Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas

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UNA APROXIMACIÓN AL ESTUDIO DEL PODER EXPLOSIVO DE DIFERENTES

SUSTANCIAS ORGÁNICAS VOLATILES

Juan Aragó de los Santos I.E.S. L’ELIANA

L’Eliana (Valencia)

Introducción:

Un hecho constatado a lo largo de mi experiencia docente como profesor de Física y Química es que no hay nada que motive (anime, ilusione, deseen hacer) más a los alumnos de Física y Química de secundaria e incluso de bachillerato que decirles que vamos a “explotar cosas” en el laboratorio.

Aprovechando la buena predisposición que genera “explotar cosas” y utilizando un pequeño dispositivo de fabricación casera, he propuesto a mis alumnos de 2º de bachiller de una materia optativa de diseño propio, Técnicas de Laboratorio Químico, que impartimos en el instituto; que pongamos a punto un dispositivo y una serie de pequeñas demostraciones que nos permitan su utilización para producir pequeñas explosiones y obtener informaciones básicas de ellas.

Objetivos:

El trabajo que tenemos previsto presentar tiene como objetivo poner a punto una serie de pequeñas demostraciones de laboratorio en el que se hagan detonar diferentes sustancias orgánicas volátiles, de forma totalmente controlada, y obtener a través de ellas información sobre aspectos que nos parecen interesantes y sean medibles de forma cuantitativa, para establecer una comparación entre ellas.

Fundamentalmente nuestro objetivo se centrará en, una vez puesto a punto el dispositivo en el que se puedan producir pequeñas explosiones de forma totalmente controlada por el profesor, encontrar las mejores formas de utilizarlo para medir:

• La estimación de la energía puesta en juego en la detonación para diferentes sustancias y de esa forma poder clasificarlas de mayor a menor poder explosivo.

• Utilizando diferentes sensores de presión y temperatura, determinar la sobrepresión producida en el dispositivo de detonación para tratar de llegar a establecer la estequiometria de la reacción de combustión que se está produciendo.

Relación del tema propuesto con el currículo del Curso:

Disponer de pequeñas demostraciones rápidas de diferentes aspectos resulta muy útil en la práctica docente, si además esas demostraciones son atractivas y entroncan con temas que se tratan en las clases de física y química resultan de gran ayuda como motivación del alumnado y como introducción del tema.

Las reacciones químicas se tratan prácticamente en todos los niveles desde segundo ciclo de secundaria hasta el bachillerato, lo que estamos trabajando no son más que reacciones químicas, por lo tanto, se relacionan con todo el currículo de secundaria y bachillerato y pueden resultar de gran utilidad.

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Justificación:

La experiencia que estoy preparando en el presente proyecto está ideada para motivar, captar la atención y mostrar aspectos de la estequiometria de las reacsegundo ciclo de Educación Secundaria Obligatoria. Está pensada como una pequeña demostración, que se pueda realizar incluso en clase, previo al inicio del tema de estequiometria de las reacciones químicas.

Ahora bien, en el proyecto que presento está planteada, de momento, como una práctica de 2º de Bachiller en una materia de diseño propio del IES L’Eliana (Técnicas de Laboratorio Químico), en la misma, con la participación de los alumnos que cursan dicha materia, se procedimiento en base al estudio que del mismo están realizando alumnos de 2º de bachiller que además, también cursan la asignatura Química de 2º de bachillerato, es decir, alumnos del último curso de instituto con un gran interés por la

En base a los resultados y conclusiones que del estudio que realicen los alumnos de 2º bachiller se obtengan, se adaptara para realizarse como práctica introductoria en los curso inferiores de secundaria.

Por lo tanto, en este proyecto presento la práctica que están realizando mis alumnos de 2º de bachiller y que estamos adaptando y perfilando a medida que avanzamos en su realización.

Autores:

En el presente estudio han participado los siguientes alumnos de la asignatura optatiLaboratorio Químico de 2º de bachillerato A/B: Carmen Elisa Morell Mirasol; Carlos Algarra Valcarcel; Nuria Castelló Rubio; Wedsllay Desousa; Aigües Vives Blat Fayos; Nicolas Menéndez Stabile; Paula Puchades.

