Octavo día : Péndulos y relojes. 5 de junio de 2015.

En esta última sesión se pretende realizar una experiencia de física, tratando de aprender a recoger datos experimentales y tratar de obtener conclusiones de ellos. Para ello se estudia el comportamiento del péndulo simple.

1) El péndulo simple.

Se fabrican varios péndulos simples con masas distintas y longitudes distintas. Observando que el periodo solo depende de la longitud y no de la masa.

Se representan gráficamente los datos L frente a T y se observa que se obtiene una curva. Se deduce que L no es directamente proporcional a T.

Se representan ahora los datos L frente a T al cuadrado  , obteniendose a hora una línea recta, lo que indica que L es directamente proporcional a T al cuadrado. Si algún dato se aparta de la línea se descarta ya que probablemente sea un error experimental.

Se obtiene nuestra expresión matemática y se compara con la que se obtiene en internet, obteniendo bastante parecido numérico.

Con la expresión obtenida se procede a la determinación experimental de la gravedad terrestre.

2) Fabricación de la pila de Volta.

Con el tiempo que ha sobrado de esta jornada se procede a la fabricación de una pila de Volta usando monedas de 5 céntimos , trozos de papel de aluminio y papel de filtro empapado en vinagre. A pesar de usar pocas monedas se obtiene un voltaje de 1 voltio.

Séptimo día: Ácidos y Bases. 22 de mayo de 2015

Hoy se pretende conocer estas sustancias, químicamente opuestas, de uso habitual en multitud de aspectos de la vida cotidiana. Se pretende aprender a identificarlas y conocer algunas de sus aplicaciones.

1) Escala de pH.

Lo primero de todo hay que familiarizarse con la escala de pH, usada para conocer la fortaleza de un ácido o una base. Se usan fundamentalmente tres procedimientos para conocer el pH y saber si estamos en un medio ácido o básico.

a) Papel indicador. Nos indica la acidez con el color del papel, normalmente rojo para ácidos y azul para bases.

b) Indicadores . Sustancias que tienen un color en medio ácido y otro color en medio básico. Nosotros hemos usado fenolftaleina ( incolora en medio ácido y violeta en básico ) y timolftaleina ( incolora en medio ácido y azul en medio básico ).

c) Peachímetro. Instrumento que indica de una forma precisa el pH de una disolución.

2) Identificación de ácidos y bases.

Se llenan varios tubos de ensayo con varias sustancias: Ácido sulfúrico 0,1 M, ácido clorhídrico 3,7%, vinagre, amoniaco  e hidróxido de sodio de 10 g/L de concentración.

Se procede a la identificación de cada sustancia en cada tubo usando indicadores, papel indicador, y por último, se usa el peachímetro para comprobar el pH de cada uno.

También se comprueba que cuando los ácidos  se añaden a un trocito de mármol producen CO2 que permite identificarlos, mientras que las bases no reaccionan con el mármol.

3) Uso de indicadores.

Esta experiencia tiene como único objetivo comprender mejor el papel de los indicadores

Se añade fenolftaleina a un vaso de precipitados con vinagre y acontinuación se añade una disolución de NaOH hasta que cambie su color a violeta.. Posteriormente se añade vinagre y la disolución vuelve a perder su color violeta.

4) Disoluciones amortiguadoras.

Se explica la importancia de estas disoluciones sobre todo en procesos biológicos.

Se comprueba como el pH varia rápidamente en una disolución al añadir unas cuantas gotas de ácido o de base.

Usando una disolución amortiguadora , nosotros hemos usado una mezclas de ácido acético ( vinagre) con acetato de sodio 1M. Se comprueba ahora que el pH se mantiene prácticamente constante ( en este caso 4,74) , a pesar de añadirse una cierta cantidad de ácido o de base.

5) Valoración de vinagre.

Esta experiencia es de uso común en cualquier laboratorio.

Seprocede a la valoración de un vinagre comprado en un supermercado con NaOH de concentración conocida para calcular su concentración de ácido acético

6) Fabricación de jabón.

Se usa aceite de girasol y se le añade una disolución de hidróxido de sodio para fabricar jabón casero. Hay que tener mucha paciencia y agitar durante bastante tiempo siempre en la misma dirección.

Después de varios días se comprueba que la mayoría de los grupos han fabricado su propio jabón de una forma satisfactoria.

Sexto día: Pilas y electrólisis. 15 de mayo de 2015

Hoy pretendemos estudiar el funcionamiento de las pilas  y el manejo de voltímetros. Qué voltaje proporcionan si se conectan en serie o en paralelo. También intentaremos familiarizarnos con la electrólisis, que es el proceso inverso de las pilas.

1) Voltaje de pilas en serie y en paralelo.

Se mide el voltaje de varias pilas , las más habituales, las de 1,5 V las de 4,5 V y las 9 V. Si desmontamos las pilas de 4,5 V y las de 9V se puede comprobar que son asociaciones de pilas de 15V en serie.

2) Pila con limón.

 Para fabricar una pila se necesitan dos metales distintos, uno que se reduzca (capture electrones) y otro que se oxide ( pierda electrones ) y un medio salino que permita que circule la carga dentro del circuito.

Vamos a usar electrodos de Zn y de Cobre usando el jugo del interior del limón como puente salino.

Se puede comprobar que el voltaje producido por un limón es de 0,93V

Si conectamos dos limones en serie el voltaje producido es el doble, suficiente como para encender un diodo led.

