comentarios sobre el discurso químico en la escuela

Segunda parte

Demostraciones y enseñanza de la química

"El aprendizaje y la transferencia a la vida diaria de un pensamiento disciplinado, objetivo y sanamente crítico es el mayor bien cultural que nuestros estudiantes deberían lograr en sus clases de ciencias."

Ignacio Burk

La Virtud estdm hacer de cada desaliento m peldaño de ascenso y de cada Vmiae'tón un impulso más.

Prólogo

Para comprender la química, es necesario conocer íntimamente los elementos y los compuestos que ellos conforman. Sin embargo, para llevar a cabo un experimento, un buen experimento, o una buena demostración, se necesita no sólo conocer los elementos y compuestos con los cuales se va a trabajar, sino su comportamiento, las precauciones y cuidados que se deben tomar con ellos y con el medio que los rodea. Un compuesto puede manifestarse peligrosamente en medio ácido y ser inocuo en medio básico; su comportamiento frente al calor puede ser explosivo o pasar frente a él sin presentar cambio alguno.

Vale la pena citar algunas de las palabras que R.T. Sanderson nos presenta en la introducción de su libro Periodicidad química. El nos comenta:"... muchas veces me he preguntado si no sería más provechoso para la civilización que los científicos hicieran un alto en sus investigaciones experimentales y se dedicaran durante uno o dos años a desentrañar el significado de los hechos ya descubiertos".

En el mundo actual la información se produce a una velocidad tal, que no alcanzamos a abrir un nuevo libro o a navegar en los nuevos campos del saber, cuando en

cualquier parte del orbe científico uno o varios investigadores ya nos están bombardeando con nuevas teorías, nuevos descubrimientos, nuevas técnicas, nuevas ideas que constituyen el fermento indispensable y deseado para acercarnos cada vez más a la explicación del comportamiento de la naturaleza. El desarrollo de la ciencia y el progreso de la humanidad, van de la mano.

Surge entonces la pregunta que desde hace mucho años, muchos educadores se han hecho: ¿qué enseñar? ¿cómo enseñar? ¿para qué enseñar?

Introducción

Antes de trabajar las demostraciones como elemento pedagógico para la enseñanza de la química, es oportuno hacer algunas reflexiones sobre la enseñanza de esta área del saber y en general de las ciencias naturales, así como de su importancia en la formación del futuro ciudadano.

La química estudia la naturaleza y sus transformaciones y como lo anota Hoffman (1) - Premio Nobel de Química 1985-: "...a cada cosa en este mundo, viva o no, le corresponde una estructura, es decir en últimas arreglos de átomos asociados en diferentes proporciones y distribuciones espaciales".

Este campo, sin duda, complejo e igualmente maravilloso no deja de asombrarnos cada día, cuando en el aula de clase nos adentramos con los alumnos en ese mundo que muchos han catalogado como mágico. Por trivial.

La Escuela de Atenas. Sala Rafael, El Vaticano.

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rutinario o familiar que parezca un fenómeno donde la química esté presente, es mucho lo que podemos explorar, reflexionar y analizar sobre él, y con dosis equilibradas de lógica, sentido común, imaginación y destreza manual podemos acercarnos a la naturaleza para pedirle, en formas muy particulares, pistas para explicarnos su comportamiento y así, progresivamente, superar dificultades y aclarar dudas, con la plena seguridad que aparecerán otras que nos impulsan a seguir en el camino.

El Premio Nobel citado hace un paralelo tomando como ejemplo el fresco de Rafael: "La Escuela de Atenas" que se encuentra en el Vaticano. "En esta obra Platón y Aristóteles caminan hacia el observador; la mano del primero apunta hacia el cielo y la del segundo hacia adelante paralela al suelo. Es un mensaje acorde con sus filosofías: Platón con su teoría geométrica de la materia y Aristóteles que vuelve la vista a la naturaleza".

En nuestro camino por las ciencias naturales debemos balancear adecuadamente estas dos formas de pensar y no podemos dar saltos; es necesario recorrer el camino propuesto paso a paso, debidamente analizados y comprendidos, para no encontrarnos con sorpresas cuando frente a una situación no manejemos los elementos mínimos para enfrentarla.

Hoffman cita al químico sueco Sture Forsén, quien para expresar su frustración por no haber podido observar las etapas o pasos intermedios en un proceso, trae a cuento el drama clásico de Hamlet: "es como si un espectador asiste a una representación drásticamente reducida de este drama y sólo le mostraran las primeras escenas del primer acto y la escena final. Se presentan los protagonistas, se baja el telón para cambiar de decorados y cuando sube el telón se ve un número considerable de cadáveres por el suelo del escenario y algunos supervivientes. No es tarea fácil para el inexperto la de descifrar lo que ha sucedido mientras tanto".

De esto podemos hacer una proyección al aula de clase, en el sentido de desarrollar el trabajo en ciencias naturales y en particular en química a través de procesos en los que con base en experiencias sencillas, lecturas y observaciones del medio se incentive la reflexión, el análisis y la discusión. Las actividades, por elementales que parezcan, constituyen un valioso material tanto para el proceso de aprendizaje como para la formación no sólo de los estudiantes, sino también del profesor y de la comunidad a la cual pertenecen.

Y hablando de situaciones del diario vivir, seguramente todos hemos sido testigos del comportamiento muy singular del agua: ver como los cubos de hielo flotan en el agua o recordar que el hundimiento del majestuoso trasatlántico "TITANIC" se debió a un inmenso bloque de hielo flotante (Iceberg). ¿Será que en nuestras clases hemos analizado este comportamiento? ¿Nos hemos preguntado cómo sería el mundo si el hielo fuera más denso que el agua líquida? ¿Habría esto modificado la historia de la humanidad? ¿Qué puede decir la química sobre este hecho? ¿Será que ese acomodamiento espacial del que habla Hoffman podrá resolvernos la inquietud?

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Analicemos la situación desde otra perspectiva (2). Por su estructura y propiedades el agua absorbe energía en la zona roja del espectro electromagnético (tema de ciencias naturales), es decir radiaciones de longitud de onda mayores de 7.500 A; por eso capas gruesas de agua (por ejemplo el mar) las vemos de color azul porque el ojo humano es sensible (detecta) radiaciones entre 4.500 y 7.000 A aproximadamente. Los astronautas nos cuentan que la Tierra la ven de color azul; pero nos hemos preguntado si nuestra visión fuera sensible a longitudes de onda mayores, digamos 14.000 A, ¿cómo veríamos la Tierra? Seguramente muy oscura por no decir que negra y no podríamos admirar la belleza de la fauna marina. Sería otro mundo.

Este es uno de los innumerables hechos o situaciones que podríamos analizar con los alumnos en la clase de ciencias y no contentarnos simplemente con "exigir" a los alumnos que se aprendan que el espectro visible va de 5.000 a 7.000 A, que varía del azul al rojo y dar como ejemplo el arco iris. ¿Pero esas características qué implican para el ser humano y en general para los seres vivos? Son ejemplo de reflexiones y análisis que deben promoverse en el aula para darle sentido al estudio de las ciencias naturales, llámese biología, física o química.

Pasemos a otro campo y veamos como se amplía rápidamente la variedad de temas de análisis. ENERGÍA, expresión que con seguridad oímos pronunciar varias veces al día en diferentes contextos; tan familiar para todos, pero al mismo tiempo poco entendida. Gracias a ella el hombre desarrolla numerosas actividades y la naturaleza realiza multitud de procesos; tantos que podríamos decir que la existencia de la humanidad depende de ella. Por ejemplo, en la práctica de los aeróbicos o el trote (tan común hoy en día para mantener ±a snueíay se genera energía en iorma u.e caior que pouriamos ua-mar metabólico. De acuerdo con estudios realizados que menciona (3), la generación de energía puede variar desde 292,6 kj/hr en la hora previa al desayuno, hasta 6.720 kj/hr durante una actividad física fuerte. La inquietud es: ¿tenemos idea de lo que indican estos números? ¿Son cantidades de energía pequeñas, grandes, muy grandes? Podemos ampliar aún más las inquietudes. Sabemos que el cuerpo humano debe mantenerse dentro de unos límites de temperatura, por tanto una cierta cantidad de ese calor debe disiparse. ¿Cómo se realiza esa disipación? ¿Qué ocurre si esta se suspende? Lo contrario puede suceder; el cuerpo humano puede perder energía a una mayor velocidad de lo que la produce. Hemos leído en las noticias sobre alpinismo, tema por demás didáctico e interesante, actividad en la cual a personas que permanecen expuestas mucho tiempo a bajas temperaturas lo primero que les afectan son las extremidades. ¿Por qué?

Para el hombre y en general para la sociedad la energía es fundamental, máxime si la asociamos con la velocidad de las reacciones químicas que la requieren o la producen; puede significar la vida o la muerte o que los procesos industriales sean productivos o no. Como se puede notar se ha introducido


otro aspecto definitivo en las reacciones químicas: la velocidad de reacción, que será objeto de análisis cuando se trabajen algunas de las demostraciones propuestas.

Podríamos seguir mencionando comportamientos de la materia, su descripción o explicación, que nos afectan directamente ya sea a nivel de nuestro organismo o de procesos naturales o creados por el hombre que de alguna manera influyen en el desarrollo de las comunidades: equilibrio, ácidos, bases, oxidación, reducción, catálisis, polimerización,...

Sin embargo, es oportuno llamar la atención sobre el manejo de esa avalancha de información que diariamente nos arrolla, para no caer en extremos como el mencionado antes de querer explicar una fenomenología, acudiendo a modelos de trabajo generados por las investigaciones de punta, dejando de lado el real objetivo de nuestro trabajo pedagógico.

La lectura No. 1 "LA VIDA SUTIL. Un imaginario diálogo con una no tan sutil moral", presenta el encuentro de dos científicos alrededor de una situación de la vida diaria. De esta lectura son muchas y variadas las conclusiones que podemos plantear.

Continuando con las reflexiones debemos introducir otro elemento importante: la curiosidad. En el estudio de las ciencias naturales y en particular de la Química, este elemento juega un papel importante, sin embargo, esta virtud tan propia de los niños pequeños, se va perdiendo a medida que se hacen adultos, situación que algunos estudiosos del problema atribuyen a vicios del proceso educativo.

La lectura No. 2 presenta unas cortas reflexiones del científico Cari Sagan en su libro El mundo y sus demonios. La ciencia como una Euz en la oscuridad (4).

Pero no son pocos los estudiantes a quienes basta una pequeña ayuda, un "empujoncito" para despertar esa virtud adormilada. Se encuentran con frecuencia jóvenes que gozan mezclando reactivos para ver qué sucede, aun corriendo riesgos innecesarios. Uno de los muchos casos lo menciona Malcom Oliver (5 ) : "Un día un joven trabajando a ser científico encontró dos reacciones muy particulares que pueden dar lugar a una excelente discusión:

a) Reacción entre soluciones acuosas de sulfato de cobre (II) y carbonato de sodio.

b) Reacción entre soluciones acuosas de sulfato de cobre (II) y bicarbonato de sodio.

Dos reactivos tan similares tienen dos formas de reaccionar diferentes: el primero produce un precipitado azul y el segundo produce una efervescencia y un precipitado azul claro".

Indudablemente estos dos sistemas nos pueden dar base no sólo para una discusión teórica, sino para identificar características de las dos sustancias. Algo tan sencillo de realizar y tan de bajo costo puede abrir un gran

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panorama de trabajo: soluciones, concentración de soluciones, pH, antiácidos, hidrólisis, solubilidad, reguladores de pH con extensión a sistemas biológicos.

A lo anterior podemos adicionar otra forma de ver la química: "el encanto de las reacciones químicas" y como escribe Ramette (6), podríamos usar el término "reacción EXOENCANTADORA". Sin lugar a equivocarnos es posible afirmar que todas las reacciones lo son, pero está en manos del profesor hacer que las que se trabajen generen el máximo de encanto. Por considerar que el proceso de aprendizaje de las ciencias y en especial de la química, ese encanto juega un papel determinante, transcribimos las cuatro consideraciones que hace el autor citado sobre el encanto de las reacciones químicas.

la. Cualquier cambio químico, especialmente los que son termodinámica y cinéticamente espontáneos, es un producto en potencia de encanto y puede decirse que tiene una cantidad indefinida de encanto latente.

2a. Cuando la reacción química ocurre, la fracción de ese encanto latente producida depende directamente de la forma, ambientación (contexto) y técnica de quien presenta o ejecuta la experimentación.

3a. La fracción de encanto producida que es asimilada depende directamente de la preparación conceptual y sicológica de la persona (estudiante) que está presenciando la experimentación.

4a. El encanto no se conserva en el proceso de "transferencia" puesto que cada espectador (o participante) lo toma de acuerdo con su motivación e interés.

En estos cuatro enunciados están consignados aspectos fundamentales que como profesores debemos tener siempre en mente: la experimentación, así sea a nivel demostrativo, es definitiva para el trabajo de aula de clase, pero debe ir acompañada de las bases conceptuales necesarias y de sentido (significación) para el alumno. No es conveniente trabajar con sistemas que únicamente existen en el papel, exploremos alrededor nuestro y allí encontraremos una fuente muy rica de inspiración para la planeación y desarrollo de nuestro trabajo.