Cuestiones previas y motivadoras para los alumnos:

a. Para ti ¿qué es una explosión desde el punto de vista químico?b. Puede un líquido inflamable, como el alcohol de curar heridas que tienes en casa, llegar a

explotar igual que lo hace la pólvora de un petardo.c. Quien piensas que tendrá mayor poder explosivo: el alcohol o la pólvora. Crees que se puede

cuantificar de alguna manera dicho poder explosivo.d. Qué factores, piensas, que podrán afectar al poder explosivo de un sustancia.e. ¿Por qué unas sustancias pueden explotar y otras no

Material y recursos necesarios:

I. Varias jeringuillas, de diferentes volúmenes, adaptadas para producir explosiones controladas según diseño mostrado en las fotografías adjuntas.

II. Detonadores piezoeléctricos modificados para producir la chispa que provoque la ignición del contenido de la jeringuillas.

III. Micropipetas para medir pequeños volúmenes de líquidos volátiles (alrededor de 30

IV. Varilla graduada para estimar la altura alcanzada por el dispositivo proyectado.

V. Vasos de precipitados. VI. Alcohol etílico, Acetona, Tolueno y Benceno.

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La experiencia que estoy preparando en el presente proyecto está ideada para motivar, captar la atención y mostrar aspectos de la estequiometria de las reacciones de combustión a los alumnos de segundo ciclo de Educación Secundaria Obligatoria. Está pensada como una pequeña demostración, que se pueda realizar incluso en clase, previo al inicio del tema de estequiometria de las reacciones

en el proyecto que presento está planteada, de momento, como una práctica de 2º de Bachiller en una materia de diseño propio del IES L’Eliana (Técnicas de Laboratorio Químico), en la misma, con la participación de los alumnos que cursan dicha materia, se procedimiento en base al estudio que del mismo están realizando alumnos de 2º de bachiller que además, también cursan la asignatura Química de 2º de bachillerato, es decir, alumnos del último curso de instituto con un gran interés por la disciplina de la Química.

En base a los resultados y conclusiones que del estudio que realicen los alumnos de 2º bachiller se obtengan, se adaptara para realizarse como práctica introductoria en los curso inferiores de secundaria.

royecto presento la práctica que están realizando mis alumnos de 2º de bachiller y que estamos adaptando y perfilando a medida que avanzamos en su realización.

En el presente estudio han participado los siguientes alumnos de la asignatura optatiLaboratorio Químico de 2º de bachillerato A/B: Carmen Elisa Morell Mirasol; Carlos Algarra Valcarcel; Nuria Castelló Rubio; Wedsllay Desousa; Aigües Vives Blat Fayos; Nicolas Menéndez

motivadoras para los alumnos:

explosión desde el punto de vista químico? Puede un líquido inflamable, como el alcohol de curar heridas que tienes en casa, llegar a explotar igual que lo hace la pólvora de un petardo.

tendrá mayor poder explosivo: el alcohol o la pólvora. Crees que se puede cuantificar de alguna manera dicho poder explosivo. Qué factores, piensas, que podrán afectar al poder explosivo de un sustancia.¿Por qué unas sustancias pueden explotar y otras no lo hacen?

Material y recursos necesarios:

Varias jeringuillas, de diferentes volúmenes, adaptadas para producir explosiones controladas según diseño mostrado en las fotografías adjuntas. Detonadores piezoeléctricos modificados para producir la

e provoque la ignición del contenido de la

Micropipetas para medir pequeños volúmenes de líquidos volátiles (alrededor de 30 µL). Varilla graduada para estimar la altura alcanzada por el

etílico, Acetona, Tolueno y Benceno.

