode es produeix el zinc i quina és la semireacció corresponent? Quina pot ser la semireacció a l’altre elèctrode?

El zinc es diposita a sobre l’elèctrode d’alumini, que és el càtode de l’electròlisi. La semireacicó és

Zn2+ + 2e Zn -

A l’altre elèctrode probablement es diposita òxid de plom, pel color.

La reacció pot ser Pb Pb2+ + 2 e-

3. A partir de les observacions durant la pràctica, creus que a l’elèctrode on es forma el zinc hi ha algun altre procés?

La producció de bombolles als dos elèctrodes pot explicar-se per l’electròlisi de l’aigua. L’elèctrode on es forma el zinc és el càtode i la semireacció que s’hi produeix és la de reducció. Per a l’aigua la semireacció és 2H O + 2 e 2 OH + H , es desprèn hidrogen gas. - -2 2

4. Quin o quins processos creus que es produeixen a l’elèctrode de plom? L’oxidació del plom, Pb Pb2+ + 2 e , i la de l’aigua H O 2H- 2 + + ½ O + 2 e -2

8



5. Quin és el rendiment de l’electròlisi? A què creus que és degut? El rendiment en aquest cas és del 82%, pot explicar-se perquè es produeix simultàniament l’electròlisi de l’aigua

6. El zinc o zenc és el quart metall més produït al món, indica algunes de les seves aplicacions.

És molt utilitzat per a protegir altres metalls de la corrosió, per elaboració de la carcassa de piles, pigment de pintures, vegeu també aquesta web de International Zinc Association

http://www.iza.com/zwo_org/zwo00-index.htm (maig 2005)

7. Anomena objectes o productes quotidians que contenen zenc N’hi ha molts: Piles, neumàtics, llautó; el zinc és un nutrient essencial i el contenen molts aliments com el te o la fruita. També és important en la bioquímica de molts enzims,...

8. L’electròlisi és un procediment comú d’obtenció de metalls en estat pur. Busca informació de dos metalls més que s’obtinguin industrialment per aquesta tècnica?

S’obtenen per electròlisi de les seves sals foses, entre altres, els metalls alcalins ( Li, Na, K, Rb, Cs i Fr) i alcalinoterris (Mg, Ca, Sr, Ba i Ra). En altres metalls com el coure i l’alumini l’electròlisi també forma part del procés d’obtenció.


- Muntatge experimental correcte - Bona configuració del programa - Pulcritud en el treball experimental i endreça del material - Tractament de les dades i càlcul del rendiment - Qüestionari - Informe

9

http://www.iza.com/zwo_org/zwo00-index.htm

ANNEX 8 Pressió de vapor i higiene industrial


Pressió de vapor i higiene industrial

A molts processos industrials s’utilitzen dissolvents orgànics que són líquids que s’evaporen

fàcilment, és a dir són volàtils. Els seus vapors es mesclen amb l’aire i poden representar un

perill pels treballadors que els respiren. D’altra banda, per minimitzar la contaminació és

recomanable que les emissions a l’atmosfera siguin mínimes.

Cal vigilar especialment a l’estiu quan la temperatura ambiental és més elevada? Tots els

dissolvents es comporten igual?

Objectius

• Determinar com varia la pressió de vapor d’un líquid amb la temperatura • Comparar la volatilitat de dos líquids diferents

Introducció Un líquid volàtil és un líquid que s’evapora fàcilment. El terme quantitatiu que caracteritza la

volatilitat d’un líquid és la pressió de vapor. Si es té un líquid dins d’un recipient tancat a una determinada temperatura, al principi s’evapora fins que s’estableix un equilibri entre el líquid i els seus vapors. La velocitat d’evaporació és la mateixa que la de condensació. La pressió de vapor es defineix com la pressió del vapor en equilibri amb el líquid a aquesta temperatura Inicialment, a l’esquerra, només hi ha evaporació. Amb el temps s’arriba a un estat d’equilibri, dreta, en el que les velocitats d’evaporació i de condensació són les mateixes. Font imatge http://www.unit5.org/christjs/Vapor_2.jpg

1




Dos dels dissolvents orgànics més utilitzats són l’acetona i l’etanol, i farem la pràctica amb ells. A temperatura ambient, per a determinar la pressió de vapor posarem una quantitat de líquid dins d’un erlenmeyer, taparem i mesurarem la pressió fins que s’estabilitzi. Cal tenir present que inicialment hi ha aire al recipient i que la pressió total mesurada és la suma de les pressions parcials de l’aire i la pressió de vapor del líquid Ptotal = Paire + Pvapor líquid Per mesurar la pressió de vapor a una altra temperatura cal fer el mateix experiment submergint el conjunt en un bany d’aigua calenta. En acabar haureu après a mesurar la pressió de vapor d’un líquid a diferents temperatures,

i comparareu el comportament de líquids diferents. Per estudiar la variació de la pressió de vapor amb la temperatura, mesurarem la pressió de vapor de l’acetona a diferents temperatures. Quina serà la variable independent? I la dependent? Com ho podríem fer per comparar líquids diferents?




dues agulles hipodèrmiques (per evitar punxades

mentre es manipula el tap és útil punxar les puntes

de les agulles a un tap de suro).

Xeringa de 5 ml

Allargador de pressió Luer Lock (d’uns 8 cm)

Resistència calefactora o bec bunsen. Pipeta /Pera succió Caixa aïllant de porexpan, sense tapa

Productes Paper de filtre Aigua de l’aixeta Etanol Acetona Xi

Elements equip Multilog Interfícies Multilog-Pro amb cables USB Sensors de temperatura (rang –25ºC/110ºC, resolució 0,13ºC) Sensor de pressió (rang 0-700 kPa, resolució 0,5 kPa) Ordinador

2



Procediment

Muntatge de l'experiència Primer fareu l’experiència a temperatura ambient:

1. Talleu un tros de paper de filtre d’uns 2 x 8 cm, doblegueu-lo i poseu-lo dins d’un erlenmeyer ben sec.

2. Agafeu el tap de goma travessat amb dues agulles connecteu el tub allargador i el

sensor de pressió a una de les agulles

3. Ompliu la xeringa amb 5 ml d’acetona i connecteu-la a l’altre agulla del tap

4. Tapeu bé l’erlenmeyer amb el tap. Aquesta operació és molt important, no hi ha d’haver pèrdues perquè es faran mesures de pressió.

5. Connecteu el sensor de pressió a l’entrada IO-1 i el de temperatura a l’entrada IO-2 de

la interfície Multilog

6. Engegueu la interfície i després obriu el programa Multilab

7. Configuració del sistema. Heu de configurar el sistema perquè enregistri les dades de pressió i temperatura en funció del temps.

8. Cliqueu el botó configurar ajudant, , s’obre una primera pantalla


Cliqueu proper


3




Predicció Dibuixeu el gràfic de la variació de la pressió dins l’erlenmeyer quan premem l’èmbol i deixem caure l’acetona. Compareu i discutiu les vostres prediccions amb la resta de la classe. Adquisició i enregistrament de les dades

- Poseu en marxa el programa Multilab amb el botó executar ( ) espereu uns segons

que la pressió s’estabilitzi.

- Premeu l’èmbol de la xeringa perquè l’acetona caigui dins del recipient tot d’un cop.

- Espereu uns minuts fins que la pressió torni a estabilitzar-se

- Atureu l’adquisició de dades, amb el botó stop ( ). Nota: La manca de pràctica pot fer que hi hagi pèrdues de gas per les juntures en aquest cas caldrà repetir

l’experiència

Després de la pràctica, tant l’acetona com l’etanol es poden reutilitzar

4






Mesura de la pressió de vapor a diferents temperatures Escalfeu aigua fins uns 30 ºC , poseu-la dins del vas de precipitats de 500 ml, poseu el conjunt

dins d’una caixa de material aïllant.

Ara cal repetir l’experiència tal com s’ha fet a temperatura ambient, però posant el sensor de

temperatura dins de l’aigua calenta.

Quan es fa l’adquisició de les dades és molt important deixar temps suficient (uns minuts), per

tal que la temperatura a l’interior de l’erlenmeyer sigui la mateixa que a l’exterior.

Feu les vostres prediccions als mateixos eixos per cada nova mesura i comenteu-les amb la

resta de nois i noies de la classe abans d’enregistrar les dades.

Repetiu les mesures a altres temperatures

Feu mesures a diferents temperatures amb etanol, seguint el mateix procediment.

Amb aquest muntatge el tap aguanta sense subjecció fins uns 140-150 kPa

Anàlisi de les dades 1. Per a cada experiment:

a. Observa la forma del gràfic i els valors de la taula i explica: - Quant valen la pressió i temperatura inicials i a què són degudes - Quina evolució fa la temperatura b. Si la quantitat de vapor produït és constant durant la pràctica.

Quina forma té el gràfic, què significa? c. Quina és la temperatura ambient? Quant val la pressió de vapor de l’acetona a aquesta

temperatura 2. Omple una taula per cada líquid amb els resultats obtinguts per a les diferents temperatures, fes el mateix per a l’etanol. Utilitza els cursors del Multilab ( ) per a obtenir les dades.

5



Acetona Etanol temperatura Pressió

inicial Pressió final

Pressió de vapor

temperatura Pressió inicial

Pressió final

Pressió de vapor

Compara els resultats dels dos líquids i justifica les diferències, si n’hi ha

Quina o quines conclusions pots escriure? Qüestionari 1. Creus que obtindríem resultats similars si treballéssim amb un recipient obert i no tancat 2. Per a què serveix el paper de filtre? Argumenta quines diferències podríem trobar si

féssim l’experiment sense el paper. 3. Tant l’etanol com l’acetona són líquids a temperatura ambient. Quin enllaç químic tenen?