El autor termina con una reflexión: "no se busca que el profesor sea un payaso en el aula de clase, o que una muy diestra demostración conduzca a desarrollos profundos de la química. Una buena demostración no solamente da sabor a la clase, sino que ayuda a trabajar principios y construir conocimiento teórico y experimental que acerca la química a la realidad y la hace menos abstracta".

En este sentido los proyectos del Museo de la Ciencia y el Juego de la Universidad Nacional y MALOKA, buscan acercar la ciencia a la comunidad a través de la observación de experiencias y participación activa en algunas de ellas.

¿Cuál es entonces la tarea del profesor? Al respecto Coll (7) escribe: "La tarea del profesor es el diseño y desarrollo del proceso de aprendizaje, tenien-


do en cuenta que las situaciones escolares de enseñanza - aprendizaje suponen un propósito, una intencionalidad en la que se pretende influir sobre el aprendizaje de otras personas en un determinado sentido, con unas ciertas metas. No hay neutralidad cuando se pretende facilitar algunos aprendizajes y no otros, cuando se delimita qué es lo que hay que aprender y cómo hay que aprenderlo. La educación como sistema socializador busca promover el desarrollo de las personas mediante la adquisición de una forma de pensar y de actuar y que el aprendizaje espontáneo no puede asegurar".

¿Qué camino se puede tomar? Depende del nivel de los alumnos, de la temática, de qué se espera que el alumno aprenda y para qué. Pese a la complejidad de la situación se pueden plantear acciones y procesos que permitan el tratamiento de los temas con elementos que contribuyen a la formación del estudiante, entendido como el manejo de conceptos y sus relaciones que lo capacitan para enfrentar los problemas del medio en el que se desenvuelve.

Tales acciones y procesos son variados y se asocian o mejor aún, se someten con mucha frecuencia al modelo pedagógico de moda y en su aplicación se llega hasta dejar de lado la lógica misma de la temática que se trabaja.

El llamado conocimiento científico se ha generado gracias al espíritu inquieto de muchas personas, que con los fundamentos necesarios, creatividad e ingenio han desarrollado modelos explicativos y construido teorías para "dar razón" de los comportamientos de la naturaleza. Pero en el proceso de aprendizaje no se debe buscar recorrer paso tras paso, en unas pocas horas, lo que a muchos les ha tomado años de dedicación; se propone trabajar con experiencias contextualizadas, con un mínimo permisible de significación y que le de al profesor y estudiantes la oportunidad de acercarse a aspectos específicos básicos en el devenir de la ciencia (química) y su influencia en el desarrollo de los pueblos a nivel individual y colectivo.

Como escribe C. Sagan (8): "La Ciencia es parte integrante de la humildad. Los científicos no pretenden imponer sus necesidades y deseos a la naturaleza, sino que humildemente la interrogan y se toman en serio lo que encuentran".

Por esto se insiste que la química, como área del conocimiento con un altísimo componente experimental, debe tener como base para su aprendizaje la experimentación, sea esta realizada por los alumnos o por el profesor como demostración, para así generar objetos de estudio que debidamente analizados, discutidos y contextualizados sean un real aporte a la formación del aprendiz.

Como se mencionó antes, la demostración es una herramienta valiosísima para el proceso enseñanza-aprendizaje y debe integrar algunos elementos mínimos y sus relaciones que podemos resumir así:

• La demostración debe poder ser objeto de discusión por los estudiantes con la debida asesoría del profesor.


La demostración debe abrir posibilidades de exploración ya sea teórica (consulta bibliográfica), práctica (diseño de experiencias complementarias) y de aplicación, identificando aspectos de la vida diaria donde los principios y conceptos se cristalizan en constructos explicativos sobre el comportamiento de la naturaleza o de las realizaciones concretas del hombre que podemos integrar con la palabra desarrollo. Los elementos mencionados están íntimamente relacionados y se re-troalimentan mutuamente.

Theodore Miller (9) resume lo expuesto en el siguiente gráfico:

Las demostraciones o trabajos experimentales diseñados para el trabajo con los alumnos dan lugar a que este modelo, u otro similar, pueda trabajarse eficientemente con una amplia variedad en el aspecto temático.

Como lo menciona el autor citado, en cualquiera de las intersecciones de estos tres elementos puede hacerse evidente la creatividad, el análisis e identificación de variables, establecer relaciones e integrarlas al marco conceptual general de referencia, para finalmente complementar la contextualización. Una forma de representar el proceso completo es:

morco conceptual de referencia

Contexto


Se debe destacar aquí la importancia de lo que se ha llamado marco conceptual de referencia (red conceptual) que da sentido y lógica al desarrollo de una temática determinada.

Al respecto en documentos del proyecto IRES (10) se hace mención a la importancia de estos marcos conceptuales de referencia y al respecto anotan: "En estos marcos conceptuales se ubica una población de conceptos y de relaciones que permiten el manejo coherente de los conceptos objeto de estudio, sin ser una camisa de fuerza, por el contrario son sistemas flexibles para interpretar una realidad y permitir el procesamiento de la información. Dentro de esta población se identifican conceptos estructurantes que actúan como nodos de la trama y que hacen posible el establecimiento de relaciones con otros conceptos. Otros actúan como nociones puente entre distintos campos o disciplinas (nociones metacientíficas- metaconceptos) como espacio, tiempo, sistema, organización, cambio, interacción. Son elementos de un lenguaje común a distintos ámbitos del saber que con frecuencia ignoramos y pueden ser el origen de problemas de aprendizaje de los alumnos".

"La flexibilidad de estos marcos de referencia (pueden estructurarse varios alrededor de una temática dada) hacen posible establecer relaciones y construir progresivamente modelos interpretativos del mundo, definiendo la realidad de acuerdo con sucesivos niveles de formulación. Como puede verse, con base en ellos se pueden planear diferentes caminos de aprendizaje, pero su recorrido no es necesariamente secuencial; en la práctica real hay avances, retrocesos, saltos, procesos simultáneos, cambios lentos. Son sin embargo más que una herramienta de trabajo, una condición necesaria para el desarrollo de un proceso enseñanza-aprendizaje".

Por esto, en un cierto número de las demostraciones o trabajos de laboratorio propuestos, se estructura un marco de referencia (de los varios posibles) que puede mostrar posibilidades de trabajo conceptual alrededor de una experiencia.

Otro aspecto determinante en el proceso de aprendizaje es el entender y manejar los modelos explicativos, básicos para el desarrollo de las ciencias naturales y en especial de la química.

Es común que los alumnos apliquen la ecuación PV = nRT para resolver un ejercicio, pero sin tener claridad y aún desconocer en qué consiste el modelo cinét ico-molecular del es tado gaseoso o qué se en t iende por comportamiento ideal de una muestra gaseosa. La situación no es fácil de manejar y con frecuencia, en aras de la sencillez, se trabajan los modelos a un nivel de simplificación tal que se distorsiona su sentido. Es en este punto donde el trabajo conceptual es definitivo y debe reforzarse para no caer en procesos puramente mecánicos donde mediante la aplicación de algoritmos se resuelven ejercicios, mas no se resuelven problemas y mucho menos se desarrollan procesos de análisis y discusión.


Cuando se pide a los estudiantes representar un sólido, un líquido y un gas, nos encontramos con respuestas como las siguientes (11):

sólido líquido gas

donde claramente se puede evidenciar que los alumnos no manejan, así sea a nivel elemental, el modelo corpuscular de la materia y mucho menos la interacción entre las partículas constitutivas que generan las características propias de cada uno de los estados de la materia.

La situación es aún más crítica cuando se trabajan cuantitativamente las transformaciones de la materia (relaciones en masa de las reacciones químicas), porque a ella se integran modelos sobre estructura de la materia, relación entre las unidades constitutivas de la materia, escala relativa de masas y el manejo matemático que permite cuantificar el proceso químico. Aquí se amplía significativamente el número y complejidad de los conceptos que se deben relacionar y que en apariencia se simplifican mediante la aplicación de algoritmos para resolver ejercicios que se proponen, pero no hay claridad sobre la razón del procedimiento por seguir.

Algunos textos usan el método del "análisis dimensional" para la solución de ejercicios, que consiste en organizar las magnitudes y unidades correspondientes de tal forma que al final se obtenga un resultado numérico con las unidades correspondientes, pero sin estar conscientes del porqué del procedimiento; se va en busca de un resultado, llegándose al caso de obtener un valor numérico que no tiene sentido en el contexto planteado y cuando se interpela al estudiante sobre ese resultado simplemente responde "eso fue lo que dio". No se manejan los elementos que influyen en el sistema que se está trabajando, ni sentido sobre la magnitud de los factores que se relacionan para encontrar el resultado.

Todos estos aspectos se deben tener en cuenta en la contextualización de los conocimientos como factor importante en el proceso de aprendizaje. Esta contextualización puede interpretarse de diversas formas, pero en un sentido amplio puede tomarse como lo plantea Granes y Caicedo (12): " El conocimiento solo cobra significado por referencia a los entes sociales y culturales que lo producen y apropian". Es decir que en tanto el conocimiento permita analizar e interpretar sucesos del medio social y cultural, tanto más sentido tendrá su estudio para el alumno. No se pretende que todos y cada uno de los


aspectos trabajados en el aula deban ser contextualizados; es el profesor quien tiene en sus manos la decisión sobre qué trabajar, cómo trabajar y para qué; es el puente para realizar el proceso, distinguiendo claramente el contexto propio de la temática (marco conceptual) y el contexto cultural y social donde tal temática tiene un rol de significación.

En general lo que se ha hecho hasta el presente es repetir una serie de conocimientos que supuestamente están decantados y contextualizados en los textos de estudio, olvidando un aspecto muy importante: la diversidad de la población estudiantil, inclusive dentro de un mismo curso.

Una forma de trabajo que puede aplicarse con un buen número de temáticas es la de abordar el estudio de los conceptos desde experiencias hasta trabajos concretos: experimentos, lecturas, películas, demostraciones, que analizadas mediante el manejo de los conceptos y las relaciones propias de la disciplina y en aquellas que le sirven de apoyo o complementación, permiten identificar aspectos de la vida, donde los conceptos trabajados y sus relaciones tienen incidencia a nivel personal, familiar o social. En otras palabras, la contextualización no es simplemente hacer referencia a situaciones del entorno cuando se trabaja una temática determinada; debe ir más allá en el sentido de relacionar la temática con implicaciones ya sean personales, de la familia, de la comunidad y en general de la humanidad.

Por ejemplo, las soluciones son tema del programa de química que por lo general se trabaja desde el punto de vista de unidades de concentración y los ejercicios correspondientes. Pero fuera de la escuela encontramos las soluciones a cada momento: gaseosas, jugos, limpiadores, detergentes líquidos, café soluble,... Igualmente cuando en el supermercado o tienda de la esquina se compra un concentrado para preparar refrescos, galletas, leche en polvo y se lee la etiqueta que identifica el producto: se encuentra una composición. Nos hemos preguntado alguna vez si preparo un vaso de ese refresco siguiendo las instrucciones o me como medio paquete de galletas, ¿qué clase y cuánto de cada componente estoy introduciendo en mi organismo? ¿Es provechoso o me puede perjudicar? Además, nos hemos preguntado o conocemos el significado de unidades que aparecen en la etiqueta como: p.p.m. (partes por millón), g/100 mL; mg/100 mL; mg/lOOg (porcentaje) o mg/mL. Todo tiene que ver con composición no solo de soluciones, sino de mezclas en polvo o productos elaborados.

Es posible ir más allá, preguntándonos: ¿En qué otros campos de la actividad del hombre se hace uso de estas relaciones u otras similares? ¿Las elaboraciones y conclusiones del análisis de una determinada red conceptual (en nuestro caso composición) se usan o son importantes en un contexto fuera del originalmente tratado? Si observamos a nuestro alrededor tenemos ejemplos: contaminación ambiental, productos farmacéuticos, combustibles, alimentos procesados, entre otros, que tienen que ver directamente con la vida diaria de las comunidades.

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Si bien es cierto que partir de lo concreto es un forma útil de trabajo en el aula de clase, debe estar acompañada de un elemento fundamental. Al respecto J. Dudley Herrón citado por Michale Roadbruck dice: "el trabajo con experiencias concretas da la posibilidad de hacer, tocar, oler, ver, manipular materiales y montajes que nos llevan a mostrar la importancia de los conceptos. Pero las experiencias concretas no son útiles si los estudiantes que tocan, huelen, ven, manipulan,... no se inducen permanentemente a pensar sobre lo que están haciendo y se desarrolla el proceso educacional promoviendo el debate de ideas, sopesando las evidencias y haciendo énfasis en que los hechos observados son elementos que llevan al desarrollo del pensamiento formal".