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La experiencia que estoy preparando en el presente proyecto está ideada para motivar, captar la ciones de combustión a los alumnos de

segundo ciclo de Educación Secundaria Obligatoria. Está pensada como una pequeña demostración, que se pueda realizar incluso en clase, previo al inicio del tema de estequiometria de las reacciones

en el proyecto que presento está planteada, de momento, como una práctica de 2º de Bachiller en una materia de diseño propio del IES L’Eliana (Técnicas de Laboratorio Químico), en la misma, con la participación de los alumnos que cursan dicha materia, se pondrá a punto el procedimiento en base al estudio que del mismo están realizando alumnos de 2º de bachiller que además, también cursan la asignatura Química de 2º de bachillerato, es decir, alumnos del último

En base a los resultados y conclusiones que del estudio que realicen los alumnos de 2º bachiller se obtengan, se adaptara para realizarse como práctica introductoria en los curso inferiores de secundaria.

royecto presento la práctica que están realizando mis alumnos de 2º de bachiller

En el presente estudio han participado los siguientes alumnos de la asignatura optativa Técnicas de Laboratorio Químico de 2º de bachillerato A/B: Carmen Elisa Morell Mirasol; Carlos Algarra Valcarcel; Nuria Castelló Rubio; Wedsllay Desousa; Aigües Vives Blat Fayos; Nicolas Menéndez

Puede un líquido inflamable, como el alcohol de curar heridas que tienes en casa, llegar a

tendrá mayor poder explosivo: el alcohol o la pólvora. Crees que se puede

Qué factores, piensas, que podrán afectar al poder explosivo de un sustancia.

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VII. Ordenadores con el programa de adquisición de datos PASCO scientificVIII. Sensores de presión y temperatura.

Normas de seguridad:

Dada la peligrosidad de los líquidos utilizados (muy inflamables y algunos de ellos tóxicos) todos los alumnos, ya que son de 2º de bachiller y además cursan una materia optativa de técnicas de laboratorio, son conocedores de todas las normas de seguridad sustancias.

El material de seguridad personal que están utilizando para la realización del estudio es:

- Bata de laboratorio. - Guantes de látex y guantes térmicos.- Gafas de seguridad. -

No hace falta ningún elementos demicropipetas que no necesitan succión.

Procedimiento:

En principio, nuestro estudio está centrado en estimar el poder explosivo de cada una de las sustancias propuestas en los materiales por obtenidos por ambos procedimientos y clasificar las sustancias según su poder explosivo.

Método 1º Estimar la capacidad explosiva de cada líquido en base a determinar la Energía Potencial alcanzada por una pieza que resulta proyectada hacia arriba en la explosión de una cantidad perfectamente medida de cada una de las sustancias bajo estudio.

1 El programa PASCO scientific se consiguió a través de la participación en un curso organizado por la Consellería de

Educación.

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Ordenadores con el programa de adquisición de datos PASCO scientific1.Sensores de presión y temperatura.

Dada la peligrosidad de los líquidos utilizados (muy inflamables y algunos de ellos tóxicos) todos los alumnos, ya que son de 2º de bachiller y además cursan una materia optativa de técnicas de laboratorio, son conocedores de todas las normas de seguridad a tener en cuenta en el manejo de tales

El material de seguridad personal que están utilizando para la realización del estudio es:

Guantes de látex y guantes térmicos.

No hace falta ningún elementos de seguridad para pipetear (tipo propipeta) dado que se utilizan micropipetas que no necesitan succión.

En principio, nuestro estudio está centrado en estimar el poder explosivo de cada una de las sustancias propuestas en los materiales por dos métodos diferentes para después comparar los resultados obtenidos por ambos procedimientos y clasificar las sustancias según su poder explosivo.

Estimar la capacidad explosiva de cada líquido en base a determinar la Energía Potencial alcanzada por una pieza que resulta proyectada hacia arriba en la explosión de una cantidad perfectamente medida de cada una de las sustancias bajo estudio.

se consiguió a través de la participación en un curso organizado por la Consellería de

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.