Què podem dir de les forces intermoleculars de cadascun? 4. Justifica els resultats de la pràctica en funció de l’enllaç intermolecular. 5. Si una indústria o laboratori utilitza dissolvents orgànics, aquests poden arribar a ser

nocius per als treballadors que n’han de respirar els vapors. Quines propostes faries de cara a millorar les condicions laborals per aquest motiu?

6. Per la mateixa situació de la pregunta anterior, proposaries diferències depenent de l’estació de l’any?

7. Imagina que una indústria utilitza pel seu procés dissolvents orgànics. Dues fàbriques imaginàries idèntiques, una a Almeria i l’altra a Granada, fan el mateix procés. Creus que hi ha algun motiu per a pensar que els treballadors d’una de les fàbriques tenen més risc de patir problemes respiratoris que els altres.


6



Pressió de vapor i higiene industrial Material per al professorat


Temporització 1 hora per l’experimentació i les conclusions 30 minuts per al qüestionari

Alumnes als quals s'adreça l’experiència Alumnes de Batxillerat, Alumnes de 4t d’ESO Orientacions metodològiques Es treballa el concepte de pressió de vapor, i el de forces intermoleculars. Propostes de recerca Per a contextualitzar les recerques i buscar informació dels tipus d’activitats que poden fer

emissions a l’atmosfera, és útil consultar el “REAL DECRETO 117/2003, de 31 de enero, sobre

limitación de emisiones de compuestos orgánicos volátiles debidas al uso de disolventes en

determinadas actividades” i a partir d’aquí buscar informació sobre l’activitat que interessi.

(http://217.116.15.226/xml/disposiciones/min/disposicion.xml?id_disposicion=57673&desde=mi

n consultat juny 2005)

- Buscar un procés que pugui dur-se a terme amb diferents dissolvents i comparar els

dissolvents entre sí buscant avantatges i inconvenients de cadascun, amb dades experimentals

sobre pressió de vapor, temperatura a la que es fa el procés, toxicitat, etc.

- Documentar-se sobre processos industrials en que s’usen mescles de dissolvents. Estudiar

les variacions de pressió de vapor en mescles de líquids de composició coneguda, trobar

relacions entre la composició de la mescla i la pressió de vapor. Estudiar com varia amb la

temperatura la pressió de vapor d’una mescla.

- Estudiar les variacions de pressió de vapor de diversos líquids i argumentar els resultats a

partir dels enllaços químics. L’estudi pot quedar més complet si per cada líquid es calcula

l’entalpia de vaporització a partir de dades de pressió de vapor a diverses temperatures amb

l’equació de Clausius-Clapeyron, es comparen els resultats per diversos líquids i s’argumenta

la relació entre pressió de vapor i entalpia de vaporització.

7





Orientacions tècniques - En fer la pràctica cal que el tap ajusti bé l’erlenmeyer, per evitar les pèrdues.

- Quan es fan les mesures a temperatura elevada, va bé posar l’erlenmeyer dins del bany

tapat però sense la xeringa durant uns 10-15 segons i llavors acoblar-hi la xeringa.

D’aquesta manera surt part de l’aire de dins de l’erlenmeyer i la pressió inicial no és tan

gran. No afecta els resultats perquè la pressió de vapor és la variació entre la pressió

inicial i la final.

- És important que en fer proves a diferents temperatures la pressió total no superi els

150 kPa, perquè amb el muntatge proposat el tap pot saltar. Per fer els càlculs teòrics

pot usar-se la relació següent, que és un cas concret de l’equació de Clausius-

Clapeyron:

ln Pvap = - ----------- + ------------ La pressió de vapor calculada és en atmosferes

ΔHvap ΔHvap

R T RTeb

Conclusions

Resultats esperats Resultats obtinguts per a l’acetona a diverses temperatures T = 22,3 ºC (ambient) T = 37ºC Tot i que es considera la temperatura constant s’observa que la disminueix lleugerament durant l’experiència degut a que l’erlenmeyer no està perfectament aïllat.

8



Per a l’etanol: T = 25ºC (ambient) T = 38 ºC 2. Omple una taula per l’acetona amb els resultats obtinguts per a les diferents temperatures, fes el mateix per a l’etanol. Utilitza els cursors del Multilab ( ) per a obtenir les dades. Acetona Etanol Temperatura (ºC)

Pressió inicial

Pressió final

(kPa) (kPa)


22,3 97,14 125,00

Temperatura(ºC)

Pressió inicial

Pressió final

Pressió vapor

(kPa) (kPa) (kPa) 27,86 25 95,00 107,14 12,14

37 97,86 152,14 54,28 38ºC 100,00 118,57 18,57

Respostes al qüestionari 1. Creus que obtindríem resultats similars si treballéssim amb un recipient obert i no tancat

En un recipient obert el líquid s’aniria evaporant i no arribaríem a l’equilibri líquid-vapor, per tant no tindria sentit parlar de pressió de vapor

2. Per a què serveix el paper de filtre? Argumenta quines diferències podríem trobar si féssim l’experiment sense el paper.

Per a que hi hagi major superfície d’evaporació i s’arribi abans a l’equilibri líquid-vapor . És d’esperar que el procés sigui més lent sense el paper.

3. Tant l’etanol com l’acetona són líquids a temperatura ambient. Quin enllaç químic tenen? Què podem dir de les forces intermoleculars de cadascun?

9



Enllaç covalent, tots dos formen molècules. Les forces intermoleculars són majors en l’etanol ja que en tenir un grup alcohol en un extrem, l’oxigen por formar enllaços per pont d’hidrogen amb les molècules veïnes. L’acetona té l’oxigen al mig de la molècula, formarà pocs enllaços per pont d’hidrogen.

4. Justifica els resultats de la pràctica en funció de l’enllaç intermolecular. L’acetona té els enllaços intermoleculars més febles, per tant es necessita menys energia per a trencar-los i a igual temperatura s’evapora més ràpidament que l’etanol.



10

ANNEX 9 Velocitat de reacció


Velocitat de reacció

A la Unió Europea un 10 % de la contribució industrial al Producte Interior Brut és degut a la

Indústria química. L’activitat econòmica d’aquest sector es basa en processos químics i quan

interessa dur a terme una reacció química a escala industrial un dels factors clau a tenir en

compte és la velocitat de reacció. Una reacció massa lenta no serà rendible econòmicament i si

és massa ràpida costarà de controlar.

Com es pot determinar la velocitat de reacció?

Objectius

• Aprendre a determinar velocitats de reacció. • Estudiar la variació de la velocitat amb el temps per a la reacció del carbonat de calci amb

l’àcid clorhídric.

Introducció La velocitat de reacció és una magnitud que es defineix com la variació de la concentració

d’un reactiu (o d’un producte) en un període de temps. Les magnituds que cal verificar per a

tenir la velocitat de reacció adequada depenen de cada cas.

Centrarem el nostre estudi en una reacció molt comuna que és utilitzada en àmbits diversos

com per exemple en la neteja de la calç incrustada a les canonades d’aigua o en l’anàlisi de

roques calcàries; és la reacció del carbonat de calci amb àcid clorhídric:

CaCO3(s) + 2 HCl(aq) CaCl2(aq) + CO2(g) + H2O

Com que s’obté diòxid de carboni que és un gas, si fem la reacció en un recipient tancat

podrem seguir l’evolució de la formació de productes amb un sensor de pressió. La velocitat de

reacció si la temperatura i el volum es mantenen constants, és proporcional a la variació de

pressió. Δ P v = --------- RT Δ t

Δ [ CO2] v = ------------ Δ t

on Δ P és la variació de pressió a l’interior del recipient deguda a la formació de CO2.

1



Per tant hem de fer la reacció en un recipient tancat, a temperatura constant (ambient) i

mesurar les variacions de pressió al llarg del temps.

En acabar haureu après a mesurar l’evolució de la pressió en una reacció química en que

intervenen gasos i sabreu com calcular velocitats de reacció a partir de variacions de pressió.

Material i Equipament Material de laboratori



dues agulles hipodèrmiques.

Xeringa de 20 ml

Suport, pinces i nou.

Allargador de pressió Luer Lock (d’uns 8 cm) Proveta de 250 ml Vas de precipitats petit Espàtula Balances

Productes Carbonat de calci en pols HCl 0,25 M

Elements equip Multilog Interfície Multilog-Pro amb cables USB Sensor de temperatura (rang –25ºC/110ºC, resolució 0,13ºC) Sensor de pressió (rang 0-700 kPa, resolució 0,5 kPa) Ordinador

Procediment

Abans de començar la pràctica, cal fer les operacions següents:

- Determinar el volum de l’erlenmeyer Ompliu l’erlenmeyer amb aigua de l’aixeta fins on arriba el tap i aboqueu el contingut dins d’una

proveta.

Anoteu el resultat. Cal assecar bé l’erlenmeyer abans d’utilitzar-lo per a la pràctica.

- Connectar el tap al sensor de pressió

Ajusteu el sensor de pressió al tub allargador i aquest a una agulla hipodèrmica del tap de goma.

Aquesta operació és molt important; no hi ha d’haver pèrdues ja que farem mesures de pressió.