Como conclusión a estas reflexiones podríamos tener en cuenta una última que hace Cari Sagan (13): "Si un ser extraterrestre hiciera un examen de lo que presentamos principalmente a nuestros hijos en televisión, radio, cine, periódicos, revistas, muchos libros, podría llegar fácilmente a la conclusión de que queremos enseñar asesinatos, violaciones, crueldad, superstición, credulidad y consumismo. Insistimos en ello y, a fuerza de repetición, por fin muchos de ellos aprenden. ¿Qué tipo de sociedad podríamos crear si, en lugar de eso, les inculcáramos la ciencia y un soplo de esperanza?", y continúa: " Para encontrar una brizna de verdad ocasional flotando en un gran océano de confusión y engaño se necesita atención, dedicación y valentía. Pero si no ejercitamos esos duros hábitos de pensamiento, no podemos resolver los problemas realmente graves a los que nos enfrentamos... y corremos el riesgo de convertirnos en una nación de ingenuos, un mundo de niños a disposición del primer charlatán que nos pase por delante".

Bibliografía 1. R. Hoffman, "¿Cómo deberían penar los químicos?" Investigación y Ciencia, abril,1993,

págs.43 y 46. 2. G.R. Choppin. Chemistry, marzo, 1965, págs. 7-11 3. D.E. Bas y Ch. E. Carraher Jr., J. Chem. Educ, 1972, 49,112-13. 4. C. Sagan,"£Z mundo y sus demonios". La Ciencia como una luz en la oscuridad, Trad.

Dolors Udina, Edit. Planeta, Bogotá,1997, pags.347-9. 5. M. Oliver, /. Chem. Educ, , ,504. 6. R. W. Ramette, J. Chem. Educ, 1980, 57, 68. 7. Coll, C, citado en Proyecto IRES II. El Marco Curricular, Sevilla,1991. 8. C. Sagan, Op. cit., pag 51. 9. Th. Miller, J. Chem. Educ.,1993, 70,187. 10. , Proyecto IRES IV. Investigando Nuestro Mundo, Sevilla, 1991 11. A. Pérez, "Programa RED. Informe de aplicación proyecto de aula", Colegio Juan

Pablo II, Villavicencio, 1995. 12. J. Granes, L.M. Caicedo,"La Educación como Recontextualización. Un punto de

vista sopbre la Educación de Educadores", Dpto. Física U. Nacional, Bogotá, 1998. 13. C. Sagan. Op. cit., pág 58.


Investigar es fácil Antes de incursionar en algunos aspectos de la química, es oportuno hacer un último paréntesis para reflexionar sobre una actitud que, explícita o implícitamente, debe estar presente en nuestro quehacer diario como educadores y con gran énfasis si estamos trabajando con una disciplina como la química: la actitud investigativa. En el campo que nos ocupa (educación) no tiene como meta generar avances tecnológicos o conocimiento de frontera o punta (como se dice en el argot contemporáneo); simplemente tiene como objetivo contribuir a la formación de los individuos de una sociedad cada día más compleja y hasta cierto punto caótica. Ante esta perspectiva C. Sagan anota que la atención, la dedicación y la valentía son características fundamentales, que deben tener los miembros de la sociedad para resolver las situaciones de cualquier tipo que se le presenten, y es en este punto donde la formación en ciencias naturales y en especial en química juega un papel preponderante, porque su estructura, desarrollo y aplicación tiene como motor la investigación, vista como el conjunto de actitudes y acciones que nos permiten identificar, trabajar e intentar dar respuesta al sinnúmero de interrogantes y situaciones que a diario se nos presentan.

¿Peto investigar es fácil o difícil?

Independientemente de la complejidad de la temática que se trabaje, un aspecto importante por tener en cuenta es la disposición de los individuos para realizar este tipo de actividad, además, de algunas actitudes o características que los deben acompañar en este proceso. Esta es la razón de los comentarios que se presentan a continuación, donde de manera sencilla se muestra uno de los tantos caminos para llegar, sin traumatismos ni estrés, a investigar.

La palabra investigación y lo que ella representa la encontramos hoy en día en una amplia variedad de contextos y situaciones, en las que profesionales, profesores, estudiantes o simplemente ciudadanos, sin proponérselo y aún sin darse cuenta, la realizan como algo natural, sin sobresaltos, sin temor y más aún con gusto.

Así como podemos referirnos a los siete días de la semana, a los siete pecados capitales, a Blanca Nieves y los siete enanitos, a los siete planetas, a las siete maravillas del mundo, a los siete..., nos vamos a referir a los siete pasos del proceso de investigación vistos como las actitudes y acciones que el investigador posee y realiza. Cada uno de ellos es diferente, si alguno falta se rompe la armonía que como conjunto presentan. El número siete es considerado como un número cabalístico, de buena suerte, mágico y a él hemos acudido para presentar los pasos que vamos a seguir para lograr los resultados, sin necesidad de sufrir, haciendo amena y agradable nuestra labor dentro de una investigación. Es necesario aclarar que no es el único camino para se-


guir, es un punto de partida y usted apreciado lector puede reordenarlo, complementarlo, ampliarlo; lo más importante es seguir el camino para llegar a la meta esperada.

observar, consultar, experimentar, vigilar, concluir, divulgar y descansar

Desde la antigüedad las interpretaciones a los fenómenos de la naturaleza han contribuido al desarrollo de la humanidad, pero también han llevado a mantener un error o duda por mucho años, o a obstaculizar la búsqueda de la "verdad". Por ejemplo, la teoría aristotélica sobre la quinta esencia, el movimiento de los astros, la búsqueda de la piedra filosofal o del elíxir de la vida se mantuvieron por muchos años, pero gracias a ellos se generaron estudios que día tras día se fueron incrementando, lográndose nuevos descubrimientos, salir de dudas y crear otras; todo ello gracias a la paciente tarea de hombres y mujeres con espíritu investigativo. Tal vez lo más hermoso que tienen las ciencias naturales es que en una misma disciplina se puede encontrar un sinnúmero de opciones generadoras de enfrentamientos científicos que han contribuido al enriquecimiento de nuestra visión del mundo. Uno de los ejemplos más significativos es el estudio que condujo al descubrimiento de nuevos elementos químicos, que en el año 1869 D. I. Mendeleyev había sugerido que existían y dejó la inquietud científica de su existencia, pero no logró demostrarla. Cincuenta y más años se necesitaron para encontrarlos dando lugar al nacimiento de una carrera en busca de los elementos "artificiales"; hoy en día hemos llegado al elemento 114 y los grupos de investigación siguen recorriendo el camino marcado por Mendeleyev.

Podemos iniciar el recorrido con la máxima virtud que debe tener el asiduo visitante de un laboratorio o el ciudadano común: es el espíritu de OBSERVACIÓN. La apreciación de un color, la producción de un gas, el cambio de temperatura en el reactor o tubo de ensayo, un ruido casi imperceptible, el olor que muy tenuemente nos llega, pueden dar pistas para resolver un problema. En el estudio de las ciencias, en nuestra labor diaria y en nuestra propia vida, convivimos permanentemente con la naturaleza. La mayoría de los fenómenos que observamos en el aula de clase, llámese laboratorio, invernadero, anfiteatro, salida de campo, oficina, fábrica u hogar, los podemos explicar sabiendo interpretar la

naturaleza; así la comprendemos cada vez más y de paso ganamos en conocimiento.

Cuando en un laboratorio varios "investigadores" se encuentran resolviendo las mismas inquietudes, en situaciones semejantes, posiblemente obtendrán como mínimo una observación diferente. Los mejores resultados


se logran cuando se presenta la mayor posibilidad de comparación con el mayor número de pares; el trabajo individual puede conducir a errores que se aceptan como verdades y a no ver con otros ojos los resultados de un experimento.

El investigador debe ser por naturaleza un verdadero detective; los buenos resultados se logran cuando no se permite "que el más mínimo detalle pase desapercibido", protegiendo así la honestidad en los resultados. Es muy difícil observar lo que realmente sucede, aislándose de lo que se desea o piensa que podría ocurrir.

Si nuestra observación nos lleva a entrar en el mundo de la fantasía, el de la ciencia ficción; a entrar en un lugar más allá del que estamos acostumbrados, estamos investigando. Veamos un par de ejemplos sobre científicos detectives e investigadores. SherlockHolmes, quien en más de una ocasión le dice a su fiel ayudante, cuando éste le comenta por qué él no puede resolver con ese lujo de detalles un caso: "usted ve, pero no observa". Otro ejemplo lo encontramos en la competencia entre el detective Jack Doheny y el profesor de química orgánica Brade, que Isaac Asimov nos narra con lujo de detalles en su libro Soplo Mortal. En él, el profesor Brade, apoderándose del rol de detective, logra la grata satisfacción de aceptar que ha logrado descifrar la muerte de su alumno de posgrado, gracias a su labor detectivesca.

Identificado el problema por resolver y teniendo en cuenta sus elementos básicos es necesario CONSUUAR, para ampliar y profundizar nuestra base de trabajo. Esta etapa es primordial para el éxito del trabajo, porque la extensión, calidad y pertinencia de la consulta bibliográfica está en relación directa con el éxito de la investigación. Hoy en día consultar ya no es ir a la biblioteca y viajar por los anaqueles llenos de libros, enciclopedias y revistas o acudir al profesor conocedor del tema; es recurrir a las nuevas tecnologías y viajar por los sitios más increíbles por INTERNET. Luego viene la experimentación. Pero ¿qué es experimentar?

EXPERIMENTAR es ir más allá de lo cotidiano, es colocar al servicio de la investigación nuestros cinco sentidos, acompañados con "la malicia indígena". Es oir el "grito del estaño", ver "la lluvia de oro", olfatear el inconfundible "espíritu etéreo", palpar la "suave textura del papel artesanal" o sentir la presencia de "la pompa gigante de jabón", gustar el "dulce sabor de la mandarina o el ácido del limón". Es hacer, producir, pensar, crear, comparar, reproducir, analizar, buscar la causa y el efecto, anotar y notar que no todo ocurre en un recinto cerrado. La experimentación no tiene lugar, tiempo o espacio.


Ser original es el oficio del investigador. "Su celo profesional consiste en VIGILAR rigurosamente la conquista de la auténtica e indiscutible originalidad, gracias a un fatigoso trabajo de verificación". En el investigador su conciencia vigilante no puede ceder ante los "cantos de sirena" que lo impulsan a pasar por alto y dejar de lado lo que ha observado, consultado y experimentado, y menos aún acudir a lo no observado por el solo placer de ampliar sus publicaciones y exposiciones o quedar bien ante su profesor y compañeros. Es necesario estar atento y vigilante en todo el proceso investigativo; cualquier omisión puede desviarlo por caminos que más tarde es necesario volver a recorrer hasta su origen para tomar el rumbo adecuado.

Todo proceso de indagación llega a la etapa de decisiones, cuando se considera que la información recopilada, deb idamente clasificada y analizada, permite plantear CONCLUSIONES. Estas pueden ser juicios de valor, explicaciones o descripciones sobre el comportamiento del objeto de estudio, a la luz de las variables o parámetros identificados y sus relaciones, y que no eran conocidos por el "investigador", sea éste una persona común, un estudiante, un profesor o un científico de muy alto nivel. Estas conclusiones deben ser conocidas por los pares correspondientes de acuerdo con el

nivel y objetivo del proceso investigativo. En el ámbito de la escuela se dispone de variados pares; profesores, compañeros, familiares y aún los miembros de la comunidad, y mediante una adecuada comunicación, son ellos quienes deben compartir el resultado del trabajo realizado.

DIVULGAR. Comunicar en el mejor sentido de la palabra, es llegar por los medios que sean necesarios a compartir las actividades realizadas. En el transcurso de la investigación esta etapa es por demás fundamental; se hace imperioso dar a conocer lo alcanzado a los colegas, compañeros, ellos son los primeros jueces de la acción llevada a cabo. El escritor Óscar Collazos refiriéndose a los símbolos del profesor Antanas Mockus, nos induce a reflexionar cuando dice: "El borbotón de ideas edificantes que podría salir de su cabeza, se enre-


da en el camino porque tropieza con un lenguaje que no alcanza a expresarlas". Igualmente, acude a un gran filósofo con la siguiente cita: "Todo aquello que puede ser dicho puede decirse con claridad; y de lo que no se puede hablar, mejor callarse".

Cada investigador tiene su propia manera de divulgar los resultados de su trabajo: algunos llegan con mayor facilidad por medio de la palabra, otros por medio del discurso escrito y no falta quien logra expresarse mejor por medio de los símbolos o parábolas. Lo importante es llegar al núcleo donde se desea, es hacerse entender y compartir la experiencia adquirida en la Investigación; servir de imagen para futuros investigadores. Los seminarios, congresos, coloquios, mesas redondas son espacios donde sólo algunos científicos pueden exponer sus logros; para otros es más importante la actividad pedagógica en grupos pequeños, en los cuales muy posiblemente estará el multiplicador de sus ideas.

DESCANSAR. Qué difícil es saber hacer uso del tiempo libre, del mal llamado tiempo de ocio de las vacaciones anuales. Existirá algo más agradable, después de un arduo trabajo que viajar a la oscuridad de las "cuevas de los guácharos", extasiarse con la imponencia de los "nevados del Ruiz, Huila, Tolima o del Cocuy", perderse en la historia de la zona arqueológica de San Agustín, La Ciudad Perdida o Inzá; vivir en la Gran Ciudad el Festival Internacional de Teatro, ya sea en el gran auditorio, en el

parque o en la calle o, por qué, no gritar con toda el alma el nombre de su selección o de su equipo amado, por ejemplo "Milloooos", nombre que reúne el egocentrismo propio de los investigadores "mi" y "yo".