Dada la peligrosidad de los líquidos utilizados (muy inflamables y algunos de ellos tóxicos) todos los alumnos, ya que son de 2º de bachiller y además cursan una materia optativa de técnicas de

a tener en cuenta en el manejo de tales

El material de seguridad personal que están utilizando para la realización del estudio es:

seguridad para pipetear (tipo propipeta) dado que se utilizan

En principio, nuestro estudio está centrado en estimar el poder explosivo de cada una de las sustancias dos métodos diferentes para después comparar los resultados

obtenidos por ambos procedimientos y clasificar las sustancias según su poder explosivo.

Estimar la capacidad explosiva de cada líquido en base a determinar la Energía Potencial alcanzada por una pieza que resulta proyectada hacia arriba en la explosión de una cantidad perfectamente

se consiguió a través de la participación en un curso organizado por la Consellería de

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Método experimental propuesto.

a. Con la micropipeta medir un volumen (aproximadamente 30 – 40 µL) de una de las sustancias, introducir en la jeringuilla y tapar rápidamente sin apretar demasiado procurando que en todas las experiencias el tapón se apreté más o menos lo mismo.

b. Calentar la jeringuilla con el calor de la propia mano para saturar la atmosfera dentro de la jeringuilla en el vapor de la sustancia introducida.

c. Colocar la varilla graduada haciendo coincidir el cero con la posición del tapón que será proyectado.

d. Producir la detonación con el disparador piezoeléctrico a la vez que con la cámara de un móvil, en posición de disparo continuo (muchos smartfones tienen esa posibilidad), se realizan fotografías encaminadas a determinar la altura máxima alcanzada por la pieza proyectada.

e. Repetir la experiencia, en función de la calidad de las fotografías obtenidas y su validez para determinar la altura máxima.

f. Sabiendo la altura alcanzada y la masa de la pieza disparada se puede determinar su energía potencial que nos servirá como indicador de la energía puesta en juego en la detonación. Expresar dicha energía por mol de producto detonado.

Método 2º Estimar la capacidad explosiva de las sustancias en base a la determinación de la sobrepresión, producida por la detonación en la jeringuilla cerrada de una cantidad previamente medida de cada una de las sustancias propuestas, determinada por medio de un sensor de presión - temperatura conectado a un ordenador con el programa de adquisición de datos PASCO scientific.

Método experimental propuesto

a. Introducir con la micropipeta 40 o 50 µL de una de las sustancias a investigar en una jeringuilla de mayor tamaño, tapar y asegurar el tapón con dos bridas que impidan la apertura de la misma cuando se produzca la detonación.

b. Preparar en el ordenador el programa de adquisición de datos calibrándolo para que el sensor realice 100 determinaciones por segundo y proceder cuando este ajustado a la detonación.

c. Comprobar la sobrepresión producida en la detonación mediante el gráfico de la presión en función del tiempo que se obtiene en el ordenador. Eliminar los puntos innecesarios del gráfico.

d. Repetir el procedimiento anterior para cada una de las sustancias a investigar.

e. Comparar las gráficas para determinar que sustancia produce una mayor sobrepresión, dicha sustancia supondremos que es la que presenta mayor poder explosivo.

f. Con el programa PASCO de tratamiento de datos superponer los gráficos de sobrepresión de cada sustancia para de esa forma obtener una comparación más clara.

Tiempo necesario para desarrollar esta práctica:

En esta experiencia hay que diferenciar en la estimación del tiempo, el empleado en la construcción de todos los dispositivos necesarios, del empleado en la realización de la práctica propiamente dicha.

La construcción de los disparadores piezoeléctricos requiere adaptar el dispositivo de un encendedor de cocina para que produzca la chispa que provoque la detonación, es trabajoso pero una vez adaptado sirve para muchas veces y se prepara enseguida.

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Igual ocurre con las jeringuillas que sirven de recipiente para la detonación, son también de fabricación casera, se recorta la base, se introducen los cables que producen la detonación y con cuidado se sella todo con silicona dejando que adquiera solidez durante dos o tres días. Una vez construidas sirven para varias detonaciones y sólo hay que limpiarlas bien cada vez.