1. Poseu uns 0,15 g de CaCO3 dins l’erlenmeyer, cal que estigui ben eixut.

2. Ompliu la xeringa amb 20 ml d’àcid clorhídric 0,25 M

3. Acobleu la xeringa a una de les agulles del tap de goma, l’altra agulla ha d’anar connectada al

tub allargador i al sensor de pressió

4. Tapeu bé l’erlenmeyer amb el tap de goma. Aquesta operació és important perquè si el recipient

no queda ben tapat hi haurà pèrdues de gas i les mesures de pressió no seran vàlides. (vegeu

Figura)

2



5. Connecteu el sensor de temperatura a l’entrada IO-1 de la consola Multilog-Pro i el sensor de

pressió a l’entrada IO-2

6. Engegueu primer la intefície (consola Multilog-Pro) i després obriu el programa Multilab.

7. Configuració del sistema. Heu de configurar el sistema perquè enregistri les dades de pressió i

temperatura en funció del temps.




Cliqueu proper


Figura. Muntatge experimental per a determinar velocitats de reacció

3



Predicció Hem posat quantitats conegudes de carbonat de calci i d’àcid clorhídric, com creieu que variarà

la pressió en anar-se produint la reacció? Quina forma tindrà el gràfic?

- Comenteu i discutiu les vostres prediccions amb la resta de la classe Adquisició i enregistrament de les dades

- Poseu en marxa el programa Multilab amb el botó executar ( )

- Premeu l’èmbol de la xeringa perquè l’àcid caigui dins del recipient tot d’un cop.

- Agiteu manualment l’erlenmeyer mentre dura la reacció

- Observeu i anoteu l’evolució de la reacció.

- Quan vegeu que la reacció s’ha acabat, atureu l’adquisició de dades, amb el botó

stop ( ). Nota: La manca de pràctica pot fer que hi hagi pèrdues de gas per les juntures en aquest cas caldrà repetir

l’experiència

La dissolució que queda després de la reacció podeu llençar-la a la pica, deixant rajar aigua abundant.




Anàlisi de les dades a. Observeu la forma del gràfic i els valors de la taula i expliqueu: - Si la quantitat de gas produït és constant durant la pràctica. - Quant temps dura la reacció? - Quant valen la pressió i temperatura inicials i a què són degudes - Quina evolució fa la temperatura b. Dividiu el temps total de reacció uns quants intervals i calculeu la velocitat a cadascun.

4



Conclusions

A partir de tot el que heu fet fins ara i de les respostes als apartats a i b. Quina o quines conclusions podeu escriure?

Qüestionari 1. Per a la reacció que s’ha dut a terme

a) Quin és el reactiu limitant? b) Creieu que s’obtindrien resultats similars si el reactiu limitant fos l’altre? Per

què? c) Quin experiment s’hauria de fer per a comprovar-ho?

2. Imagina que estàs treballant en una indústria química que utilitza aquesta reacció, i que necessita velocitats de reacció més elevades. Indica quines propostes li faries i quin seria el disseny experimental adequat

3. Quina magnitud s’hauria de mesurar per a determinar la velocitat de reacció en els casos

següents?

a) Mg(s) + 2HCl(aq) MgCl2(aq) + H2(g) b) CH3COOH(aq) + CH3CH2OH(aq) CH3CH2COOCH2CH3(aq) + H2O(l)

Informe Redacteu un informe de l’experiència. En aquest informe s’han de distingir clarament les següents parts: objectius, introducció, realització i conclusió, junt amb les respostes al qüestionari. webgrafia http://www.cefic.org/ web de “European Chemical Industry Council”

5

http://www.cefic.org/



Velocitat de reacció Material per al professorat


Temporització 20 minuts per l’experimentació 1 hora per les conclusions i el qüestionari

Alumnes als quals s'adreça l’experiència Alumnes de Batxillerat Orientacions metodològiques És una experiència molt senzilla i curta que il·lustra el concepte de velocitat de reacció. Pot

utilitzar-se com a complement o experiència “de càtedra” , pot fer-se tal com està escrita i

també pot ampliar-se a voluntat a partir de les propostes de l’alumnat sobre com fer variar la

velocitat de reacció.

Propostes de recerca

- Mesura de la velocitat a què escapa el diòxid de carboni en una beguda carbònica, estudiant els diferents factors que hi influencien: Temperatura, agitació,...

- Quina és la velocitat en què es torna agra una mostra de llet? Poden comparar-se

diversos tipus de llet (fresca, desnatada, semi, en pols ,...), el control es fa amb mesures de pH, ja que amb el temps anirà augmentant la quantitat d’àcid.

Orientacions tècniques Els allargadors de pressió Luer Lock poden trobar-se a Servei Estació (C. Aragó, Barcelona)

o un lloc similar. És un tub de goma que és convenient posar com a seguretat per tal de

protegir el sensor de pressió en cas de vessament accidental de líquid.

Les quantitats de reactius estan calculades per tal que la pressió final no superi els 140-150

kPa, ja que a pressions superiors a aquest valor el tap salta. Cal tenir present aquesta

consideració si es fan proves amb altres quantitats.

Conclusions

Resultats esperats La capacitat de l’erlenmeyer és 124 ml.

6



Gràfic de la pressió i temperatura en funció del temps obtingut en fer reaccionar 0,16 g de CaCO3(s) amb 20 ml d’HCl 0,25 M.

a. Observa la forma del gràfic i els valors de la taula i explica:

- Si la quantitat de gas produït és constant durant la pràctica. Al principi el gràfic té un pendent més gran el que significa un producció de gas major que al

final, on el gràfic de la pressió és horitzontal, el que indica que no hi ha producció de gas

- Quant temps dura la reacció? La reacció comença a t = 10 s i acaba a t = 150 s, dura 140 segons.

- Quant valen la pressió i temperatura inicials i a què són degudes A partir de la taula veiem que la pressió inicial val 95,7 kPa i és deguda a l’aire que hi ha dins

l’erlenmeyer, la temperatura inicial val 23,8 ºC és la temperatura ambient

- Quina evolució fa la temperatura Es manté constant

b. Divideix el temps total de reacció uns quants intervals (mínim 5) i calcula la velocitat a

cadascun.

7



Per exemple calculem la velocitat en intervals de 30 segons, prenem les dades a partir de t = 10

segons que és quan comença la reacció

Δ P v = --------- RT Δ t

temps inicial (s) Temps final (s) Pressió inicial

(kPa)

Pressió final

(kPa)

Velocitat de

reacció mol/l.s

10 40 99,3 108,6 1,26.10-4

40 70 108,6 115 8,64.10-5

70 100 115 117,9 3,92.10-5

100 110 117,9 120 2,84.10-5

110 140 120 120,7 9,46.10-6

140 170 120,7 120,7 0

c. A partir de les respostes als apartats a i b. Quina o quines conclusions pots escriure?

Justifica la resposta La velocitat de reacció major es dóna a l’inici, cada vegada és menor fins que quan s’ha acabat la reacció val zero. Poden considerar-se justificacions correctes les que relacionin la velocitat amb el major contacte de les partícules de reactius entre sí Respostes al qüestionari

1.Per a la reacció que has dut a terme a) Quin és el reactiu limitant? A partir de la reacció fem els càlculs: hem posat 0,15 g de carbonat de calci i 20 ml HCl 0,25 M

CaCO3(s) + 2 HCl(aq) CaCl2(aq) + CO2(g) + H2O

0,15 g CaCO3 x(1 mol CaCO3/100g) x (2 mol HCl/1 mol CaCO3)x (103ml solució/0,25 mol HCl) = 12 ml

El reactiu limitant és el carbonat de calci

2. Imagina que estàs treballant en una indústria química que utilitza aquesta reacció, i que necessita velocitats de reacció més elevades. Indica quines propostes li faries i quin seria el disseny experimental adequat Les variables a canviar són la concentració d’àcid, la mida dels grans de carbonat de calci, la temperatura.

8



Per a veure si afecten la velocitat cal fer experiments de manera que només es varii una de les propietats mantenint constants les altres. 3.Quina magnitud mesuraries per a determinar la velocitat de reacció en els casos següents?

a) Mg(s) + 2HCl(aq) MgCl2(aq) + H2(g) La pressió, perquè es forma gas b) CH3COOH(aq) + CH3CH2OH(aq) CH3CH2COOCH2CH3(aq) + H2O(l) El pH en anar-se

consumint l’àcid acètic Criteris d’avaluació Poden avaluar-se els aspectes següents: - Coherència en la defensa de la pròpia predicció

- Muntatge experimental correcte - Bona configuració del programa - Pulcritud en el treball experimental i endreça del material - Ordre i bona tria de les dades en calcular les velocitats de reacció - Justificació coherent de les conclusions experimentals - Qüestionari - Informe

9

ANNEX 10 La temperatura d’ebullició com a criteri de puresa

La temperatura d’ebullició com a criteri de puresa d’una substància

És un fet conegut que els líquids, en escalfar-se fins una determinada temperatura, bullen.

L’ebullició és el pas de líquid a gas a tot el volum del líquid alhora, per això s’observen

bombolles. Però, varia la temperatura durant l’ebullició? Es comporten igual tots els líquids en

bullir? I les mescles de líquids diferents, a quina temperatura bullen?

Objectius

• Observar el comportament de la temperatura durant l’ebullició de substàncies pures i de mescles

• Treure un patró de comportament de l’ebullició de substàncies pures i de mescles • Saber esbrinar si un líquid és una substància pura a partir del comportament de la

temperatura durant l’ebullició.