Si bien el "investigador" debe compenetrarse, hacer suya la situación que aspira resolver o explicar, esto no quiere decir que debe dedicar 20 horas al día a su labor, ni dejar a un lado la salida de descanso o "guardar las vacaciones p rogramadas para otra oportunidad". Lo fundamental es que se trabaje con dedicación y atención en los espacios y tiempos programados. Retomamos aquí el encabezamiento de esta parte reiterando que investigar es:

DESCANSAR

CONCLUIR

OBSERVAR -

I N V ES S T i

G F Á C I t

R

CONSULTAR

EXPERIMENTAR

VIGILAR


Finalmente, meditemos las siguientes palabras que se refieren al más grande de los investigadores: "Si Dios creó el mundo en seis días y descansó el séptimo, yo que soy hecho a su imagen y semejanza por qué no".

En las reflexiones planteadas sobre la enseñanza de las ciencias y particularmente de la química, en primer lugar se analizó brevemente la demostración como una de las herramientas para el trabajo de aula y, en segundo lugar, se complementó con la perspectiva investigativa, entendida como la actitud por promover en la formación de los niños y jóvenes. A continuación se desarrollan, a manera de ejemplo, demostraciones que se han trabajado con profesores de educación básica y media y con estudiantes de tercero y cuarto semestre de la Carrera de Química, como trabajo libre en los cursos de química inorgánica I y II.

Cada una de las demostraciones desarrolladas tiene un contexto general, uno específico directamente relacionado con la temática disciplinar, una propuesta de trabajo experimental, un análisis de las observaciones, un tema objeto de reflexión, relacionado con la demostración y, finalmente, una propuesta de red conceptual. Cabe anotar que la riqueza de las demostraciones es variada y, por tanto, una misma demostración puede abordarse desde diferentes puntos de vista y con diferentes objetivos. Lo importante, y es la intención, es llamar la atención del lector sobre las potencialidades pedagógicas del trabajo experimental en química; no es hacer una experiencia porque el libro de texto la propone; antes de aplicarla el docente debe realizarla, analizarla, ubicarla en un contexto con sentido para sus alumnos y si es el caso replantearla para que sea trabajable de la forma más espontánea y amena en el aula de clase, pero siempre con la meta de promover en el alumno el desarrollo de una serie de actitudes y destrezas, que contribuyen a su formación como ciudadano, con una cultura general en ciencias, que le aporta elementos para tomar decisiones cualquiera que sea su actividad en la comunidad.

Los dibujos fueron tomados de la revista Selecciones de Reader Digest, 1942.

76 Comentarios sobre ei discurso químico en la escuela

Solubilidad

Un día como hoy comprendí aquello que te he contado un centenar de veces, que no hay nada equivocado en el mundo. La equivocación está en nuestra manera de contemplarlo

Henry Miller

Cuando oímos hablar de solubilidad, asociamos el fenómeno con hechos que nos son familiares porque los observamos todos los días.

En la mañana, cuando preparamos el café o una infusión de té o hierbas aromáticas, algo pasa al agua, cuando endulzamos el jugo, el azúcar se reparte por el líquido y cuando lo tomamos detectamos su efecto.

Tanto en el café como en el té y el jugo, hemos dispersado algo en el líquido: algunos componentes del café o del té y el azúcar. Pero después de adicionados al líquido no los vemos separados del conjunto, apreciamos el sistema homogéneo. ¿QUE PASO? Casi instintivamente respondemos: componentes del café, del té y el azúcar se DISOLVIERON en el agua y por lo general no vamos más allá de esta apreciación.

Pero una persona inquieta puede sorprendernos con preguntas como: ¿hasta dónde puedo DISOLVER cosas en el agua? o ¿por qué en el fondo del recipiente del jugo observo un residuo de azúcar que no se disolvió? Si queremos responder a estos interrogantes tendremos que adentrarnos cada vez más en ese fenómeno maravilloso de la SOLUBILIDAD que, sin temor a equivocarnos, podemos afirmar que es indispensable para la existencia de la vida.

Pero nos veremos en situación más comprometida cuando nos pregunten: ¿Los gases son solubles? ¿Qué tanto? Tal vez lo primero que se nos ocurrirá será volver a nuestra vida diaria y buscar afanosamente un hecho que nos permita dar una respuesta adecuada: una gaseosa, cuando la destapamos, vemos salir burbujas, y si es una cerveza veremos la formación de espuma. ¿Qué pasa? Muy sencillo: el dióxido de carbono (COz) disuelto en el agua de la gaseosa o la cerveza no puede salir porque en el interior de la botella hay una alta PRESIÓN; al destaparla la presión baja y parte del gas disuelto se "libera".

Pero la situación puede complicarse aún más si la pregunta es: ¿qué tanto poder o capacidad tiene el agua para disolver los gases? Para responder tendremos que ampliar la visión de las soluciones y con seguridad respondemos: varía de un gas a otro. Así, los componentes del aire (nitrógeno, oxígeno, neón,, argón,...) son muy poco solubles, pero otros como el amoniaco lo son en alto grado, tanto que podemos mostrar el efecto causado por esa gran capacidad que tiene el agua para disolverlo, realizando dos sencillas experiencias.


Estas experiencias o demostraciones se han reportado en la literatura con el uso de montajes diversos. Algunas de las referencias se citan al final de la demostración y en esta presentación las ampliaremos con una propuesta de utilización para el desarrollo de los conceptos de solución y solubilidad.

Para darles un nombre que refleje lo que se va a ver llamaremos a la primera LA FUENTE DE AMONÍACO y a la segunda LA BOTELLA CAPRICHOSA.

¿Qué necesitamos? Podemos emplear desde materiales propios de un laboratorio de Química (Método 1), hasta elementos de fácil consecución (Método 2). Veamos cada uno de ellos.

Método 1

Materiales. Balón de fondo redondo de 250 mL, dos tapones de caucho (uno horadado), tubo de vidrio de 2 a 4 mm de diámetro, vaso de precipitados de 400 mL, jeringa desechable de 10 mL con aguja, soporte de hierro, pinza para sujeción.

Reactivos. 50 mL de solución concentrada de amoníaco (25%, d = 0,92 g/mL), solución alcohólica de fenolftaleina y agua.

Procedimiento. Los elementos que conforman el montaje se muestran en las Figuras 1 a 4 y se procede de la siguiente manera:

a)

b)

Al balón seco se adicionan 20 mL de la solución concentrada de amoníaco, se tapa y agita con movimientos circulares suaves, sujetando el tapón para evitar que sea proyectado por la presión interna en el balón (Fig. 1).

non

--Papón

N

Solución acuosa de amoníaco Figura 1

Se tiene listo el conjunto del tubo de vidrio, tapón y la jeringa llena de agua (Fig. 2) y el vaso de 400 mL con agua (Fig. 3), a la que se han adicionado una gotas de fenolftaleina.

Voso

Figura 2

Agua + indicador

Figura3

c) Se vuelve rápidamente la solución de amoníaco al recipiente original e inmediatamente se acoplan las partes como se muestra en la Fig. 4.


d) Con la jeringa se inyectan los 5 mL de agua y en pocos minutos se ve subir el agua por el tubo, proyectándose contra las paredes del balón, formando una fuente que toma una coloración rosada.

Método 2

Balón

Agua coloreada

Tubo

Fuente

ennga

Agua indicador

Figura 4

Vaso

Materiales. Botella plástica de gaseosa de 2 L de capacidad (de paredes delgadas), tapón de caucho, jeringa desechable de 5 mL con aguja.

Reactivos. Solución concentrada de amoníaco.

Procedimiento. a) A la botella plástica seca, se adicionan 20 mL

de la solución de amoníaco, se cierra con el tapón que tiene acoplada la jeringa (con agua), de tal forma que la aguja salga al interior del recipiente y se agita con movimientos suaves.

b) Se vuelve rápidamente la solución de amoníaco al recipiente original e inmediatamente se vuelve a colocar el tapón que tiene acoplada la jeringa (Fig. 5).

c) Se inyectan los 5 mL de agua y se agita. En pocos minutos la botella comienza a contraerse tomado formas caprichosas. (Fig. 6).

Anáfisis

Presiones iguales

Jeringa con aguo

Botella de gaseosa plástica

\ Figura 5 Amoníaco

gaseoso

Presión externa mayor

Figura 6

Botello de gaseosa plástica

¿El hecho que el amoníaco (NH ) sea muy soluble en agua puede generar la fuerza que causa los cambios observados?

Analicemos brevemente cada una de las experiencias realizadas. a) Cuando agitamos la solución concentrada de amoníaco en el recipiente

cerrado, el amoníaco gaseoso se difunde a través de todo el volumen del recipiente. Al retirar la solución, la atmósfera del mismo estará constituida por aire, amoníaco gaseoso, vapor de agua y la presión interna será la atmosférica.


b) Al introducir el agua en el recipiente con la jeringa, la mayor parte del amoníaco se DISUELVE, originándose una disminución de la presión dentro del recipiente y, por tanto, una presión final más baja que la atmosférica. Esta diferencia de presión genera una fuerza resultante que hace ascender el agua por el tubo de la fuente o deforma las paredes de la botella de plástico. En las Figs. 7,8 y 9 se presentan esquemáticamente tres momentos de la experiencia de la fuente.

P(mezcla gaseosa

P(atmosféñca)

P(va disminuyendo

Fuerza resultante

P(mezcla remanente)

Inicial

P(mezcla) = P(atmosférica)

(EQUILIBRIO)

F igu ra /

P(atmosférica)

Intermedio

P(mezcla) (P(atmosférica)

F(resultante)

Figura 8

P(atmosférica)

Final

P(mezcla) + Ph = P(afmosférica)

(EQUILIBRIO)

Figura 9

c) Al disolverse el amoníaco se genera un carácter básico en la solución y el indicador fenolftaleina, previamente adicionado al agua, toma una coloración roja.

El análisis hecho nos permite dar una explicación al fenómenos observado; sin embargo, pueden surgir otros interrogantes. Por ejemplo: ¿si se dispone de agua suficiente se podría llenar todo el recipiente de la fuente? Podemos dar una explicación si observamos cuidadosamente el marco conceptual de referencia y la información suministrada.

¿Será posible calcular el trabajo realizado en el desplazamiento de la masa de agua? Seguramente el profesor de física podrá participar en la solución de este interrogante.

¿Podemos identificar situaciones de la vida diaria donde ocurre un fenómeno similar al observado?

¿Cómo podríamos evidenciar la solubilidad tan baja del oxígeno?

Conceptos aplicados

Solubilidad, leyes de los gases (relación masa volumen), presión total, presión parcial, presión atmosférica, fuerza, fuerza resultante, gas, soluto, solvente.


Como complemento de la experiencia se presenta uno de los posibles marcos de referencia conceptual y algunas de sus relaciones {véase página 91)

Proyecciones

Experiencias similares pueden realizarse con compuestos gaseosos que presenten una alta solubilidad en agua; un ejemplo es el cloruro de hidrógeno (HC1). Con este compuesto debe tenerse especial cuidado porque es altamente corrosivo. Igualmente, puede usarse otro indicador y diseñar un proceso diferente para saturar con amoníaco gaseoso el espacio del recipiente utilizado para la experiencia.

Precauciones

Siempre que se manejan productos químicos, deben tomarse las precauciones pertinentes de acuerdo con su peligrosidad potencial y actual. A continuación se presenta la información correspondiente al amoníaco.

Nombre: AMONIACO

Fórmula: NH3

Estado: GASEOSO Tf = - 1 1 , 1 K Te = - 33,5°C

Propiedades: Gas incoloro, muy irritante, inflamable, soluble en agua (40 g/100 g).

Síntomas de envenenamiento: Inhalado en alta concentración causa edema del tracto respiratorio y

sofocación. El amoníaco gaseoso o sus soluciones concentradas atacan la piel y las mucosas.

Recomendaciones: Debe trabajarse en sitios aireados y de preferencia usar máscara y guantes. En caso de inhalación debe colocarse a la persona en una zona bien aireada. En caso de contacto con lo piel lavarse con jabón y abundante agua.

Bibliografía Ben-Zvi, R; Silberstein, J. /. Chem.Educ. 1981, 58, 68. Cate, Ch; More, J. J.Chem. Educ. 1981, 58, 498. Summerlin, L.; Ealy, J. Chemical Demonstrations -A source bookfor teachers. vi. Second

Ed. Washington, 1988. Thomas, N; Dreisbach, J. /, Chem. Educ. 1990, 67, 339. Sheets, M.; DiStefano, R,. /, Chem. Educ. 1991, 68,247. Epp, D. J.Chem.Educ 1991, 68, A297. Steadman, N.; Lambert, J. /. Chem.Educ. 1992, 69,764. Proksa, M. /. Chem. Educ. 1995, 72, 931. Aylwars, G.; Findlay, T. SI Chemical Data. John Wiley, 3a. ed. N.Y. 1994


Para reflexionar

¿Existe el hidróxido de amonio?