Con todo el material disponible el estudio llevara cuatro o cinco sesiones de una hora hasta ponerlo a punto, una vez ajustado el procedimiento, si se utiliza como demostración de clase estimo que se puede realizar en menos de diez minutos (como introducción de una explicación en el aula); si se realiza como práctica para estimar el poder explosivo de varias sustancias, creo que con una o dos sesiones de una hora habrá suficiente.

Cuestiones previas y motivadoras para los alumnos:

Para los alumnos de 2º de bachiller que están llevando a término el estudio de puesta a punto, las cuestiones que les he planteado como final de la práctica son:

a. Propón los cálculos necesarios para expresar el poder explosivo de cada sustancia por mol de producto detonado a partir de la Energía Potencial estimada para cada detonación.

b. Utilizando el programa de tratamiento de datos DataStudio del paquete del programa PASCO scientific, construir los gráficos con las sobrepresiones producidas en cada detonación de las diferentes sustancias utilizadas y determinar a partir de ellos que sustancia es la que produce la mayor sobrepresión.

c. Comparar los resultados obtenidos en la cuestión a) con los obtenidos en la b) y ver si existen concordancia. Ordena las sustancias de mayor a menor poder detonante a partir de los resultados obtenidos.

d. Formular las ecuaciones termoquímicas para la combustión de cada una de las sustancias utilizadas y compara los resultados obtenidos en la experiencia con el número de moles gaseosos que se producen en cada combustión. Comenta los resultados de dicha comparación.

Ahora bien, cuando el procedimiento ya este puesto a punto y se utilice como experiencia demostrativa inicial en una clase, las cuestiones que se pueden plantear después de realizada pueden ser del estilo:

a. Dentro de la jeringuilla, a parte de la sustancia introducida que otro gas es indispensable para que se produzca la explosión.

b. ¿Sabrías decir como se denomina la reacción que ocurre dentro de la jeringuilla?

c. ¿Si se pusiera más sustancia volátil dentro de la jeringuilla, la explosión sería mayor?

d. Puede una sustancia volátil como el alcohol de curar heridas tener un poder explosivo similar al de la pólvora de un petardo.

e. Te parece peligroso maneja sustancias volátiles en habitaciones sin la suficiente ventilación.

f. ¿Por qué el alcohol de curar heridas cuando arden en el aire no explota?

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Procedimiento experimental: El presente proyecto tiene como base la puesta apunto de un procedimiento experimental para determinar el poder explosivo de sustancias volátiles orgánicas, para su posterior utilización como método demostrativo de la estequiometria de las reacciones químicas en cursos inferiores de la ESO.

Partimos de la construcción de diferentes dispositivos que nos permitieran lograr nuestro objetivo (ver fotografía) adjunta), además, disponemos de diferentes sensores de presión temperatura PASCO scientific con ellos hemos utilizados dos procedimientos experimentales: el primero, estimar el poder explosivo en base a la altura alcanzada por una pieza que sale disparada después de la explosión; el segundo, determinar la sobrepresión producida por la explosión medida con el sensor de presión conectado a un ordenador.

Los resultados obtenidos, mostrados a continuación, nos han puesto de manifiesto las carencias de nuestro procedimiento experimental sobre todo en lo que se refiere al material disponible y a las limitaciones del mismo impuestas por nuestro bajo nivel de adquisición de material de mayor calidad.

Nuestra hipótesis de trabajo, que consistía en comparar los resultados obtenidos para diferentes sustancias por ambos procedimientos antes descritos, de forma que la sustancia de mayor poder explosivo sería aquella que produjese una mayor elevación de sobrepresión y lanzara el objeto más alto, no han podido ser corroborada aunque se han obtenido conclusiones relevantes en cuanto a la naturaleza de las sustancias volátiles y las mejoras que serian necesarias en nuestro procedimiento experimental.

Método 1º

Tal como se describe en el apartado anterior, este procedimiento consiste en detonar una pequeña cantidad de sustancia volátil y determinar la altura alcanzada por la pieza que sale proyectada por la explosión (ver fotografías) teniendo en cuenta la estequiometria de la reacción de combustión que se produce dentro de la jeringuilla.