Introducció El líquid més comú és l’aigua, que forma part de nosaltres mateixos i que ens és indispensable

per a viure. Tanmateix hi ha altres líquids a temperatura ambient que no contenen aigua.

Sabries dir-ne algun?

En aquesta pràctica estudiareu el comportament de la temperatura durant l’ebullició de diversos

líquids purs i de diverses mescles de líquids. Així podreu saber quines similituds i diferències hi

ha en el comportament de les substàncies pures i de les mescles durant l’ebullició, i podreu

establir un criteri que us permeti deduir si un líquid desconegut és una mescla o només té un

component.

Plantejament del problema i formulació de les possibles hipòtesis prèvies Identificació de les variables de l’experiment (independent i dependent), etc...


Productes Aigua de l’aixeta

Acetona

Xi

Material de laboratori vasos de precipitats de

100 ml i 250 ml

Provetes graduades de

100 ml

Suports, pinces i nous.

Resistència calefactora

Caixa aïllant de porexpan, sense tapa Varetes de vidre

Etanol

Elements equip Multilog Interfícies MultilogPro

amb cables USB

Sensors de temperatura

(rang –25ºC/110ºC,

resolució 0,13ºC)

Altre equipament Bany de sorra (pot

construir-se casolà,

veieu Figura 1)


1


Procediment

Muntatge de l'experiència Dividiu-vos en grups, cada grup estudiarà l’ebullició d’un líquid, substància pura o mescla. Les

substàncies a utilitzar poden ser l’aigua, l’etanol i l’acetona i les mescles es prepararan a partir

d’elles. El/la professor/a us indicarà quin líquid estudiarà cada grup.

COMPTE: En líquids com l’aigua, no inflamables, pot fer-se l’escalfament

submergint-hi una resistència calefactora elèctrica. Per a escalfar líquids inflamables, com poden ser l’acetona i l’etanol, un muntatge molt útil és el bany de sorra. Aquest es pot construir (vegeu Figura 1) amb una safata metàl·lica -

les dels forns domèstics van molt bé - que s’omple de sorra i s’escalfa amb un

fogó o barbacoa elèctric La sorra permet agafar temperatures prou elevades

com perquè molts líquids arribin a bullir.

Figura 1. Bany de sorra que s’utilitza per a escalfar líquids inflamables

Passeu a l’apartat que us correspongui: escalfar aigua o solucions aquoses, escalfar líquids inflamables, o escalfar mescles de líquids Per a escalfar aigua o solucions aquoses

Preparació de l’experiència i configuració del programa 1. Mesureu amb la proveta el volum de 200 ml d’aigua

2. Poseu-la en un vas de precipitats de 250 ml.

3. Poseu el vas dins la caixa aïllant de porexpan.

4. Col·loqueu-hi a dins la resistència elèctrica, amb unes pinces i un suport feu que la

resistència estigui totalment submergida a l’aigua però sense que toqui les parets del

vas. Feu el mateix amb el sensor de temperatura (Figura 2)


2


Figura 2. Vas amb aigua, resistència calefactora i sensor de temperatura. A la dreta el conjunt dins d’una caixa de material aïllant

5. Connecteu el sensor de temperatura a la interfície (Consola Multilog Pro) a l’entrada

IO-1 6. Connecteu la interfície a l’ordinador 7. Obriu la interfície i després l’ordinador 8. Obriu el programa Multilab 9. Configuració del sistema. Heu de configurar el programa perquè enregistri les dades de

temperatura en funció del temps. Cliqueu el botó configurar ajudant, , s’ obriran tres pantalles consecutives.



Cliqueuproper


3



Predicció

Formuleu hipòtesis sobre la variació de la temperatura en funció del temps en escalfar i bullir

cadascuna de les substàncies pures o mescles que estudiarà cada grup

Dibuixeu la forma que penseu que pot tenir la variació de la temperatura en funció del temps

en escalfar cadascuna de les substàncies pures o mescles que estudiarà cada grup. Comenteu

i discutiu les prediccions amb les dels vostres companys i companyes.

Captació de les dades

1. Per a iniciar la captació, cliqueu el botó Executar ( ), mentre dura l’escalfament és

convenient agitar de tant en tant el líquid amb una vareta de vidre fins que bull.

2. Continueu l’escalfament fins que el líquid bulli durant uns dos minuts (en el cas de

mescles continueu escalfant fins que quedi una quarta part del volum total inicial)


4


3. Per a finalitzar la captació, cliqueu el botó Stop( ) i immediatament desendolleu la

font d’escalfament.

4. Amb el programa Multilab editeu un gràfic ( ) de la variació de temperatura en funció

del temps, doneu-li nom i afegiu-lo al projecte ( ). Editeu també una taula ( ),


5. Anomeneu i guardeu l’arxiu amb l’opció guardar com del menú arxiu.

Per a escalfar líquids inflamables com etanol o acetona, o mescles que els continguin Aquest procediment l’utilitzarem tant per líquids inflamables com per mescles de líquids que

en continguin (pex. Aigua i etanol, o acetona i etanol, etc.)

1. Feu el muntatge de la figura 1 i poseu a escalfar el bany de sorra.

2. Mesureu 50 ml de líquid amb una proveta

3. Poseu-los en un vas de precipitats de 100 ml

4. Col·loqueu el vas sobre el bany de sorra. Poseu-hi a dins el sensor de temperatura de

manera que toqui el líquid però no el fons ni les parets del vas (Figura 3)

Figura 3 Muntatge per a escalfar líquids inflamables

5. Seguiu exactament igual que el punt número 5 de la preparació de l’experiència i

configuració del programa per a aigua i solucions aquoses.

6. Feu la predicció i la captació de les dades seguint les mateixes instruccions de l’apartat

d’escalfament de l’aigua i solucions aquoses

Anàlisi de les dades

Obriu els gràfics de tots els grups i feu les anàlisis següents:


5


- Analitzeu la variació de temperatura durant l’ebullició de les substàncies pures:

(Quins líquids són, perquè el gràfic té aquesta forma, expliqueu els canvis de pendent,...)

Quines semblances i diferències hi ha entre elles?

Quant valen les temperatures d’ebullició de cada líquid segons les dades obtingudes?

- Analitzeu la variació de temperatura durant l’ebullició de les mescles:

(quins líquids són, perquè el gràfic té aquesta forma, expliqueu els canvis de pendent, relació

entre les temperatures d’ebullició dels líquids i la de la mescla, ...)

Conclusions A partir de les experiències de tots els grups i de les anàlisis de les dades, escriviu les

conclusions d’aquesta pràctica

Qüestionari

1. Indiqueu usos que habitualment tenen l’etanol i l’acetona 2. Com pot servir la temperatura d’ebullició per a decidir si un líquid és una mescla o no?

3. Consulteu les temperatures reals d’ebullició de l’aigua, l’etanol i l’acetona i compareu-

les amb els vostres resultats. Si hi ha diferències, a què creieu que poden ser

atribuïdes?

4. Calculeu els errors absoluts, relatius i % d’error de cada temperatura d’ebullició.

5. Raoneu el significat de la frase següent

“UN LÍQUID QUE BULL ESTÀ SEMPRE MÉS CALENT QUE UN ALTRE QUE NO BULL”

6. Tot seguit es donen els gràfics obtinguts durant l’ebullició de diversos líquids. Són

substàncies pures o mescles? Sabríeu identificar-los? líquid 1

Temps(s)0 20 40 60 80 100

líquid 2

Temps(s)0 20 40 60 80 100 120 140

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

10

20

30

40

50

60


6


líquid 3

Temps(s)0 20 40 60 80 100 120 140 160

líquid 4

T emps(s )0 5 00 1000 1500 2000 2500 3000 3500

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Taula 1. Temperatures normals d’ebullició

substància Teb (ºC)

Acetona (propanona) 56,2

aigua 100,0

benzè 80,1

diclorometà 40,0

ciclohexà 80,7

ciclohexè 83,0

cloroform

(triclorometà)

61,7

etanol 78,5

metanol 65,2

Informe

Redacteu un informe de l’experiència. En aquest informe hi ha d’haver les parts següents:

objectius, introducció, realització i conclusió, junt amb les respostes al qüestionari


7


La temperatura d’ebullició com a criteri de puresa d’una substància Material per al professorat



Alumnes als quals s'adreça l’experiència Alumnes d’ESO, primer o segon cicle Orientacions metodològiques És convenient repartir la classe en grups de manera que cadascun faci l’escalfament d’un líquid diferent, però que tots els grups disposin de les dades de la resta. Pot ser útil fer-los guardar els arxius de manera que estiguin disponibles a la xarxa de documents compartits de l’aula de noves tecnologies. Propostes de recerca Estudi de variacions de temperatura ebulloscòpiques i crioscòpiques i aplicacions a casos reals com poden ser fabricació d’anticongelants, quantitat de sal a posar a les carreteres, etc.

Orientacions tècniques

No poseu la resistència elèctrica dins de líquids inflamables, tampoc treballeu a prop de cap flama

Resultats esperats A continuació es mostren els resultats obtinguts per a la temperatura d’ebullició d’alguns líquids Ebullició aigua Ebullició acetona TORTOSA MORENO, M. (2005)

8


Ebullició Mescla volums iguals etanol-acetona Ebullició etanol

qüestió 6 Líquid 1: diclorometà. Líquid 2. cloroform . Líquid 3: ciclohexè. Líquid 4: mescla d’etanol i acetona Criteris d’avaluació Poden avaluar-se els aspectes següents:

- Muntatge experimental correcte, - Bona configuració del programa, - Pulcritud en el treball experimental i endreça del material, - Tractament de les dades, - Qüestionari - Informe.