Desde hace algunos años se ha dado una polémica sobre si existe o no el hidróxido de amonio tal como lo escribimos: NH4OH.

El objetivo aquí no es hacer una revisión extensa sobre el tema, sino plantear una inquietud y dar algunos elementos para su análisis. El lector podrá complementarla con base en una revisión más amplia. Como ejemplo citamos a John Yoke quien publicó una nota en 1989, en el Journal of Chemical Education, con un título muy llamativo "El hidróxido de amonio no existe". Para hacer esta afirmación se basó en dos puntos principales:

lo. El nitrógeno tiene únicamente la posibilidad de formar cuatro uniones, por tanto, si existiera el NH4OH debería estar 100% disociado.

2o. Tanto el amoníaco como el agua son moléculas polares y pueden inte-ractuar a través de un puente de hidrógeno. Estudios de resonancia magnética nuclear muestran que el tiempo de vida de la formación:

H ^ ^ H ^ Q - - ¿ ~ H N ^

H \ H

puente de hidrógeno

es de 10~10 s. Por tanto, es un error cuando escribimos en clase:

NH O H , * > NH,+ + OH 4 (ac) 4

sino que deberíamos escribir:

N H , . + H O ' , NH + + OH 3(ac) 2 4

Como parte de la controversia, en 1991 Th. Tuttle envió una carta al editor de la publicación con un título igualmente llamativo: "¿Hidróxido de amonio: Qué estructura tiene?"

En esta carta hace referencia a la nota de John Yoke y aporta nuevos elementos a la discusión. Veamos algunos:

lo. A pesar del tiempo de vida tan corto de la formación del puente de hidrógeno, es decir NH4OH, existen herramientas de la termodinámica que permiten considerar la existenda del hidróxido de amonio. Para la reacción:

H20(1) + NH3(lsat) *NH4OH(1)

82 Comentarios sobre el discurso químico en ia escuela

a 25°C su AG° es - 6,39 kj/mol, que nos indica que la reacción propuesta ocurre. Sin embargo, continúa la pregunta sobre su estructura.

El autor profundiza en la problemática y comenta que el período de tiempo tan pequeño (mencionado por Yoke) puede interpretarse como la asociación amoníaco-con una molécula dada de agua o del ion amonio con un ion hi-droxilo dado; pero después puede presentarse asociación con otra molécula de agua o ion hidroxilo. Así, la estabilidad termodinámica del hidróxido de amonio (NH4OH) nos permite decir que el amoníaco está prácticamente todo el tiempo asociado con el agua, aunque para una molécula de agua, en particular, este tiempo sea muy corto.

Otro aspecto para tener en cuenta es: si el hidróxido de amonio se presentara como iones NH4

+ y OH", en solución debería estar disociado el 100%; pero en la realidad no ocurre, se disocia muy poco (Ke = 1,8 x IO-5). Por tanto, la estructura del hidróxido de amonio está conformada por la asociación de iones amonio e hidroxilo que se podría esquematizar:

d+ ó-H3N H OH

De las apreciaciones anteriores puede concluirse que el estudio del comportamiento y naturaleza de las entidades químicas que a diario manejamos, se van aportando elementos a medida que las opiniones se van expresando y se genera la polémica científica, gracias al interés del primero que se atrevió a expresar su punto de vista con la información disponible.

Algo similar y acorde con el nivel del trabajo, es lo que se debe propiciar en el aula de clase. En ella se debe promover el análisis y la discusión sobre un hecho o circunstancia, con base en elementos que soporten cada uno de los juicios.

Bibliografía Yoke, J. /, Chem. Educ, 1989, 66, 310. Tuttle, Th.,/. Chem. Educ,1991, 68, 533.


Solubilidad de gases

En la experiencia de la Fuente de Amoníaco se mostró con claridad la alta solubilidad en agua de este compuesto; sin embargo, surgen inquietudes sobre la solubilidad de otros compuestos o elementos gaseosos, entre ellos se destaca el oxígeno (02), del cual podemos leer en algunos textos: "el oxígeno presenta una solubilidad muy baja en agua". ¿Cómo podríamos visualizar o tener una idea de la solubilidad de este elemento gaseoso en agua?

Para ello podemos hacer uso de una experiencia, que desde otro punto de vista fue presentada para su difusión en el Simposio sobre Cinética en Educación Secundaria, organizado por la American Chemical Society, en los Angeles, en abril de 1963.

La experiencia se llama La botella azul (ya nos daremos cuenta el porqué de este nombre). Esta experiencia se ha trabajado con diferentes objetivos, en especial en los laboratorios de química de la Universidad Nacional, con profesores de enseñanza básica y media y estudiantes de la Carrera de Química.

Materiales: Los elementos para su realización son mínimos: matraz o recipiente de vidrio de 250 mL, dos tapones de caucho (uno horadado), tubo de vidrio de 10 cm por 3 mm de diámetro, bomba de plástico o caucho.

Reactivos: Hidróxido de potasio (KOH), glucosa (C6H1706) y azul de metileno (C]6H18C1N3S), (indicador de oxidación-reducción; potencial de reducción: 0,01 V), que en su forma oxidada es de color azul y en la forma reducida es incoloro.

Procedimiento: Por las especies químicas que se requieren, puede deducirse que la experiencia implica un sistema químico de oxidación-reducción; sin embargo, es oportuno anotar que el objetivo es responder a la pregunta formulada inicialmente. Para describir la experiencia las dividiremos en tres partes.

Par fe I a) En el matraz o recipiente de vidrio tapado se tiene el sistema reaccionan

te en solución acuosa (150 mL), que consta de hidróxido de potasio (4 g), glucosa (5 g) y azul de metileno (2 a 3 gotas de solución al 1% en alcohol). Inicialmente la solución es incolora o ligeramente amarilla. (Fig. 10).

b) Al agitar, la solución toma una coloración azul (Fig 11).

c) Al dejar en reposo, la solución vuelve a su color original después de unos pocos minutos.


Solución m m Solución incolora azu|

itocion^

-y <- Reposo

FiguralO Figura 11

Análisis parte I

Como se mencionó antes, se trabaja con un sistema químico de oxidación-reducción que nos permite hacer un análisis de esta primera parte de la experiencia. Veamos:

a) Inicialmente la solución es incolora (o ligeramente amarilla), homogénea y el sistema está cerrado (no tiene interacción con el exterior en cuanto a transferencia de masa). El azul de metileno está en la forma reducida.

b) Al agitar, la solución toma una coloración azul y de acuerdo con las características mencionadas del azul de metileno, éste pasa a la forma oxidada. Una primera aproximación a la explicación de lo observado es que al agitar, la fase gaseosa (aire + vapor de agua) sobre la solución se mezcla con ella, y un componente de esta fase gaseosa ocasiona la oxidación del azul de metileno. Al dejar en reposo la fase gaseosa se separa y un componente de la solución reduce el indicador a su forma incolora.

c) Surge otra pregunta: ¿La fase gaseosa que se separa al dejar en reposo la solución (azul) tiene igual composición que antes de agitar? Para responder a este interrogante podemos rediseñar la experiencia con el objetivo de tener evidencia sobre si hay o no cambio en la composición de la fase gaseosa. Veamos uno de los varios diseños posibles.

Parre I I

a) Por medio del tubo de vidrio se acopla al recipiente que contiene la solución inicial (incolora) la bomba con aire, de tal forma que el gas contenido en ella puede pasar al recipiente. (Fig. 12).

b) Al repetir la experiencia (agitar y dejar en reposo) varias veces con el mismo montaje, la atención se debe dirigir a si se observa o no variación en el tamaño de la bomba. Si permanece igual la composición de la fase gaseosa no varía; si disminuye nos indica que al menos uno de sus componentes se consumió en el proceso, es decir reaccionó con el sistema en solución.


/

Solución incolora

Aire

Varios ciclos agitación-reposo

Solución incolora

Figura 12 Figura 13

Análisis parte II

¿Qué se observa? La bomba disminuye de tamaño (Fig. 13), lo cual es indicativo de que al menos un componente de la fase gasesoa (aire + vapor de agua) reaccionó con los componentes de la solución y se consumió; nos queda el aire cuyos componentes principales son oxígeno (O2) y nitrógeno (N2). Como el nitrógeno gaseoso es muy estable y no es un agente oxidante en las condiciones de la experiencia, puede afirmarse que el oxígeno gaseoso es el componente que toma parte en la reacción para obtener la forma oxidada del indicador.

Pero al dejar en reposo, ¿Por qué se decolora la solución? En otras palabras: ¿Qué origina la reducción del indicador? Más adelante analizaremos este aspecto.

Por ahora, resumamos lo observado en las posibles reacciones químicas que se presentan en el ciclo completo del sistema: incoloro - azul - incoloro:

O 2(g) ^o 2{disuelto)

N fe) N

-*• 2 (disuelto)

Indicador (reducido) + 02(disuelto)

(incoloro) .Indicador (oxidado)

(azul)

Indicador (reducido) + N 2(disuelto) • Indicador (oxidado)

Indicador (oxidado) + (?? )disuelto

(azul) _». Indicador (reducido)

(incoloro)

Volvamos nuevamente al sistema de "La botella azul"


Parte III

Cuando la solución incolora se deja en reposo y se observa periódicamente la inferíase GAS-SOLUCIÓN (Fig. 14); después de un cierto tiempo se notará la formación de una tenue capa de color azul en la superficie de la solución que se va difundiendo lentamente hacia el interior de la misma (Fig. 15).

Inferióse So|uc¡ón

Solución , _ incoloro / ^ z = S Solución

incolora

gas-solución I I .ligeramenteazul

Figura 14 Figura 15

Análisis parte ¡II

a) Hasta este punto, los cambios observados están indicando que el oxígeno (02) presente en el aire se disuelve muy lentamente, lo que se traduce en una concentración muy baja; de lo contrario (muy soluble) se alcanzaría rápidamente una concentración mayor, se oxidaría mayor cantidad del indicador y el color azul sería más intenso.

b) Recordemos la experiencia de la "Fuente de amoníaco". Allí se adicionó una pequeña cantidad de agua (5 mL), y como el amoníaco es muy soluble en agua, rápidamente se disolvió y se observó el ascenso de la columna de agua por el tubo de la fuente (Fig. 4).

c) Esta observación cualitativa, nos permite inferir que la solubilidad del oxígeno gaseoso (O ) en agua es muy baja. Pero queda una inquietud: ¿por qué al agitar se obtiene rápidamente una coloración azul intensa?

Antes de dar una explicación, reflexionemos sobre algunas situaciones de la vida diaria. En la mañana, cuando adicionamos azúcar (en cantidad moderada) al café o jugo, agitamos y al terminar el desayuno no observamos residuos de azúcar en el fondo del recipiente. Pero si no se agita, al final notaremos un residuo; el hecho de agitar permite dispersar rápidamente el azúcar en el medio (café o jugo). Algo similar ocurre en nuestra botella azul: la agitación hace posible un mayor contacto entre la fase gaseosa y la fase líquida, facilitando que el oxígeno que puede recibir (solubilizar) el solvente disponible (150 mL) se solubilice rápidamente.

Situación igual la podemos observar en los acueductos, donde una de las partes del proceso de purificación del agua es la aireación (oxigenación) y para ello se proyecta el agua al aire, como en las fuentes que vemos en los


parques o centros comerciales. Simplemente se está favoreciendo la solubili-zación del oxígeno del aire en el agua.

A manera de reflexión supongamos que el oxígeno gaseoso fuera muy soluble en agua, digamos que similar a la solubilidad del amoníaco y realicemos el cálculo de la masa de oxígeno que se disolvería en una piscina de 15 x 8 x 1.80 m, considerando en aras del ejercicio que la densidad del agua es igual a 1 g/mL. ¿Qué podremos concluir sin tenemos en cuenta que el agua constituye una fracción apreciable del globo terrestre?

Finalmente, podemos comentar de forma breve lo que podría ocurrir en el proceso de decoloración de la solución, que lo asociamos con la reducción del indicador.

¿Cuál es el reductor en el sistema de la botella azul? Es posible realizar un análisis desde un punto de vista químico, que aporte

una fundamentación con un cierto nivel de elaboración, sin que se considere la única y completa explicación. Simplemente es una muestra de como aproximarse a una explicación del comportamiento del sistema.

¿Qué sabemos?

• El azul de metileno es un indicador redox y conocemos su estructura.

• De la experiencia podemos afirmar que el oxígeno es el que causa la oxidación del indicador.

• La glucosa en medio alcalino es un reductor, como se pone de presente en las pruebas analíticas para azúcares reductores que hacemos con nuestros estudiantes.

¿Qué reacciones de oxidación -reducción podemos esperar de acuerdo con el medio en que se realiza la experiencia?

a) Indicador

W . ^ S ^ H í ^ W ^ ^ S _ Í(CH1

- 2 e

H

Reducido Oxidado

b) Oxígeno.

02(g) + 2H20 + 4e- > 4(OH~

Comentarios sobre el discurso químico en la escuela

c) Glucosa.