Los líquidos utilizados para el estudio han sido: Alcohol etílico absoluto, Benceno y Tolueno compuestos orgánicos de los que disponemos en el laboratorio del instituto.

Comenzamos el estudio por el alcohol etílico. En los diferentes disparos realizados la media de la altura alcanzada por la pieza proyectada (que no es otra cosa que un tapón de goma al que se le ha unido una pesa con silicona con una masa total de 29’5 g) fue de 42 cm.

Con la estequiometria de la reacción de combustión del etanol:

1 C2H6O + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O

y los siguientes datos teóricos obtenidos de la bibliografía:

Densidad del oxígeno 0’00143 g/mL.

% de oxígeno en el aire 20’9 %

Densidad del alcohol etílico 0’79 g/mL

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Se realizaron los cálculos pertinentes para expresar la energía producida por la explosión en J/mol de producto detonado.

(Ver fotografías adjuntas)

La altura alcanzada por la pieza proyectada se determinó por medio de la utilización de las cámaras fotográficas de los móviles que permiten realizar disparos a gran velocidad (el mejor de todos los móviles que disponíamos fue el de una alumna que disparaba 20 fotografías por segundo) con él en diferentes experiencias se determinó la altura anteriormente mencionada.

Algunas de las tomas obtenidas se muestran en la página siguiente.

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Cálculos:

Como se puede ver de la estequiometria de la reacción, el reactivo límite en el proceso es el oxígeno, dado que la cantidad que hay en el interior de la jeringuilla es muy pequeña:

Vaire jeringuilla= 7 mL ; contenido en oxígeno del aire 20’9 %

7 �� ���� × �� � �� ����� �� ����� = 1�463 �� �

1�463�� � × � ���!" # ��� �� ��

� = 2�092 · 10(" ) �

Como se ha comentado es muy fácil determinar que el reactivo límite de esta reacción es el oxígeno, por lo tanto:

2�092 · 10(" ) � × !* # +�,-�"."�/# ��

� = 1�0 · 10(" ) 0�1*

La media de la altura alcanzada por todas las medidas realizadas por los diferentes grupos, obtenidas como se muestra en las fotografías anteriores, fue de 42 cm, por lo que la energía potencial estimada de la pieza (M= 29’5 g) que se puede asimilar a la energía puesta en juego en la explosión de 1’0·10-3 g de alcohol es:

Ep=M·g·h= 0’00295·(9’8)·0’42= 0’121 J

� ���2

� �·��34# +�,-� × !* �5# +�,-�� �67 +�,-� � = 5.575 2

�67

Estudio del Benceno por el método 1:

Cuando se intenta detonar el benceno siguiendo el mismo procedimiento descrito en el apartado anterior, no se consigue detonación aunque se probo con todas las proporciones de benceno (desde 20 µL hasta 55 µL) intentando encontrar aquella en la que se producía la saturación del vapor dentro de la jeringuilla. Se probo a calentar la jeringuilla para facilitar el punto de inflamación, pero todos los intentos por conseguir detonación fallaron.

Estudio del Tolueno por el método 1:

Para nuestra desazón con el Tolueno ocurrió exactamente lo mismo.

Método 2º

El segundo procedimiento descrito en el proyecto presentado en su día consiste en detonar una cantidad de sustancia volátil (aprox. 65 µL) en un jeringuilla más grande de 65 mL de capacidad y medir la sobrepresión producida con el sensor de presión acoplado a un tapón de goma que se ajusta a la jeringuilla utilizando dos bridas que impiden su apertura.

El procedimiento, que en principio parece sencillo, tiene un problema técnico que hemos podido salvar a costa de utilizar varias jeringuillas y paciencia, la explosión produce tal sobrepresión que cuando, no saltan las bridas, se rompe la jeringuilla, aun así como digo hemos podido obtener varios buenos resultados que se muestran a continuación.

Estudio de la sobrepresión producida por el alcohol etílico.