9

ANNEX 11 Ebullició de líquids inflamables

TORTOSA MORENO, M (2005)

Ebullició de líquids inflamables. Pot bullir i estar més “fred”?

El líquid més comú és l’aigua. Forma part de nosaltres i de les nostres vides. Coneixem moltes

propietats de l’aigua sense estudiar-les expressament, perquè les hem après amb les activitats

quotidianes. Sabem per experiència que l’aigua que bull pot cremar-nos, la seva temperatura

d’ebullició és de 100 ºC. Però l’aigua no és l’única substància líquida a temperatura ambient. A

les llars s’utilitzen altres líquids, com l’alcohol (etanol 96º), o l’acetona. Aquests líquids, en bullir,

tenen el mateix comportament que l’aigua?

Objectius

• Determinar la temperatura d’ebullició de líquids inflamables, com poden ser l’acetona i l’etanol.

• Obtenir i interpretar el gràfic temperatura-temps de l’ebullició d’un líquid • Estudiar si un líquid bullint està a més temperatura que un que no bull

Introducció La temperatura d’ebullició és una propietat característica de cada substància. Per a determinar-

la cal escalfar el líquid fins a l’ebullició. Per a escalfar líquids inflamables, com poden ser

l’acetona i l’etanol, no pot utilitzar-se cap fogó amb flama ja que els vapors en contacte amb la

flama podrien provocar un incendi. Un muntatge molt útil és el bany de sorra. Aquest es pot

construir amb una safata metàl·lica - les dels forns domèstics van molt bé - que s’omple de

sorra i s’escalfa amb un fogó o barbacoa elèctric (veure figura 1). La sorra permet agafar

temperatures prou elevades com perquè molts líquids arribin a bullir. Amb un sensor de

temperatura es pot mesurar la variació d’aquesta amb el temps a mesura que es van produint

l’escalfament i l’ebullició.

Figura 1. Bany de sorra que s’utilitza per a escalfar líquids inflamables.

1



És important saber que tant l’alcohol etílic com l’acetona són inflamables, per això

no poden escalfar-se amb el bunsen o cap fogó de flama, perquè poden incendiar-

se.

En aquesta pràctica estudiareu com varia la temperatura durant l’ebullició de diferents líquids. En acabar també sabreu interpretar el gràfic temperatura-temps de l’ebullició.

Material i Equipament Productes Acetona

XiEtanol

Material de laboratori 2 vasos de precipitats de 100 ml Proveta graduada de 100 ml Suports, pinces i nous. 2 Varetes de vidre

Elements equip Multilog Interfícies MultilogPro amb cables USB 2 Sensors de temperatura (rang –25ºC/110ºC, resolució 0,13ºC)

Altre equipament Bany de sorra (pot construïr-se casolà, veieu Figura 1)

Procediment


1. Poseu a escalfar el bany de sorra

2. Mesureu 50 ml d’acetona amb una proveta i poseu-los en un vas de precipitats de 100

ml, repetiu el procediment posant 50 ml d’etanol en un altre vas de precipitats.

3. Col·loqueu els dos vasos sobre el bany de sorra,

4. Agafeu els dos sensors de temperatura i poseu-ne un dins de cada vas, de manera que

la punta del sensor toqui el líquid, però no el vas. Podeu ajudar-vos d’un suport i una

pinça per a cada cas. com es mostra a la figura 2.

Figura 2. Muntatge per escalfar líquids inflamables, amb els sensors de temperatura

2



5. Connecteu els dos sensors de temperatura a la consola multilog (interfície), a les entrades IO-1 i IO-2 respectivament

6. Connecteu la interfície a l’ordinador, mitjançant la corresponent connexió USB 7. Obriu la interfície i després l’ordinador. 8. Obriu el programa Multilab. 9. Configuració del sistema. Heu de configurar el programa perquè enregistri les dades de

temperatura en funció del temps. Cliqueu el botó configurar ajudant, , s’ obriran tres pantalles consecutives.



Cliqueuproper


Predicció Dibuixeu la forma que penseu que pot tenir la variació de la temperatura en funció del temps

en escalfar i bullir l’etanol i l’acetona. Comenteu i discutiu les prediccions amb les dels vostres

companys i companyes.

3



Captació de les dades

1. Per a iniciar la captació, cliqueu el botó Executar ( ), mentre dura l’escalfament és

convenient agitar de tant en tant els líquids amb una vareta de vidre fins que bullin.

2. Continueu l’escalfament fins que noteu alguna diferència en els dos líquids

3. Per a finalitzar la captació, cliqueu el botó Stop( ) i immediatament desendolleu la

font d’escalfament.


- Amb el programa Multilab editeu un gràfic ( ) de la variació de temperatura en funció

del temps, doneu-li nom i afegiu-lo al projecte ( ). Editeu també una taula ( ), anomeneu-la i afegiu-la al projecte ( ). - Anomeneu i guardeu l’arxiu amb l’opció guardar com del menú arxiu.

- Expliqueu perquè el gràfic té aquesta forma. Quines semblances i diferències hi ha

entre els dos líquids?

- Determineu quines són les temperatures d’ebullició obtingudes per a l’etanol i l’acetona

Conclusió Amb tot el que heu fet fins ara, l’experiment i l’anàlisi de les dades, escriviu quina o quines

conclusions traieu d’aquesta pràctica.

Qüestionari

1. Què vol dir que la temperatura d’ebullició és un propietat característica de cada

substància?

2. Quines són les temperatures reals d’ebullició de l’etanol i de l’acetona? Hi ha diferència

amb les que heu obtingut experimentalment? En cas afirmatiu, a què creus que pot ser

degut?

3. Raoneu la veracitat de la frase següent

“UN LÍQUID QUE BULL ESTÀ SEMPRE MÉS CALENT QUE UN ALTRE QUE NO BULL”

4. Quines són les fórmules químiques de l’etanol i l’acetona?

4



5. Esmenteu aplicacions de l’acetona i de l’etanol

5. L’etanol i l’acetona són dos productes químics líquids i inflamables, creus que és

prudent tenir-ne a les llars? Per què?

Informe

Redacteu un informe de l’experiència. En aquest informe hi ha d’haver les parts següents:

objectius, introducció, realització i conclusió, junt amb les respostes al qüestionari

5



Pot bullir i estar més “fred”? Material per al professorat


Temporització 1 hora per l’experimentació i les conclusions mitja hora

Alumnes als quals s'adreça l’experiència Alumnes de primer cicle d’ESO

Orientacions tècniques Pot fer-se l’experiència amb 3 líquids, posant un tercer vas amb aigua. Però cal tenir present que com que l’acetona és molt volàtil, s’ha de treballar amb quantitats més grans per tal d’evitar que tota l’acetona hagi vaporitzat i l’aigua encara no hagi bullit

Pot ser interessant que la temperatura inicial de l’etanol sigui menor que la de l’acetona

És important treballar lluny de qualsevol flama

Conclusions

Resultats esperats

etanol etanol

acetona acetona

Resultats obtinguts en dues experiències en l’escalfament d’etanol i acetona Fórmula etanol CH3CH2OH, acetona CH3COCH3

6



Criteris d’avaluació Poden avaluar-se els aspectes següents:

- Muntatge experimental correcte, - Bona configuració del programa, - Pulcritud en el treball experimental i endreça del material, - Tractament de les dades, - Qüestionari - Informe.

7

ANNEX 12 Adquisició automática de dades al laboratori de ciències: equip Multilog-Multilab

ADQUISICIÓ AUTOMÀTICA DE DADES AL LABORATORI DE

CIÈNCIES: EQUIP MULTILOG-MULTILAB

Objectius:

- Conèixer els elements bàsics d’un equip d’adquisició automàtica de dades

- Aprendre el funcionament de la interfície (consola Multilog-Pro) i de la

configuració del programa Multilab per a fer mesures.

- Fer mesures amb un sensor i aprendre a crear i guardar un gràfic i editar

una taula amb el programa Multilab

- Conèixer experiències que poden fer-se amb un equip d’enregistrament

automàtic de dades i proposar-ne de noves.

Equip

Els elements bàsics de l’equip d’enregistrament i tractament automàtic de dades són

els sensors, la interfície, i l’ordinador.

Els sensors són aparells que transformen una mesura física en una tensió elèctrica

dins d’un marge determinat. L’ordinador no pot llegir directament la tensió elèctrica

subministrada per un sensor; es necessita un dispositiu, que és la interfície (consola

Multilog-Pro a l’aula de noves tecnologies per a les ciències), que fa de convertidor

analogicodigital (A/D)


SENSOR INTERFÍCIE ORDINADOR PROGRAMARI

PANTALLA

Figura 1. Esquema d’un equip d’enregistrament automàtic de dades

Tortosa Moreno M. 2005 1


Els sensors o transductors són aparells que transformen una mesura física en una

tensió elèctrica dins d’un marge determinat. Pràcticament existeixen sensors de

totes les magnituds físiques imaginables: pressió, temperatura, posició, radiació,

intensitat de llum o de so, força, concentració d’oxigen, de CO2, de ritme cardíac, etc.