2 Gluc. + 2(OH") - 2e- 2 Ac.Gluc + H , 0

Al agitar se aumenta la concentración de oxígeno en la solución, se favorece la reacción (b) y los electrones necesarios para llevarse a cabo son aportados por el indicador al oxidarse (reacción a), formándose la especie azul. Estas reacciones son favorables dado que su potencial total es aproximadamente de + 0,43 V.

Al dejar en reposo la solución se va decolorando; el oxígeno que debía reaccionar ya lo hizo y el indicador se reduce (gana electrones) a expensas de la glucosa que los aporta al oxidarse (reacción c). Esta última es una de las varias posibilidades de productos de oxidación de la glucosa. El potencial total de la reacción es de aproximadamente + 1,20 V.

Conceptos aplicados

Solubilidad, oxidación, reducción, presión parcial, indicador, fase, inferíase, gas, líquido, sistema homogéneo, sistema heterogéneo. Al final, se muestra una posibilidad de marco conceptual.

Proyecciones

Para esta experiencia es posible elaborar más de un marco de referencia conceptual; por ejemplo, uno orientado hacia solubilidad de gases y las relaciones soluto - solvente. Otro puede ser hacia los procesos de oxidación reducción. Se muestra uno de ellos al final de la demostración.

De otra parte, esta experiencia puede trabajarse a un nivel de análisis más avanzado, tanto en la explicación de las reacciones que ocurren como de la cinética de la reacción, hasta plantear un mecanismo de reacción. La bibliografía citada trabaja los elementos correspondientes para el estudio de este sistema.

Precauciones

Como se ha mencionado en varias oportunidades, cuando se manejan reactivos químicos es necesario tomar las precauciones del caso. Por ello es importante la información sobre cada una de las sustancias que se trabajan, ya sean reaccionantes o productos. En esta experiencia el azul de metileno se trabaja en cantidades muy pequeñas; la glucosa, por su parte, no presenta peligro potencial, pero el hidróxido de potasio sí.


Nombre: HIDRÓXIDO DE POTASIO

POTASA CÁUSTICA

Fórmula: KOH Tf = 405°C

Propiedades: Sólido blonco delicuescente, soluble en agua, alcohol, glicerina. No es combustible. Altamente corrosivo. Tóxico.

Síntomas de envenenamiento: Sobre la piel produce quemaduras, conjuntivitis. Por inhalación causa irritación del conducto respiratorio e inflamación. Ingerido quema la boca, esófago; produce náuseas y vómito de sangre. Puede perforar ei conducto gastrointestinal.

Recomendaciones: Los ojos afectados deben lavarse con agua. Las zonas de la piel con agua y jabón. Si es

ingerido hacer lavado gastrointestinal con solución al 5% de ácido acético (vinagre).

Tratamiento de residuos: Adicionar agua y neutralizar con solución de ácido clorhídrico.

Nombre:

Fórmula

AZUL DE METILENO

CLORURO OE 3,7-BISDIMETILAMINO FENOTIAZINA

C,6H]8CIN3S.

Propiedades: Sólido de color K U I , soluble en agua.

Nombre: GLUCOSA

AZÚCAR DE MAÍZ

Fórmula: C O , o I z ó

Propiedades: Sólido blanco, soluble en agua

Bibliografía J. A. Campbell; Why do Chemical Reactions Occur, cap.2, Prentice Hall, Engllewood Cli-

ffs,1965. J. A. Campbell; /. Chem. Educ, 1963, 40, 578. R.M. Acheson; An Introduction to the Chemistry of Heterocyclic Compounds, second. Ed.,

Wiley International Ed.,1967, pag.350.


Marco conceptual

RELACIÓN SOLUTO/SOLVENTE

Solubilidad en: g soluto/100 g. de agua

a 25' Cy 1 atm.

CH* H2

N2

CO O2

C02

Cb NHJ

HCI(g)

insoluble 1,5 x 104

,7x10"1

2 ,6x lO J

4 x 1 0 3

0,145 0,64 48 70


Química y energía

La humanidad se mueve con base en la ENERGÍA y desde las épocas más remotas, la búsqueda de sus fuentes se ha constituido en tarea prioritaria del hombre. La madera, el carbón, el petróleo y el núcleo atómico han determinado el desarrollo de la sociedad, constituyéndose en elemento de poder y confrontación en el mundo. Sin embargo, cuando hablamos de ENERGÍA no la asociamos directamente con la química, parece que no se viera a primera vista la relación tan íntima que existe entre ellas; tanto que podemos hablar de ENERGÍA QUÍMICA como aquella que "puede ser almacenada o liberada a través de reacciones químicas".

Pero por lo general, cuando se trabaja el tema a niveles preuniversitarios, se hace con base en definiciones de calor, trabajo, energía y si a esto agregamos el hecho de que por ser palabras de uso diario y continuo por las comunidades, no reflexionamos suficientemente sobre su significado (al menos el aceptado por la comunidad científica), y esto lleva a imprecisiones en su manejo. Es el caso de calor y trabajo que usan la misma unidad y es razonable que el alumno los asuma como iguales o la misma "cosa".

¿Cómo interviene la química en este contexto? Un esquema general de esta relación la resume Donald J. Wink (1) en el

diagrama que se muestra; en él se destacan sólo las relaciones que vamos a trabajar y que aportan el material suficiente para el desarrollo de algunos conceptos básicos de química.

Desde el punto de vista científico, todo se reduce a un aporte de la química tanto en la génesis de la energía, como en su aprovechamiento. En esta oportunidad nos centraremos en los procesos exotérmicos y endotérmicos, es decir en la relación ENERGÍA QUÍMICA-ENERGÍA TÉRMICA.


Todos sabemos que un proceso exotérmico es el que produce energía térmica y uno endotérmico, es el que la consume. En el primer grupo tenemos la combustión, motor de la actividad humana. Su tecnología y control ha permitido al hombre llevar a cabo multitud de actividades, hasta convertirlo en un derrochador de energía.

En las siguientes páginas vamos a hablar de COMBUSTIÓN, con base en una experiencia muy sencilla, que nos dará la posibilidad de identificar una serie de conceptos utilizados en el campo de la química.

Combustión

Término muy familiar para todos, se aplica a un gran número de procesos donde el componente común es el oxígeno, elemento con una gran capacidad de combinarse con la mayoría de los elementos que conforman la Tabía Periódica, también llamada Clasificación Periódica de los Elementos Químicos.

El oxígeno por su abundancia y reactividad tiene un papel determinante en procesos como la combustión, la corrosión, la fotosíntesis, la fermentación y la respiración, que los podemos clasificar en forma general como operaciones en las cuales interviene directamente el oxígeno.

La situación puede parecer compleja para definir COMBUSTIÓN, sin embargo, en una primera aproximación lo podemos hacer diciendo: "Es la combinación de elementos o compuestos con el oxígeno", y en ella podemos incluir un gran número de reacciones.

a) Combustibles como el carbón, la madera, los hidrocarburos (petróleo, gasolina, gas natural) al reaccionar con el oxígeno (oxidación) producen luz, energía calorífica, agua (H20) y óxidos de carbono (CO y C02). Este tipo de combustiones las aplicamos diariamente para mover motores, cocinar alimentos y producir vapor en las industrias. Digamos que son procesos de combustión controlados, en los que la producción de energía o luz se prolonga en el tiempo.

b) Otro tipo de reacciones de combinación con el oxígeno que, no precisamente podemos clasificar como combustiones, son las asociadas con los procesos de CORROSIÓN que afectan los metales. Es el caso por todos conocido del hierro (Fe) que al combinarse con el oxígeno, en presencia de agua, se oxida y vemos como se recubre de una capa de hidróxido. En estos casos el proceso es de oxidación, pero no hay producción de luz y la cantidad de calor liberada es muy pequeña. Aunque son reacciones de oxidación no se clasifican bajo el término COMBUSTIÓN.

c) Cuando una persona se está asfixiando, lo primero que se hace es facilitar que el oxígeno entre en su cuerpo, que pueda respirar. En este proceso toma oxígeno, y éste mediante reacciones químicas con los componentes de los alimentos, producen la energía para mantener la vida.


Este comportamiento es parecido a una combustión puesto que los productos finales son dióxido de carbono (C02) y agua (H20), pero sin lugar a duda es un camino muy complejo y desconcertante, pues se lleva a cabo a temperaturas bajas, muy por debajo de las temperaturas de las reacciones de combustión ordinarias, como las descritas en el aparte (a).

De los aspectos muy generales mencionados, podemos concluir que hay variados tipos de reacciones de oxidación: unas las denominamos como de combustión (producen luz y calor), otras simplemente de oxidación (corrosión) y otras parecidas a la combustión, que producen la energía necesaria para la actividad de los seres vivos.

Desde otro punto de vista, hay oxidaciones controladas a temperatura alta como la combustión del petróleo, la gasolina, el carbón, y a temperaturas bajas como la corrosión de los metales y los procesos en los seres vivos.

Surge entonces la pregunta: ¿Hay reacciones de oxidación (combustión) rápidas? Las hay, pero infortunadamente se usan más para la destrucción de la humanidad que para su beneficio: son los explosivos. Otras un poco menos rápidas, pero controladas, se presentan con los combustibles para el impulso de cohetes; la más rudimentaria de este tipo la encontramos en los voladores que se queman en nuestras fiestas populares.

La mayoría de las reacciones de oxidación (combustión o no), lentas o controladas, las vivimos a diario, pero las rápidas no nos son tan familiares y por esto es interesante mostrar al menos una de ellas y de paso aplicar una serie de conceptos como: conductor eléctrico, no conductor (aislador), resistencia eléctrica, energía térmica, sistema, reacción de desplazamiento, de oxidación—reducción, ecuación química, catalizador, presión de vapor de agua, presión parcial, presión atmosférica, solubilidad, reacción exotérmica, reacción endotérmica, explosivo, energía de activación, combustible, comburente. Esta lista puede asustarnos, pero el sistema que trabajaremos es muy sencillo y si lo realizamos paso a paso, nos será fácil identificar los conceptos aplicados, además de apreciar un efecto sonoro algo intenso.

Por eso, llamaremos a esta experiencia el

Cañón de hidrógeno

¿Cuál es la base de nuestra demostración? Es la combustión rápida de una mezcla gaseosa de hidrógeno y oxígeno,

iniciada por un delgado alambre en estado incandescente. En su fundamento esta experiencia no es reciente; si nos devolvemos en la historia se dispone de referencias que nos dicen que hacia 1804 Gay Lussac y M. Hurnboldt utilizaron esta mezcla explosiva para estudiar la reacción química correspondiente (2).

¿Qué necesitamos? Materiales y reactivos de fácil consecución.


Materiales. Tubo de vidrio de 15 x 80 mm, dos tapones de caucho para el tubo de vidrio, dos pedazos de alambre de cobre No.16 de 4 cm. de longitud, esponjina fina de hierro, dos tubos de ensayo de 15 x 120 mm. con tubo de desprendimiento, dos tapones de caucho horadados para los tubos de ensayo, dos pedazos de manguera plástica de 20 cm de longitud, alambre de cobre No.22 para conecciones, cuatro caimanes, dos jeringas desechables, soporte para el tubo de vidrio (Figura 3), fuente de corriente continua de 12 V, recipiente de 400 mL de capacidad (o platón pequeño).

Reactivos. Zinc en granallas (Zn), bióxido de manganeso (Mn02), solución de ácido clorhídrico (HC1) 10 M, agua oxigenada (comercial) (H202).

Procedimiento: Montaje del sistema de electrodos

a) En uno de los tapones inserte los dos pedazos de alambre de cobre No.16 y entre ellos coloque un alambrito de esponjilla. (Figura 1)

b) El otro tapón (proyectil) debe acoplar suavemente en el otro extremo del tubo. (Figura 2).

/ Alambre de cobre

opón

\

Figura

Alambre de esponjilla

y A Montaje del sistema de

electrodos

f 3 V

Topón proyectil

Tubo de vidrio Tapón con electrodos

Figura 2 Sistema tubo de vidrio-tapones

c) Preparar un montaje para soportar el tubo de vidrio, de tal manera que en caso de rotura no se proyecten pedazos de vidrio (Figura 3).

Coja de madero o plástico Espacio para el tubo de vidrio

Figura 3 Montaje para soporte del tubo de vidrio


Producción de hidrógeno y oxígeno

a) El hidrógeno se produce por reacción entre el zinc metálico y la solución de ácido clorhídrico 10 M. (Figura 4).

Zn + 2HC1 -* ZnCl2 + H2

b) El oxígeno se obtiene por descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno (presente en el agua oxigenada), empleando el bióxido de manganeso (Mn02) como catalizador (Figura 5).

MnO, H 2 0 2 H O + (l/2)02

Jeringa

Pubo de ensayo

Solución de HCI

Tubo de caucho

Figura 4 Montaje para la producción de hidrógeno

Jeringa

Tubo de ensayo

Figura 5 Montaje para la producción de oxígeno

"A

^

•4wK

sm Zn

Recolección de los gases

El sistema de electrodos (tapón, electrodos, alambre de espojilla), se ajusta en un extremo del tubo de vidrio; éste se llena totalmente con agua y se invierte en el recipiente grande, también con agua, cuidando que el tubo invertido esté completamente lleno y se procede a recoger por separado el hidrógeno y el oxígeno (Figura 6). Para esto, las jeringas desechables (sin aguja) se llenan, una con solución de ácido clorhídrico, la otra con agua oxigenada y se insertan en los tapones para los tubos de ensayo, donde previamente se han colocado el zinc metálico y el bióxido de manganeso respectivamente.