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Al detonar aproximadamente 65 (ver fotografía) la sobrepresión que produce la combustión desiguiendo el procedimiento anterior

Como se observa en ella la sobrepresión producida en la explosión de unos 10 mg de alcohol etílico es de casi 3’5 atm, dado que la presión inicial es de 1 atm. valor que consideramos bas

Estudio de la sobrepresión producida en la detonación del Benceno.

Como cabía esperar de los resultados obtenidos en el método 1 no conseguimos producir detonación con el benceno, aunque al igual que en el otro método probamos con prácticamente todas las proporciones de benceno aire para ver si se alcanzaba el punto de saturación.

Igual nos ocurrió al probar con el resto de líquidos volátiles bajo estudio, para niaire/compuesto produjo detonación.

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Al detonar aproximadamente 65 µL de alcohol dentro de la jeringuilla fuertemente fijada con bridas presión que produce la combustión de 9’31·10-3 g C

procedimiento anterior, es la que se muestra en la siguiente figura.

Como se observa en ella la sobrepresión producida en la explosión de unos 10 mg de alcohol etílico es de casi 3’5 atm, dado que la presión inicial es de 1 atm. valor que consideramos bas

presión producida en la detonación del Benceno.

esperar de los resultados obtenidos en el método 1 no conseguimos producir detonación con el benceno, aunque al igual que en el otro método probamos con prácticamente todas las proporciones de benceno aire para ver si se alcanzaba el punto de saturación.

Igual nos ocurrió al probar con el resto de líquidos volátiles bajo estudio, para niprodujo detonación.

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L de alcohol dentro de la jeringuilla fuertemente fijada con bridas g C2H6O, calculados

Como se observa en ella la sobrepresión producida en la explosión de unos 10 mg de alcohol etílico es de casi 3’5 atm, dado que la presión inicial es de 1 atm. valor que consideramos bastante grande.

esperar de los resultados obtenidos en el método 1 no conseguimos producir detonación con el benceno, aunque al igual que en el otro método probamos con prácticamente todas las

Igual nos ocurrió al probar con el resto de líquidos volátiles bajo estudio, para ninguna relación

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Discusión de los resultados:

Como se observa en la fotografía anterior los resultados obtenidos no fueron muy bien recibidos por los alumnos, que en un principio se desmoralizaron y mostraron algún que otro signo de impaciencia.

En un intento por reconducir la experiencia, en el nivel en el que se estaba realizando 2º de bachillerato, les plantee que cuando en ciencia pasan estas cosas, que ocurren en más de una ocasión, lo que hay que tratar de hacer es explicar qué está sucediendo y proponer las modificaciones que se consideren necesarias para lograr los objetivos propuestos.

Y nos pusimos manos a la obra: ¿por qué el alcohol etílico explota sin ningún problema y los otros líquidos analizados no lo hacen de ninguna de las maneras?

Durante un par de clases estuvimos buscando bibliografía de los diferentes líquidos estudiados (actualmente la Web facilita enormemente este paso de cualquier investigación):

Vimos que la relación entre la cantidad de aire/compuesto de la mezcla necesaria para que se produzca la deflagración era importante, por debajo de una determinada relación no se produce explosión al igual que por encima, pero nosotros ya habíamos probado prácticamente todas las relaciones y ninguna daba explosión. Por lo que en un principio decidieron que este factor estaba descartado pues ya había sido investigado.

Durante el proceso de búsqueda de información nos apareció el concepto de punto de ignición, como aquella temperatura que es necesario alcanzar inicialmente para que se produzca la detonación. Dicha temperatura para cada uno de los líquidos investigados es:

Alcohol etílico 363 ºC

Tolueno 480 ºC

Benceno 560 ºC

Si consideramos que esa temperatura es como “una energía de activación” necesaria para que la reacción se inicie, nosotros la alcanzamos mediante la energía producida por la chispa de un dispositivo de un encendedor de cocina normal y corriente, dispositivo piezoeléctrico (ver fotografía) que produce una descarga con una ddp no muy elevada, dado que, aunque se aplique sobre la piel es molesta pero no dolorosa.