Taula 1. Imatges i característiques d’alguns sensors




L’ordinador no pot llegir directament la tensió elèctrica subministrada per un sensor;

es necessita un dispositiu, que és la interfície (consola Multilog-Pro), que fa de

convertidor analogicodigital (A/D), és a dir, transforma la tensió elèctrica en un

número binari, perquè l’ordinador sigui capaç de llegir-lo i emmagatzemar-lo.

Finalment el programari instal·lat a l’ordinador transforma l’informació en codi binari

en imatges reconeixibles que podem veure a la pantalla.

Cal tenir present que en l’equip Multilog-Multilab la configuració de les mesures tant

es pot fer des de la consola com des de l’ordinador La interfície és un aparell que fa de convertidor analogicodigital (A/D), és a dir,

transforma la tensió elèctrica captada pel sensor en un número binari, perquè

l’ordinador sigui capaç de llegir-lo i emmagatzemar-lo La interfície utilitzada a les

aules de noves tecnologies per a les ciències és la consola Multilog Pro, al costat

esquerre té l’entrada d’alimentació (DC)-!”V) i els sòcols de connexió sèrie USB i

sèrie de 9 pins per comunicar la consola i l’ordinador. La consola també disposa

d’una bateria interna recarregable que li permet funcionar de manera autònoma.

A la part superior de la consola hi ha 4 sòcols d’entrada i de sortida per als

corresponents sensors

En fer pressió per tal de connectar els sensors cal anar amb compte de no deformar

els pins. Hi ha una única orientació, que cal respectar.

Quan es posa en marxa la consola Multilog-Pro s’encén una pantalla amb icones

(Figura 3 )que representen les diferents funcions a les quals es pot accedir de

manera molt intuïtiva mitjançant els quatre botons de sota la pantalla (Figura 4)


Figura 2. La interfície a les aules de noves tecnologies per a les ciències és la

consola Multilog-Pro

Figura 3. Pantalla que s’observa en encendre la consola Multilog Pro



Figura 4. Botons de menú de la interfície Multilog-Pro

El programa Multilab

Aquest programa permet visualitzar les mesures efectuades pel sensor, en temps

real, a la pantalla de l’ordinador. Permet elaborar taules de dades, fer gràfics i

tractar-los matemàticament, i també incorporar un vídeo de l’experiment que es du a

terme.

En obrir el programa Multilab, a la pantalla (Figura 5) poden veure’s fins a quatre

zones: una que mostra una taula de dades, un zona de vídeo i una de gràfic, que

pot dividir-se en dues. Amb els botons corresponents es pot seleccionar veure d’una

a quatre d’aquestes zones en que es divideix la pantalla.

Com a exemple, a continuació podem veure un esquema de la finestra que pot sortir

a l’ordinador després de fer una pràctica amb el programa Multilab.



Figura 5. Esquema de la finestra Multilab

Les diverses ordres poden donar-se a partir dels corresponents menús del programa

o dels botons que es mostren a les vores de la pantalla




Captació de dades amb un sensor i creació dels corresponents gràfics i taules amb el programa Multilab. A continuació teniu les instruccions bàsiques per a connectar un sensor, la consola i

l’ordinador, captar les dades i crear-ne gràfics i taules.

Pràctica: Mesura de la temperatura del laboratori

Fonament teòric.

El sensor es posa en contacte amb l’aire de l’aula a ran de terra i al sostre

alternativament, a cada cas s’estableix l’equilibri tèrmic mitjançant transferència

d’energia (calor)

Objectius: Fer prediccions de temperatura en situacions semblants

Aprendre a captar les dades amb la interfície Multilog Pro, i a visualitzar-

les amb el Multilab

Interpretar els resultats obtinguts mitjançant un model de la matèria.

Predicció

Estimeu quina temperatura pot haver-hi a prop del sostre i a prop de terra del

laboratori

T(sostre) = __________ T(terra) = ____________

Material:

Interfície Multilog-Pro amb cable USB, sensor de temperatura (rang –25ºC/110ºC), la

part més sensible a la mesura d’aquest sensor és el terç inferior.

Precaucions. Cal tractar amb cura el sensor per tal de no doblegar-lo. És convenient

agafar la vareta per l’extrem dels cables, on hi ha un plàstic negre.


Configuració del programa i captació de les dades.

1. Connecteu el sensor de temperatura a la consola Multilog, a l’entrada IO-1 (veure

Taula 1 i Figura 2)

2. Connecteu la consola a l’ordinador amb el cable USB

3. Obriu la consola i després l’ordinador

4. Obriu el programa Multilab.

5. Configuració del sistema. Heu de configurar el sistema perquè enregistri les dades

de temperatura en funció del temps, per a fer-ho seguiu les instruccions següents:

a. Cliqueu el botó configurar ajudant . Veureu que detecta el

sensor de temperatura, cliqueu el botó proper per a passar a la

finestra següent.

b. Seleccioneu freqüència: cada segon

Seleccioneu mode d’escalat: escala completa

Seleccioneu mode de gravació: substituir

Cliqueu el botó proper per a passar a la finestra següent

c. Seleccioneu per temps 8:20 min. Cliqueu acabar.

6. Agafeu el sensor de temperatura i poseu-lo a ran de terra. Haureu de mesurar la

temperatura de l’aula a prop del sostre i a nivell de terra.

7.Inicieu la captació de dades botó . Mentre dura l’experiència poseu el

sensor un minut prop del sostre i després un altre minut a prop del terra. Repetiu un

parell de vegades el mateix.

Tractament de les dades

Una vegada acabades les mesures, editeu una taula, botó , doneu-li nom i

afegiu la columna de temps. Afegiu-la al projecte ( ). Feu el mateix i editeu un

gràfic temperatura-temps ( ), doneu-li nom i afegiu-lo al projecte ( ).Poseu

un títol al projecte i guardeu-ho al vostre disquet. En algunes versions del

programa Multilab, per a poder recuperar un projecte, cal obrir primer el programa i

després el projecte.




- Determineu els valors de temperatura en cadascun dels llocs on s’han fet les

mesures i la diferència entre sostre i terra

Tsostre = Tterra = ΔTsostre-terra =

- Heu encertat en la vostra predicció?

Pel que fa a la proximitat dels valors de temperatura al sostre i al terra

Per la igualtat o diferència de valors entre sostre i terra.

Conclusions i qüestions:

1. Quina zona de l’aula està més calenta?

2. Feu una proposta de comportament de la matèria que satisfaci aquesta

observació

3. Aquest comportament també el té l’aire de l’atmosfera. Digueu alguna

conseqüència que ens afecti com a habitants de la Terra



4. Busca i escriu el significat de corrents de convecció. Com explicaries amb

aquests corrents la distribució de temperatures de l’aula?

5. On té l’aire més densitat, a ran de terra o a prop del sostre? Raoneu-ho.

Ampliació JOC duració: 30 minuts

1. Dividiu la classe en grups de 2 a 4 membres. 2. Cada grup tria una pregunta-enigma d’aquest guió a l’atzar, l’ha de

respondre.

3. Si la resposta és bona, pot passar al pas 4, en cas contrari... torna al 2 4. El grup ha de plantejar una pregunta nova que pugui respondre’s amb equip

de tractament automàtic de dades, i escriure’n la resposta sense deixar-la veure als altres equips.

5. Si la pregunta i resposta del pas 4 són bones, s’escriu la pregunta a la

pissarra. 6. El grup tria una altra pregunta, pot ser de les d’aquest guió o de les de la

pissarra, es segueix amb els passos 3, 4 i 5.

Al cap d’uns 15 minuts es para el joc, i cada grup explica en veu alta les solucions que ha donat.



Cada nombre correspon a una pregunta-enigma. Poseu-vos en grups, trieu-ne un responeu-lo. Després proposeu un enigma nou. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Bibliografia:

Lalana, E. 2002. Coneixement del sensor de temperatura. Adquisició automàtica de

dades al laboratori de química.


Multilog Pro. Guia d’usuari. 4ª ed. Juny 2002.Enosa.



Com pot saber-se si la temperatura d’una aula és la mateixa al llarg del dia sense mirar constantment el termòmetre?

Podem saber exactament a partir de quina hora entra claror natural en una habitació sense passar-nos-hi la nit?



Es pot “veure” la nostra veu?

Pot estudiar-se in situ un moviment molt ràpid, com el d’un esportista que fa ponting?



Com es pot estudiar el consum d’oxigen que fa una planta al llarg de diversos dies?

D’un grup de persones, com pots saber quin reacciona més ràpid quan sent un soroll?



Entrem dins d’una habitació i no fem res ... de veritat podem no fer res? Bé, hem de respirar, però llavors consumim oxigen, i alliberem diòxid de carboni ivapor d’aigua, ... vol dir que estem canviant la composició de l’aire de l’habitació?.

Pot ser que també canviem la temperatura de l’aire al nostre voltant?


ANNEX 13 VI CONGR. INT. SOBRE INVESTIGACIÓN EN DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS (GRANADA, 2005)

“¿PUEDE HERVIR Y ESTAR MÁS FRÍO?” Y “LA PRESIÓN COMO DETECTIVE”: ESTUDIO DE EXPERIMENTOS EN TIEMPO REAL Tortosa Moreno, Montserrat1,2; Torra Bitlloch, Immaculada2

1 IES Ferran Casablancas (Sabadell) 2 Escola Universitaria Politécnica de Manresa (Universitat Politècnica de Catalunya) Palabras clave: EXAO (experiencia asistida por ordenador), experimentos en tiempo real, MBL (microcomputer based laboratory), Multilog-Multilab, sensor. Objetivos del estudio:

- Proponer prácticas de ciencias para Enseñanza Secundaria Obligatoria y Post-obligatoria, a efectuar con equipos de registro y tratamiento automático de datos.