3) Pila de Daniell.
Se construye una pila de Daniell usando un electrodo de Zn sumergido en una disolución de sulfato de Zn 0,1M y otro electrodo de Cu sumergido en una disolución de sulfato de cobre 0,1 M.

Se puede comprobar que el voltaje es de cero voltios si no hay puente salino.






















Después de conectar los dos electrodos con un puente salino ( disolución de KCl) se comprueba que se obtiene un potencial de  0,91 V   frente a los  1,1 V teóricos.

Si conectamos varias pilas de Daniell en serie se obtienen voltajes  superiores , suficientes para encender diodos.

4) Pila de Volta
No ha dado tiempo de hacerla y se intentará hacer en la última jornada si sobra tiempo.

5) Electrólisis.

Es el proceso inverso de las pilas. Se usa una corriente eléctrica para realizar una reacción química. Ya se realizó la electrólisis del agua en la segunda jornada.

Vamos a usar la disolución de sulfato de cobre para dar un baño de cobre a varios objetos ( monedas, llaves,clips,  ..).

a) Sin electricidad.

Sumergiendo el objeto en una disolución de sulfato de cobre, añadiendo un poco de ácido a la disolución.

b) Con electricidad.

Se conecta el objeto que se quiere bañar en cobre al polo negativo de la pila y se sumerge en la disolución de sulfato de cobre. El cobre se reduce y se deposita encima del objeto.

Quinto día: Separación de sustancias. 8 de mayo de 2015

En esta jornada se pretende estudiar los principales métodos que existen para separar las sustancias presentes en una mezcla o en una disolución.

Destilación.

Comenzamos con este método por ser el más laborioso. Se destilan 150 mL de vino tinto. Se puede observar que el destilado, rico en alcohol es trasparente, Los azúcares y colorantes del vino permanecen en el matraz original.

Filtración.

Se podía practicar este método de separación con cualquier mezcla tradicional ( arena y agua ), pero se ha optado por separar el yoduro de plomo ( de color amarillo ) obtenido de la reacción de nitrato de plomo con yoduro de potasio ( transparentes ), por ser más vistoso y por servir para practicar como preparar disoluciones.

El sólido insoluble , yodato de plomo ( amarillo ) se queda en el papel de filtro y el líquido filtrado con el nitrato de potasio disuelto permanece transparente.

Sedimentación y Centrifugación.

Si la disolución anterior se deja reposar durante cierto tiempo, el nitrato de plomo se deposita en el fondo (sedimentación), pero si se introduce en una centrifugadora el nitrato de plomo se deposita en el fondo del tubo de ensayo en cuestión de segundos.

Extracción y filtración

Se puede usar el líquido no destilado de la primera práctica para extraer parte de los colorantes del vino usando carbón activo y a continuación se procede al filtrado del líquido. Se puede observar que se han absorbido parte de los colorantes del vino. Con un método menos rudimentario se podrían extraer prácticamente en su totalidad.



Decantación y extracción

Se intenta disolver una pequeña cantidad de yodo en agua. Resulta muy dificil de disolver puesto que el yodo es un compuesto apolar.

Se vierte la mezcla en un embudo de decantación y luego se añade tolueno. Se observa que la mayor parte del yodo se disuelve en el tolueno ( menos denso que el agua ). El tolueno al ser un disolvente inmiscible con el agua se puede separar fácilmente de ésta.

Cromatografía

Separación de los distintos componentes de una tinta.

Se procede a sumergir el extremo de un papel de filtro coloreado en un recipiente con alcohol, observándose como se separan los componentes de la tinta.

Separación de la clorofila de varias hojas de espinaca.

Se trituran varias hojas de espinaca y se sumergen en alcohol, para extraer su clorofila. Se sumerge el extremo de un papel de filtro y se puede observar como la clorofila asciende por el papel.

Cuarto día: Identificación de sustancias. 17 de abril de 2015

Hoy se estudian las algunas de las propiedades que sirven para identificar las sustancias.

Color, olor y combustibilidad.

Experiencia sencilla para identificar tres líquidos en tres botellas sin etiqueta ( agua, alcohol y aceite). Se puede comprobar que hay algunas propiedades que no sirven para identificar las sustancias , como la masa y volumen, pero otras si, como el olor, color y combustibilidad. La relación masa y volumen ( densidad) si sirve para identificar los líquidos.

Densidad.

Se mide la densidad de diferentes cantidades de sustancias, comprobando que no depende de la cantidad y se obtiene el mismo resultado para la misma sustancia.

Se estudia la flotabilidad de algunos objetos en agua, añadiendo sal en algunos casos, para estudiar su densidad .

Temperatura de ebullición

Se mide la temperatura de ebullición del agua y se comprueba que no depende de la cantidad de agua.

Para medir la temperatura de ebullición del alcohol se realiza calentando en un tubo de ensayo sumergido en agua, ya que es un líquido inflamable y sería peligroso calentarlo directamente.

Conductividad
Usando un circuito con una bombilla o un led, se comprueba que solo conducen la corriente eléctrica en estado sólido los metales y el grafito.

Se mide con un conductímetro apreciando muy poca conductividad en el agua destilada un poco en el agua del grifo y mucha en una disolución de agua con sal.

Se comprueba ahora con una pila y un led, que efectivamente, el agua con sal conduce la corriente eléctrica y también el agua del grifo, ya que tiene pequeñas cantidades de iones disueltos.

Sin embargo el agua destilada no conduce la corriente eléctrica.

Solubilidad .
No hubo tiempo de realizar ningún experimento de solubilidad de algunas sustancias en disolventes polares y apolares, se intentará hacer otro día.