Para producir la reacción se deja caer la solución del ácido sobre las granallas de zinc; se debe recoger de hidrógeno la tercera parte del volumen del tubo. Al dejar caer el agua oxigenada sobre el bióxido de manganeso se recogen de oxígeno las dos terceras partes restantes del tubo. No olvidar hacer cada una de las reacciones por separado. En cada caso se esperan de 30 segundos a 1 minuto, para que el hidrógeno y el oxígeno desplacen el aire y se procede a recogerlos sobre el agua

Tapón / proyectil

Figura 6 Sistema de recolección de gases

96 Comentarios sobre ei discurso químico en la escuela

JJL

Una vez recogida la mezcla y con la boca del tubo aún sumergida dentro del agua, se coloca el tapón proyectil de ajuste suave y así el sistema queda cerrado. (Figura 7).

Reacción de la mezcla

Tapón ' proyectil

H2

y=_

' - ^ _-=-

- y 7

H20 (vapor)

0,

Figura 7 Sistema cerrado

El sistema obtenido hasta el paso anterior se coloca en el soporte y se cierra el circuito con la fuente de corriente continua, mediante el alambre para coneccio-

nes y los caimanes. (Figura 8). Al pasar la corriente, el alambre colocado entre ios electrodos se pone incandescente y se produce la reacción (explosiva) de la mezcla. El resultado final es una pequeña explosión, la proyección del tapón que hace de proyectil y un ligero calentamiento del tubo de vidrio.

— Fuente

Figura 8 Montaje para ignición

Conclusiones

Son tan variados los fenómenos observados en esta demostración, que es una fuente muy rica de conceptos y técnicas. Veamos los primeros, así sea en forma muy general.

1. Si nos referimos a la Figura No. 1: "Montaje del Sistema de Electrodos", vemos que es el mecanismo por el cual "activamos" la mezcla gaseosa. ¿Cómo lo hemos hecho? Haciendo pasar una corriente eléctrica a través de un conductor muy delgado (alambre de esponjilla); cuando la corriente pasa, el alambre se pone incandescente y genera la energía suficiente para "encender" la mezcla gaseosa. Es algo similar a cuando encendemos un bombillo, con dos diferencias significativas: Una, el alambre es mucho más resistente, y otra, el interior del bombillo está al vacío o contiene un gas inerte (tubos de neón, argón) que no reacciona cuando la resistencia se pone incandescente. ¿Podemos conocer la energía liberada por nuestro alambre de esponjilla? Si, pero tendríamos que perfeccionar nuestro montaje para medir intensidad de corriente, voltaje y resistencia del alambre; además, de aplicar nuestros conocimientos de electricidad que hemos estudiando o vamos a estudiar (según el nivel en que estemos) en los cursos de física.


¿Qué otro aspecto podemos analizar? La conductividad eléctrica. Tenemos en este caso conductores de la corriente eléctrica: alambre de cobre y alambre de hierro (esponjilla); y no conductores o aisladores como el vidrio y los tapones de caucho. En este campo podríamos ampliar el análisis, pero como estamos interesados en la química del proceso, continuaremos nuestro análisis en esa dirección.

2. Nos referimos ahora a la Figura No. 2, este conjunto de elementos conforman un sistema que mantiene la mezcla gaseosa reaccionante en un volumen determinado.

3. La Figura No. 3 nos muestra simplemente el montaje final, principalmente de fijación del tubo y protección del experimentador y el auditorio.

4. La Figura No. 4 nos muestra el montaje para producir el hidrógeno mediante la reacción química de "desplazamiento"; el zinc desplaza al hidrógeno, toma su lugar.

Zn,. + 2HC1. . • ZnCL . + H,. . (s) (ac) 2(ac) 2(g)

donde: s = sólido ac = acuoso g = gas 5. La Figura No.5 nos muestra el montaje para la producción de oxígeno

mediante una reacción de descomposición y oxidación reducción, catalizada por el bióxido de manganeso.

MnO, H 70„ . • H O + (l/2)0„ ,

2 2(ac) 2 (1) V I 2(g)

Aquí aparecen términos que probablemente no son tan familiares para nosotros: "catalizador" (en este caso bióxido de manganeso), que aparece indicado en la ecuación de la reacción, pero no se encuentra en los productos y si observamos bien, después de la reacción permanece en el tubo de ensayo. Es algo que debe estar presente para que la reacción ocurra, pero puede no formar parte de los productos de la reacción.

6. Llegamos a la Figura No. 6 que nos muestra la forma de obtener la mezcla gaseosa. Claramente vemos que los elementos gaseosos producidos son poco solubles en agua, pues de lo contrario no la desplazarían sino que se solubilizarían.

Cuando la mezcla gaseosa llena el tubo (se ha desplazado toda el agua), ¿cuáles son sus constituyentes? Hidrógeno, oxígeno, vapor de agua, cada uno contribuye a la presión total dentro del tubo y ésta es de un valor cercano a la presión atmosférica. ¿Por qué cercano? Si hemos sido observadores, habremos notado que el nivel del agua dentro del tubo y fuera de él no es el mismo, como lo muestra la Figura No. 7, donde ya se han retirado los montajes para la producción de hidrógeno y oxígeno. Analicemos brevemente la situación.


Presión de gases

Tapón proyectil

Presión externa = P t + P , , atm columna de agua

Presión interna = P u + P„ + Pv,„ „, _2 0 2 (H20)

Como el sistema está en equilibrio:

Presión columna de aguo

P + P + Pv H2 ^ X 0 2 ^ V(H 20)

+ P

Figura 9 Balance de presiones

En tanto más pequeña sea la columna de agua, la presión dentro del tubo se acercará a la presión atmosférica. Para nuestro caso no interesa igualar las presiones interna y externa y, por tanto, podemos cerrar el sistema con el tapón que está en el fondo del recipiente.

Pero hay un término que puede inquietarnos: Pv(H20). ¿Qué representa? Para no desviarnos de nuestro análisis, en el Apéndice A se amplia este concepto.

7a. Llegamos al final, la ignición y reacción de la mezcla gaseosa, representada por la ecuación:

H2(g) + (V2)0 -fe; * H2 °a) Q

En esta mezcla tenemos como reaccionantes un combustible (H2) y un comburente (02) que favorecen la combustión y como productos de la reacción, agua y una cantidad de calor que se libera Q; la reacción es exotérmica y por eso, el tubo después de la reacción está a mayor temperatura.

Para que la reacción ocurra se debe activar, darle un empujón y después ésta sigue sola y muy rápidamente, tanto, que por el tiempo reducido en que se libera la energía llega a ser explosiva. Como la cantidad de gases es baja y la proporción de hidrógeno pequeña, la explosión es de muy bajo poder. Si invertimos la proporción (más hidrógeno que oxígeno), la explosión puede romper el tubo.

¿Qué ha ocurrido? analicemos nuestra reacción y veamos qué otros aspectos interesantes podemos deducir.

Podemos dejar la mezcla gaseosa en reposo, dentro del tubo, el tiempo que deseemos y no ocurrirá nada, a menos que haya un escape, lo cual se traduciría en que el nivel del agua dentro del tubo ascendería. Para que se realice la reacción debemos dar algo de energía al sistema (incandescencia del alambre), en palabras elegantes decimos que debemos ACTIVAR la reacción, pues de lo contrario es tan lenta que durante nuestra vida no se produciría apreciablemente.

¿Pero qué ocurre después que se activa la reacción? Espontáneamente se realiza, generando calor y por eso la clasificamos como exotérmica. ¿Qué tanto calor se produce? ¿Podemos tener idea de su valor? Si; para ello tenemos que añadir a nuestra lista otros conceptos como calor de reac-


ción, estequiometría, mol-gramo, que nos haría extendernos en nuestro análisis, pero por ser de interés se amplia en el Apéndice (véase pág 107)

Vista desde otra perspectiva, como resultado de la reacción se tienen sustancias en estado gaseoso encerradas en un volumen (el del tubo) que por su rápida expansión hace un trabajo que se traduce en la proyección del tapón con la producción de una pequeña explosión.

Es bastante lo que hemos podido comentar alrededor de una experiencia sencilla, en la que los únicos instrumentos de observación han sido nuestros sentidos y la única herramienta de trabajo nuestro sentido común y capacidad de raciocinio y, claro está, algunos elementos básicos de soporte previo como los conceptos de presión, volumen, gas, líquido, solución, reacción química, ecuación química.

Aquí es oportuno anotar como, a partir de cosas sencillas, podemos construir un mundo tan complejo como deseemos, sin olvidar que como seres racionales estamos en capacidad de decidir hasta dónde, cómo y lo que es más importante ¡POR QUÉ Y PARA QUÉ!

Proyección Experiencias similares pueden realizarse con líquidos de alta combustibilidad como gasolina, éter, acetona, con resultados semejantes. Estas experiencias son potencialmente más peligrosas que la realizada y deben tomarse precauciones adicionales a las indicadas en esta demostración.

Precauciones De los productos químicos empleados en esta experiencia debe tenerse especial cuidado con el peróxido de hidrógeno (agua oxigenada, H202) y el ácido clorhídrico 10 M. Veamos algunas de sus características y medidas de seguridad.

PERÓXIDO DE HIDROGENO

Sinónimos: Dióxido de hidrógeno, hidroperóxido, agua oxigenada

Fórmula: H202. Comerciaimente se vende en solución Teb = 152°C

Propiedades: Líquido incoloro, agente oxidante fuerte. Inestable, descompone catalíticamente. Las soluciones concentradas (65%) pueden encender materiales combustibles. Explota en presencia de metales como plata, platino, cobre, cromo.

Síntomas de intoxicación: Conjuntivitis, irritación del tracto respiratorio, dermatitis, quemaduras.

Reacciones peligrosas: Además de presentar reacción con un gran número de compuestos orgánicos, presenta actividad frente a materiales combustibles como algodón, madera, carbón. Al contacto con la piel puede producir quemaduras graves.

Recomendaciones: Separar de combustibles, proteger de la luz, trabajar en sitios aireados, usar guantes y gafas de seguridad. En caso de quemaduras, lavar con abundante agua y jabón la zona afectada.


ACIDO CLORHÍDRICO

Sinónimos: Cloruro de hidrógeno, ácido muriáfico, ácido clorhídrico (en solución).

Fórmula: HCI. Comercialmente se vende en soluciones de diferente concentración.

Propiedades: El cloruro de hidrógeno es un gas incoloro, muy soluble en agua. En solución toma el nombre de

ácido clorhídrico.

Síntomas de intoxicación

Local: Irritación, conjuntivitis.

Inhalado: Rinitis, erosión dental, laringitis, faringitis, dolor de cabeza.

Tomado: Irritación de la boca y tracto digestivo. Salivación, náuseas, perforación intestinal.

Recomendaciones: Irrigar los ojos o el área contaminada con abundante agua y jabón. Cuando hay ingestión, hacer lavados gástricos con solución al 5% de carbonato de sodio y gotas de hidróxido de aluminio. Usar guantes y máscara cuando se manejan soluciones concentradas.

ZINC

Fórmula: Zn

Propiedades: Metal lustroso, agua.

Síntomas de intoxicación:

Tf = 907°C (sólido

quema fácilmente al calentarlo

Recomendaciones: Proteger los recipientes de daño físico y a hidrocarburos halogenados

a temperatura

al aire, soluble

ambiente)

en ácidos \

macenar en zonas secas.

/álcalis Insolubleen

>eporado de ácidos e

BIÓXIDO DE MANGANESO

Nombre: Bióxido de manganeso. Oxido de manganeso (IV). Pirolusifa (mineral)

Fórmula: Mn02

Propiedades: Sólido de color negro, insoluble en agua. Reacciona con solución de ácido clorhídrico y produce cloro gaseoso. Buen agente oxidante. Cataliza la descomposición del peróxido de hidrógeno, cloratos y perclorafos.

Recomendaciones: Almacenar en ambiente seco, separado de sustancias fácilmente oxidables y de soluciones de ácido clorhídrico.


Para reflexionar

¿Energía • Calor - Trabajo?

Son términos muy familiares para todos e instintivamente los asociamos con hechos o situaciones que afectan directamente a las personas. Calor y trabajo están integrados a nuestras diarias vivencias, pero con energía ya no es tan inmediata la relación y la tendencia es a identificarla con calor y trabajo. Por ejemplo, es común asociarla con el petróleo, el carbón, el gas, las bombas nucleares y los reactores.

En la mañana al levantarnos decimos con frecuencia: "hoy me siento con energía para trabajar"; tal vez sería mejor decir "me siento con ánimo para trabajar". Como puede verse le asignamos al término diferentes interpretaciones, desde unas que podríamos decir se aproximan a lo científico hasta otras que tienen que ver con nuestra forma de hablar y de dar sentido a estados de ánimo.

¿Qué se encuen t ra en los textos?