- Aprovechar las ventajas que ofrecen los equipos EXAO respecto los equipos clásicos de laboratorio.

Marco teórico En la última década la sociedad ha hecho un avance espectacular en el uso de las nuevas tecnologías que se han abierto camino en múltiples entornos. En el caso de las ciencias, los avances tecnológicos permiten ver la evolución en tiempo real de las variables de un experimento. Así se han ido introduciendo en los laboratorios, docentes o no, los equipos de registro automático de datos, cuyos elementos básicos son sensores, interficie y ordenador con el programario adecuado (Figura 1). Un sensor o transductor es un aparato que transforma una medida física en una tensión eléctrica; existen sensores para multitud de magnitudes físicas como presión, temperatura, posición, fuerza, conductividad eléctrica, etc. La interficie actúa de convertidor analógico-digital, transforma la tensión eléctrica generada por el sensor a código binario para que el ordenador pueda leerla y almacenarla. El programa informático adecuado permite ver en pantalla esta información. El proceso queda esquematizado como sigue:

SENSOR INTERFICIE ORDENADOR (PROGRAMARIO)

PANTALLA

Figura 1. Esquema de un equipo de registro y tratamiento automático de datos Actualmente se pueden encontrar en el mercado diversos equipos de registro automático de datos. En Cataluña, El Departament d’Educació está dotando a los Institutos de Enseñanza Secundaria de un “Aula de Nuevas Tecnologías para las Ciencias” que incluye sensores ordenadores, interficies, un microscopio y los correspondientes programas informáticos para efectuar experiencias en tiempo real de biología, física, geología y química. La interficie es la consola Multilog-Pro, de manejo sencillo e intuitivo, mientras que el programa informático Multilab permite la visualización de los datos. El Departament dedica esfuerzos en la formación de profesorado (Aparicio et al,

TORTOSA MORENO, M. I TORRA BITLLOCH, I. (2005) 1


2002) y efectivos, dentro de los que se incluye este trabajo, para preparar material docente con el fin de ser utilizado en estas aulas. En este trabajo se proponen tres experiencias efectuadas con el equipo EXAO Multilog-Multilab. En la primera, con el título “Puede hervir y estar más frío?”, se propone el estudio de la ebullición de líquidos no acuosos, pero de uso común, como son la acetona y el alcohol etílico. La segunda y tercera experiencias tienen el título común “La presión como detective”, en una de ellas se propone la determinación de la masa molar de un líquido a partir de la presión efectuada al evaporarse totalmente en un recipiente cerrado; por último la tercera experiencia presentada permite determinar la variación de la velocidad de una reacción química a partir de la variación de presión debida a la formación de uno de los productos. Puede hervir y estar más frío? Trabajo experimental propuesto para primer ciclo de Enseñanza Secundaria Obligatoria (12-13 años) En la experiencia se estudia la variación de temperaturas durante el calentamiento simultáneo de acetona y alcohol etílico comercial (96º). El aparato utilizado para ello es un baño de arena sencillo, construido con un fogón eléctrico y una bandeja metálica, de un horno de cocina, llena de arena (Figura 2 a). Este montaje tiene diversas ventajas respecto los clásicos baños de agua: encima de la arena los vasos de precipitados son estables sin necesidad de sujeciones, la arena puede alcanzar y mantener temperaturas mas elevadas y la ausencia de humedad no deteriora al equipo de registro automático de datos. En el baño de arena se colocan dos vasos de precipitados cada uno con 50 ml de acetona o alcohol, se introduce en cada vaso un sensor de temperatura conectado a la interficie Multilog-pro. A medida que se van calentando los dos líquidos el programa Multilab permite ver el gráfico con la evolución de las temperaturas en tiempo real. En la ejecución de la experiencia puede constatarse que mientras la acetona está hirviendo con burbujas visibles, su temperatura se mantiene constante e inferior a la del alcohol etílico, que sigue calentándose antes de hervir. En la Figura 2b se muestra la pantalla del ordenador con la tabla de datos y el gráfico obtenido a medida que se realiza la experiencia.

(a) (b)

ETANOL

ACETONA



Figura 2 (a). Vasos con acetona y etanol calentándose en un baño de arena construido con materiales caseros, con los sensores de temperatura en su interior Figura 2 (b). Resultados obtenidos la experiencia La presión como detective Bajo este título se proponen dos trabajos experimentales para alumnado de bachillerato u otras enseñanzas secundarias postobligatorias (a partir de 16 años). 1. De que líquido se trata? (La presión como detective I ) El objetivo de la práctica es la determinación de la masa molar de un líquido, a partir de la presión y temperatura medidas al hacer vaporizar unas gotas de líquido en un recipiente cerrado. El experimento se fundamenta en la relación Masa molar sustancia = masa / nº moles sustancia El recipiente utilizado es un erlenmeyer de capacidad real conocida; antes de empezar la experiencia deben medirse la presión y temperatura ambientales, con el fin de calcular los moles de gas, del aire, que contiene el recipiente. Es muy importante no tocar el erlenmeyer después de esta determinación, ya que con el calor se podría dilatar el aire variando el número de moles que contiene. La experiencia consiste en poner unas gotas (5-10) de líquido en el erlenmeyer, seguidamente cerrarlo con un tapón conectado al sensor de presión y sumergir el conjunto en un vaso de precipitados que contenga agua caliente y un sensor de temperatura (Figura 3). Con el calor del agua el líquido se evapora y ejerce presión. A partir de la presión y temperatura máximas puede calcularse el número de moles totales de gas en el interior del erlenmeyer. La masa de líquido puede obtenerse, clásicamente, de distintas maneras como pueden ser con una balanza granatario o bien a partir de la determinación de la densidad del líquido. En la Figura 4 se muestran los resultados obtenidos en la determinación de la masa molar de la acetona con este método.

Figura 3. Montaje utilizado para la determinación de la masa molar de un líquido a partir de la presión ejercida al evaporarse .



Figura 4. Resultados obtenidos y cálculos en la determinación de la masa molar de acetona a partir de la presión medida en la vaporización total del líquido en un recipiente cerrado 2. Velocidad de reacción (La presión como detective II) Los objetivos de la práctica son: - Determinar la velocidad media de reacción a partir de las variaciones de presión durante la reacción. - Estudiar la variación de la velocidad de reacción durante el transcurso de la misma La reacción propuesta es la del carbonato de calcio con ácido clorhídrico: CaCO3(s) + HCl(aq) CaCl2(aq) + CO2(g) + H2O(l) El montaje experimental propuesto (Figura 5a) consiste en un erlenmeyer en cuyo interior se coloca el carbonato de calcio (aprox. 0,15 g), que se propone como reactivo limitante. El recipiente se cierra con un tapón conectado al sensor de presión y a una jeringa que contiene el ácido clorhídrico (20 ml 0,25M), el conjunto debe cerrarse bien para evitar pérdidas de gas, por este motivo se propone el sensor de temperatura junto al erlenmeyer pero fuera de él (considerando despreciable la variación de temperatura en el matraz de reacción). Se toman los datos de presión y temperatura iniciales y acto seguido se inyecta el ácido clorhídrico. Conviene agitar el conjunto manualmente durante la reacción para asegurar un contacto uniforme entre los reactivos. La presión en el interior del recipiente aumenta debido a la producción de dióxido de carbono



(Figura 5b), a partir de la variación de presión puede determinarse la velocidad de la reacción en un intervalo de tiempo ARBÉ, A.; CALVET, M.; COROMINAS, J.; DOMÉNECH, M.; FALCÓ M.; FERRER V.; LOPE, S., LOZAARBÉ, A.; CALVET, M.; COROMINAS, J.; DOMÉNECH, M.; FALCÓ M.; FERRER V.; LOPE, S., LOZAdeterminado.