Si observamos los puntos de ignición de los tres líquidos analizados vemos como el único que tiene el punto de ignición más bajo es el alcohol etílico, en los otros dos su punto de ignición es muy superior, lo que podría explicar nuestro fracaso al hacerlos detonar, dado que, con la diferencia de potencial que aplicamos no llegamos a superar esas temperaturas (o lo que es igual no superamos la energía de activación necesaria para que se produzca la reacción) por lo que los líquidos no se inflaman y no detonan.

Hemos medido la ddp producida por los dispositivos piezoeléctricos de que disponemos obteniendo valores de 120 a 150 V, que comparados con los valores de 4.000 a 5.000 V que la bibliografía dice que se utilizan en los eudiómetros para el análisis de mezclas gaseosas puede explicar el porqué no obtenemos ignición en los líquidos que presentan un punto de autoignición más elevado.

Además, las jeringuillas que utilizamos como reactores son totalmente artesanas. En algunos casos nos ha resultado difícil conseguir un buen sellado de las mismas. El pegamento termoplástico que utilizamos es difícil de manejar en huecos pequeños, y en ocasiones observamos que existían pequeñas fisuras por donde se perdía presión. Si intentábamos construirlas utilizando silicona, en lugar de pegamento termoplástico, los resultados aun eran peores, pues la silicona aun sellaba peor y soportaba muy mal las sobrepresiones que se generan en las detonaciones. Este hecho puede afectar a los puntos de saturación que son necesarios alcanzar para que los líquidos detonen con lo que aun es más complicado conseguirlo.

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Por lo tanto nuestros malos resultados, pensamos que se deben más a carencias de los dispositivos de los que disponemos que a un mal diseño de la experiencia o una mala planificación del procedimiento.

Pensamos que con un generador que pudiera producir chispas con una ddp suficientemente alta y con un dispositivo que sellara perfectamente el líquido y soportara las sobrepresión producidas en la explosión, nuestro procedimiento funcionaría lo suficientemente bien como para alcanzar los objetivos marcados.

Conclusiones:

Desde la perspectiva de los alumnos, el obtener tan pocos resultados buenos ha sido una decepción grande. Aunque analizada la experiencia desde el punto de vista docente, como profesor, yo no diría tanto, máxime teniendo en cuenta que la experiencia está realizada por alumnos de 2º de bachillerato.

Yo creo que para estos alumnos (alumnos de último curso de instituto que el año que viene estarán en facultades) la experiencia les ha mostrado un poco lo que es la ciencia, una continua lucha por conseguir métodos adecuados para lograr el fin propuesto. La ciencia no es “llegar y besar el santo” como parece que ocurra en las películas, es un continuo esfuerzo por mejorar, adaptar y optimizar los procedimientos de investigación, desarrollar nuevas técnicas que permitan mejorar los resultados y estudiar y bucear en lo que otros han hecho antes que tu para aprovechar su experiencia para mejorar tus planteamientos.

Nuestra decepción inicial nos obligo a pensar que estaba ocurriendo ahí para que un líquido detonara sin ningún problema y los otros no lo hicieran de ninguna forma. Nos obligo a buscar información y contrastar esa información con los resultados que estábamos sacando, pensar en cómo casar nuestros resultados con los datos que aportaba la bibliográfica y de ese maridaje obtener una explicación plausible a lo que nos estaba sucediendo. En fin, yo creo que a hacer ciencia a pequeña escala dentro de nuestras posibilidades.

Por otro lado, si analizamos la experiencia desde el otro enfoque propuesto en el proyecto: su utilización como demostración previa en el 2º ciclo de la ESO a la hora de introducir temas como estequiometria de la reacción química, formas de la energía, interconversión de la energía, etc. aunque sólo se pueda utilizar alcohol etílico, la experiencia resulta atractiva para los alumnos, sobre todo los más jóvenes, pues algo está explotando y es llamativo ver a que altura sale el tapón. Desde la perspectiva docente da un gran juego para tratar temas como: formas de la energía y la interconversión de unas formas de energía en otras, estequiometria de las reacciones. Es decir, motivar a los estudiantes con experiencias sencillas que es de lo que se pretendía.