(a) (b)

Figura 5 (a). Montaje utilizado para la determinación de la velocidad de reacción. Figura 5(b). Resultados de presión y temperatura (línea horizontal) obtenidos en la reacción del carbonato de calcio con ácido clorhídrico. Discusión En este trabajo se presentan experiencias puntuales con el objetivo de informar al profesorado sobre ellas y de dar los detalles para que se puedan adecuar a las distintas necesidades y situaciones docentes, pudiendo ser utilizadas desde distintas perspectivas. Desde el punto de vista meramente técnico cabe notar dos ventajas en estos experimentos respecto los tradicionales sin equipo de registro automático de datos: uno de ellos es la posibilidad del estudio detallado de variaciones de presión de un gas a lo largo de un proceso, y por tanto del trabajo con conceptos, más abstractos, que se derivan de ello; otra ventaja clara es la posibilidad de tener el gráfico de la experiencia en el mismo momento que se está produciendo, es decir se presenta la posibilidad de relacionar el gráfico con la observación del fenómeno lo que sin duda mejora las redes de aprendizaje. Conviene pero tener en cuenta cual es la mejor manera de introducir en el aula este tipo de prácticas. Desde el punto de vista didáctico, diversos autores han estudiado las características de las nuevas tecnologías como herramientas de aprendizaje. Se sugiere (Combs, 2004) que la dirección ideal en la enseñanza de las ciencias es aquella que combina lo mejor de la enseñanza tradicional con lo mejor de las nuevas tecnologías para guiar al alumnado en la aproximación constructivista de la educación científica. Trabajos recientes (Izquierdo et al, 2004) sugieren que hacer ciencia en la escuela se constituye como una actividad dentro de la complejidad social, hecho que anima a recuperar el papel de las emociones como elemento central. En este sentido es fundamental que las experiencias propuestas estén contextualizadas en la medida de lo



posible en el entorno emocional del alumnado. Asimismo se deben proponer actividades adecuadas (Sanmartí et al, 2003) que le guíen para adquirir destreza en la expresión oral o escrita de los experimentos que realiza. Un aspecto relevante es el del material didáctico de apoyo que se entrega a los estudiantes para que pueda influir positivamente en el aprendizaje. En el caso concreto de experimentos en tiempo real, Pérez-Castro (2001) propone una estructura para los guiones de prácticas basada en la concepción del trabajo experimental como un ciclo de aprendizaje, en la que los estudiantes deben explorar la situación presentada por el docente, predecir los resultados, recopilar datos y analizarlos e interpretarlos, comparar los resultados con la predicciones realizadas y con el modelo teórico que fundamenta la experiencia, reestructurar los conocimientos y generalizar y aplicar lo aprendido a nuevas situaciones. Existen algunas experiencias de aplicación de esta secuencia en prácticas de ciencias. Agradecimientos Este trabajo se está realizando en el marco de una licencia de estudios del Departament d’Educació de la Generalitat de Catalunya (resolució ENS/795/2004 de 23 de març de 2004), queremos agradecer la acogida a todo el personal del CDECT (Centre de Documentació i Experimentació de Ciències i Tecnología) de Barcelona, especialmente a A. Aparicio y M.T.Lozano por sus ideas en la resolución de los montajes prácticos. También a C. Mayós y J. Mellado por sus comentarios constructivos. Bibliografía: APARICIO, A.; BARBÉ, A.; CALVET, M.; COROMINAS, J.; DOMÉNECH, M.; FALCÓ M.; FERRER V.; LOPE, S., LOZANO, MT. y VIVES, MV. (2002). Curs per a l'ús didàctic de les aules de noves tecnologies per a les ciències. Material de suport. Curs 2002-03. Generalitat de Catalunya. Departament d'Ensenyament. COMBS L.W. (2004). Science education in the web era. Journal of computers in mathematics and science technology. Vol 23(2), pp 139-149. IZQUIERDO, M., ESPINET, M.; BONIL, J. y PUJOL, R.M. (2004). Ciencia escolar y complejidad. Investigación en la escuela vol 53, pp 21-29. PÉREZ-CASTRO O.J. (2001). El uso de experimentos en tiempo real: estudio de casos de profesores de física de secundaria. Tesis doctoral. www.tdx-cesca.es/TDX-113103-15751/ SANMARTÍ. N. (coord.),; CALVET, M., CUSTODIO E., ESTANYA J.L., FRANCO, R.; GARCÍA, M.P.; IZQUIERDO, M.; MÁRQUEZ, C.; OLIVERAS, B.; RIBAS, N.; ROCA, M.; SARDÀ, A.; SOLSONA N.; y VIA, A. (2003). Aprendre ciències tot aprenent a escriure ciencia. Barcelona: Edicions 62.




VI Congreso Internacional Sobre InvestigaciVI Congreso Internacional Sobre Investigacióón en la Didn en la Didááctica de las Ciencias Granada 2005ctica de las Ciencias Granada 2005

Tortosa Moreno, Montserrat1,2; Torra Bitlloch, Immaculada2

1 IES Ferran Casablancas (Sabadell) 2 Escola Universitaria Politécnica de Manresa (Universitat Politècnica de Catalunya)Palabras clave: EXAO (experiencia asistida por ordenador), experimentos en tiempo real, MBL (microcomputer based laboratory), Multilog-Multilab, sensor, química.

ETANOL

ACETONA

Objetivos

- Proponer prácticas de ciencias para Enseñanza Secundaria Obligatoria y Post-obligatoria, a efectuar con equipos de registro y tratamiento automático de datos.

- Aprovechar las ventajas que ofrecen los equipos EXAO respecto los equipos clásicos de laboratorio.

Puede hervir y estar más “frío”?

Nivel: ESO

Se estudia la variación de temperaturas durante el calentamiento simultáneo de acetona y alcohol etílico comercial (96º). El aparato utilizado para ello es un baño de arena sencillo construido con un fogón eléctrico y una bandeja metálica llena de arena

En el baño de arena se colocan dos vasos de precipitados cada uno con 50 ml de acetona o alcohol, se introduce en cada vaso un sensorde temperatura conectado a la interficie Multilog-pro. A medida que se van calentando los dos líquidos el programa Multilab permite ver el gráfico con la evolución de las temperaturas en tiempo real. En la ejecución de la experiencia puede constatarse que mientras la acetona está hirviendo con burbujas visibles, su temperatura se mantiene constante e inferior a la del alcohol etílico, que sigue calentándose antes de hervir.De que líquido se trata? (La presión como detective I )

Nivel: Bachillerato

El objetivo de la práctica es la determinación de la masa molar de un líquido, a partir de la presión y temperatura medidas al hacer vaporizar unas gotas de líquido en un recipiente cerrado. Es muy importante no tocar el erlenmeyer después de esta determinación, ya que con el calor se podría dilatar el aire variando el número de moles que contiene.

La experiencia consiste en poner unas gotas (5-10) de líquido en el erlenmeyer, seguidamente cerrarlo con un tapón conectado al sensor de presión y sumergir el conjunto en un vaso de precipitados que contenga agua caliente y un sensor de temperatura. Con el calor del agua el líquido se evapora y ejerce presión. A partir de la presión y temperatura máximas puede calcularse el número de moles totales de gas en el interior del erlenmeyer.

Velocidad de reacción (La presión como detective II)Nivel: Bachillerato

Se determinan velocidades de reacción a partir de las variaciones de presióndurante el transcurso de la reacción:

CaCO3(s) + HCl(aq) CaCl2(aq) + CO2(g) + H2O(l)

El montaje experimental propuesto, consiste en un erlenmeyer en cuyo interior se coloca el carbonato de calcio (aprox. 0,15 g), que se propone como reactivo limitante. El recipiente se cierra con un tapón conectado al sensor de presión y a una jeringa que contiene el ácido clorhídrico (20 ml 0,25M), el conjunto debecerrarse bien para evitar pérdidas de gas, por este motivo se propone el sensor de temperatura junto al erlenmeyer pero fuera de él. La presión en el interior del recipiente aumenta debido a la producción de dióxido de carbono

Conclusiones

Teóricamente cabe notar dos ventajas en estos experimentos respecto los tradicionales sin equipo de registro automático de datos:

la posibilidad del estudio detallado de variaciones de presión de un gas a lo largo de un proceso, y por tanto del trabajo con conceptos, más abstractos, que se derivan

de ello

la posibilidad de tener el gráfico de la experiencia en el mismo momento que se está produciendo, es decir se presenta la posibilidad de relacionar el gráfico con la

observación del fenómeno lo que sin duda mejora las redes de aprendizaje.

Se presentan los guiones de prácticas como un ciclo de aprendizaje, en el que los estudiantes deben explorar la situación presentada por el docente, predecir los resultados, recopilar datos y analizarlos e interpretarlos, comparar los resultados con las predicciones realizadas y con el modelo teórico que fundamenta la experiencia, reestructurar los conocimientos y generalizar y aplicar lo aprendido a nuevas situaciones.Agradecimientos: Este trabajo se está realizando en el marco de una licencia de estudios del Departament d’Educació de la Generalitat de Catalunya (resolució ENS/795/2004 de 23 de març de 2004),

Bibliografía:APARICIO, A.; BARBÉ, A.; CALVET, M.; COROMINAS, J.; DOMÉNECH, M.; FALCÓ M.; FERRER V.; LOPE, S., LOZANO, MT. y VIVES, MV. (2002). Curs per a l'ús didàctic de les aules de noves tecnologies per a les ciències. Material de suport. Curs 2002-03. Generalitat de Catalunya. Departament d'Ensenyament.

COMBS L.W. (2004). Science education in the web era. Journal of computers in mathematics and science technology. Vol 23(2), pp 139-149.

IZQUIERDO, M., ESPINET, M.; BONIL, J. y PUJOL, R.M. (2004). Ciencia escolar y complejidad. Investigación en la escuela vol 53, pp 21-29.

PÉREZ-CASTRO O.J. (2001). El uso de experimentos en tiempo real: estudio de casos de profesores de física de secundaria. Tesis doctoral. www.tdx-cesca.es/TDX-113103-15751/

SANMARTÍ. N. (coord.),; CALVET, M., CUSTODIO E., ESTANYA J.L., FRANCO, R.; GARCÍA, M.P.; IZQUIERDO, M.; MÁRQUEZ, C.; OLIVERAS, B.; RIBAS, N.; ROCA, M.; SARDÀ, A.; SOLSONA N.; y VIA, A. (2003). Aprendre ciències tot aprenent a escriure ciencia. Barcelona: Edicions 62.

ELABORACIÓ DE GUIES DIDÀCTIQUES PER A LES ...és la millor metodologia d’aula o el millor...

Documents

Transcript of ELABORACIÓ DE GUIES DIDÀCTIQUES PER A LES ...és la millor metodologia d’aula o el millor...