La definición clásica: "Energía es la capacidad de producir trabajo" (3), o "capacidad de hacer trabajo o transferir calor" (4); sin embargo, se manifiesta únicamente cuando se producen cambios o hacemos uso de ella, de lo contrario pareciera que no existe. Esto permite ampliar nuestra reflexión y buscar una aproximación que operativamente ayude a aclarar eso que llamamos "energía".

Es posible proponer que la energía es algo inherente (propio) a la materia, que se pone en evidencia cuando hacemos uso de ella de diferentes formas para producir efectos diversos: variar la temperatura de un cuerpo suministrándole "calor"; cambiar su posición en un estante al pasarlo de un entrepaño inferior a otro superior, acción en la que es necesario hacer un "trabajo" (fuerza en una distancia determinada) que se traduce en un aumento de la "energía potencial" del cuerpo.

En los dos casos mencionados se habla de "calor" y "trabajo", se relacionan con "energía", pero no se identifican con ella; no son la misma cosa.

Gordon M. Barrow (5) cita algunas palabras o frases que clasifica como extrañas o vagas y que se encuentran en libros de termodinámica y termoquí-mica: "el calor fluye", "calor es una forma de energía", "calor es energía en tránsito", "calor es un proceso o mecanismo por el cual la energía es transferida", "trabajo se transforma en calor". Si nos remontamos al siglo XVIII encontramos el "calórico" como el material por el que se manifiesta el "calor" y que puede fluir desde el objeto o hacia el objeto. Como todos sabemos el modelo del calórico se deshecho, pero se sigue usando el término "calor". Es claro, de todos modos, que se requiere de un objeto y alrededores de ese objeto para hablar de "calor y trabajo". En este sentido es común encontrar autores que estructuran ejemplos con el objetivo de visualizar el flujo de calor (6) (7); sin


embargo, son analogías que tienen en algunos casos la cualidad de desvirtuar el concepto, como que el equivalente a perder calor es ganar frío.

Como puede verse la situación no es fácil de discernir y en estas líneas no se pretende llegar a "definiciones" sobre energía, calor y trabajo, sino explorar caminos por los cuales sea posible aproximarnos a estos conceptos. Es oportuno entonces describir algunas situaciones de la vida diaria que podrían llevarnos a la meta propuesta.

Thomas E. Van Koevering (8) hace un análisis de la energía involucrada en la producción del maíz necesario para la obtención de alcohol por fermentación. Divide el proceso en dos partes: una la producción del maíz y otra la fermentación para obtener un litro de alcohol. Para la primera hace el balance entre la "energía" solar incidente por hectárea de cultivo y la "energía" almacenada en el maíz, y en la segunda hace el balance de la "energía" asociada con el proceso de fermentación y de combustión del alcohol producido. Se destaca en este estudio, que de la energía total incidente por hectárea entre el 0,43% y 0,80% queda almacenada como "energía química", principalmente en los carbohidratos.

¡Qué se hace el resto?

Se usa en procesos de respiración y evaporación (entre otros); es "energía" no útil para el proceso fotosintético.

Todos los días se habla por diferentes medios sobre los regímenes alimenticios para disfrutar de buena salud y una frase muy común es: sí se come mucho y se hace poco ejercicio el "exceso de energía se almacena como grasa"; no se habla de exceso de calor o trabajo.

Es posible entonces proponer que todo sistema: cuerpo, sustancia sólida, líquida o gaseosa, en cualquier situación posee internamente algo que llamamos "energía" y que tiene la propiedad de manifestarse en los alrededores del cuerpo o sustancia, por ejemplo, mediante el flujo de "calor" en uno u otro sentido. Además, un principio universal aceptado por la comunidad científica es que la energía se conserva sin importar el proceso al que esté vinculada.

Cambiando de contexto nos trasladamos a la sala de la casa, allí se calienta un ambiente prendiendo la chimenea; en este caso la "energía" almacenada en la madera se manifiesta como "calor" que fluye del sistema a mayor temperatura (leña en combustión) hacia los alrededores a menor temperatura. Por el contrario, cuando en la mañana al salir sentimos frío, implica que parte de nuestra "energía" la estamos cediendo al entorno en forma de "calor", porque estamos a una temperatura mayor que la del medio y esto conlleva la disminución de la temperatura de nuestro cuerpo a nivel de la piel.

Cuando ascendemos por las escaleras del primero al quinto piso de una edificación, podemos hacerlo gracias a la "energía" almacenada en nuestro cuerpo. Parte de ella se manifiesta de diferentes formas:


• Hemos ganado (aumentado) nuestra "energía potencial" (estamos en el quinto piso y partimos del primero), a expensas del "trabajo" que realizamos para desplazar la masa correspondiente a nuestro cuerpo.

• La temperatura del cuerpo aumenta, es decir que hemos generado "calor" a expensas de la energía a lmacenada en nuest ro cuerpo, principalmente en forma de grasa y que se libera por procesos de combustión en el proceso metabólico.

• Como el cuerpo humano tiende a mantener su temperatura dentro de determinados límites, parte del calor generado se consume en el proceso de evaporación.

Retomando el tema del almacenamiento y consumo de energía, se habla por diferentes medios sobre los regímenes alimenticios para disfrutar de buena salud, específicamente con las "dietas" que a diario nos son propuestas por diferentes medios para mantener la silueta y es común la afirmación: si se come mucho y se hace poco ejercicio el "exceso de energía" se almacena como grasa; no se habla de exceso de calor o de trabajo. Ante esto puede surgir la pregunta:

¿El ejercicio i i buena actividad para perder peso?

Se ha mencii nado previamente que uno de los medios que el cuerpo humano usa para ac .mular energía es la grasa. Al respecto John Will (9) presenta unos cálculos sen illos en los que, suponiendo que va a consumir 1 kg de grasa (equivalente a 7.710 kcal o 32.000 kj), mediante la energía necesaria para mantener un trote de 5 min/krn, equivalente a consumir 95 kcal/km (397 kj/km), llega a la conclusión que sería necesario recorrer 81 km. que a ia velocidad indicada tomaría 6 horas 45 minutos; y ¡ATENCIÓN! sin comer nada en el trayecto.

Cabe preguntar: ¿Qué se puede pensar de dietas que aseguran rebajar 0,4 kg. o más por día?

Al respecto el autor citado anota: "la combinación de hambre y ejercicio fuerte no consumirá más de 0,5 kg de grasa por día".

¿De acuerdo con esto cómo podría quemarse el exceso de grasa acumulada en el cuerpo?

Creando un déficit de "energía" para que el cuerpo acuda a las reservas; es decir, reducir la cantidad de calorías aportadas diariamente. Por ejemplo, si esta reducción equivale a 500 kcal/día (2.090 kj/día) respecto de la dieta y requerimientos normales, se necesitarían alrededor de 15 días para consumir 1 kg de grasa.

Moraleja, "a pesar de las mejores intenciones y propagandas no se puede violar la Ley de la Conservación de la Energía".

Cambiando nuevamente de contexto, y sin intención de profundizar en temas de la bioquímica, es posible mencionar algunas fuentes de energía fundamentales para el organismo, tema por demás complejo, pero que vale la


pena describir en nuestro contexto a un nivel muy general, pero por demás ilustrativo.

Cuando oímos la palabra diabetes e hiperglicemia es señal de peligro; pero ¿qué compuesto está asociado con estos fenómenos? Altos niveles de glucosa (carbohidrato) en la sangre. La reacción inmediata podría ser no consumir glucosa o alimentos que durante el metabolismo producen este compuesto; sin embargo, es la mayor fuente de energía para las células y la única para las células cerebrales y nerviosas. En el proceso de respiración celular se produce dióxido de carbono (C02), agua (H20) y ATE almacén este de "energía" que cuando se requiere puede usarse para hacer "trabajo". Al respecto Molly y Lawrence (10) indican que cerca del 44% de la "energía" generada en el proceso de respiración celular se almacena en el ATP; el resto (56%) se manifiesta como calor para mantener la temperatura del cuerpo y el exceso se libera por evaporación del sudor.

Para cerrar nuestra reflexión tomemos un ejemplo muy sencillo y hasta cierto punto rutinario. Cuando se rastrilla un fósforo se está haciendo un trabajo, parte del cual se transforma en calor que al elevar la temperatura de la cabeza del fósforo hace que sus componentes entren en combustión y se prenda. De ahí en adelante, por combustión de la cerilla, se libera energía: parte de ella la observamos como luz (energía radiante), otra parte la sentimos como calor y otra se almacena en los productos de combustión: dióxido de carbono (C02), agua (H20) y cenizas (óxidos). En este caso el trabajo realizado a expensas de la energía almacenada en nuestro cuerpo genera calor, a su vez inicia la generación de luz (otra forma de manifestación de la energía) y más calor por la combustión de la cerilla.

En respuesta a la inquietud inicial se ha analizado la situación desde diversos puntos de vista y contextos, para hacer notar que la "energía" está presente en la materia y se almacena por diferentes procesos, en tanto que "calor y trabajo" son dos de las varias formas en que se manifiesta.

Podemos concluir, por ahora, esta reflexión con al menos tres propuestas para aproximarnos a lo que llamamos energía.

• Todo sistema: cuerpo, sustancia sólida, líquida o gaseosa, en cualquier situación posee internamente algo que llamamos "energía" que tiene la propiedad de manifestarse hacia los alrededores del cuerpo o sustancia, por ejemplo, mediante el flujo de "calor" en uno u otro sentido.

• "Energía es la capacidad para producir varios tipos de cambio tales como mover un objeto de un lugar a otro, romper un enlace químico, remover un electrón de un átomo".

• "El ímpetu de una corriente de agua, la gasolina de un carro, una roca en la cima de una montaña, los músculos en el cuerpo, tienen la capacidad de causar cambios y, por tanto, poseen ENERGÍA".


Al término de esta reflexión podemos volver al esquema inicial e intentar modificarlo o complementarlo, con el fin de identificar las formas de manifestación de la energía almacenada como energía que hemos llamado química. En esta nueva etapa es posible que se generen más puntos de reflexión como puede ser: ¿cómo está presente o en qué forma consideramos está almacenada la energía química?

Bibliografía 1. D. Wink,/. Chem. Educ, 1992, 69,108-11. 2. D. P Mellor, Evolution ofthe Atomic Theory, Elsevier PCo.,N.Y.,2972, pág. 67. 3. Th. Brown et ati. Chemistry. The Central Science, Prentice Hall, Seventh De. N.J.,

2997, pág.16. 4. R W. Atkins, La segunda ley, Prensa Científica S. A. Barcelona, 1992 5. G. Barrow,/. Chem. Educ. 1988, 65,122-25. 6. Caries W.,/. Chem. Educ. 1997, 74, 397. 7. J. Forhman,/. Chem. Educ. 1993, 70,102. 8. T. van Koevering,/. Chem. Educ. 1987, 64,11-14. 9. J. Will,. /. Chem. Educ. 1981, 58,996.

10. M. Bloomfield; L. Stephens, Chemistry and Living Organism, Sixth De., J. Wiley, N.Y, 2996, pág. 36.


Apéndice - Reacciones químicas y energía

Habremos notado que los procesos químicos descritos como introducción a la experiencia del CAÑÓN DE HIDRÓGENO generan energía.

¿Qué tanta? Depende de los reaccionantes y de los productos de la reacción. ¿Como la expresamos? En CALORÍAS o JULIOS (nombre original Joule en in

glés). ¿Pero tenemos idea de la magnitud del calor generado por una reacción cuando

nos dicen produce 30 calorías? (125 J) ¿Es poco? ¿Es mucho? Cuando quemamos 1 Kg de carbón nos formamos una idea del calor producido

en esta reacción porque lo sentimos. ¿Cuántas calorías o julios se producen? Para responder a esto debemos, ante todo, definir la unidad correspondiente:

calorías (sistema c.g.s.) o julios (sistema m.k.s.).

CALORÍA (cal).Cantidad de calor que debe suministrarse a 1 g. de agua para aumentar la temperatura de 14,5°C a 15,5°C.

KILOCALORÍA (kcal). M i l calorías.

JULIO (J). Unidad de energía en el sistema m.k.s. igual a Newton x metro = 107 erg. Su relación con la energía calorífica se llama EQUIVALENTE MECÁNICO DEL CALOR.

1 CALORÍA = 4,18 JULIOS KILOJULIO (kj). Mil julios.

No todas las definiciones nos permiten captar inmediatamente el sentido físico de la propiedad. Veamos un ejemplo que ayudará a captar el sentido físico de un valor de energía dado en calorías o julios, relacionándolo con una situación familiar para nosotros: la combustión del carbón.

El CALOR DE COMBUSTIÓN del carbón se puede tomar como de 94,1 kcal/mol (393 kj/mol) y corresponde a la reacción:

C(S) + °2(g) *- C°2(g) + 9 4 ' ! k c a l (!) ( 3 9 3 kD

Hemos adicionado algo más: MOL. ¿Por qué? No podemos hablar de la energía producida o consumida en las reacciones químicas, sin hacer referencia a la unidad que nos indica una masa que podamos relacionar con la cantidad de reaccionantes o de productos que intervienen; esta unidad puede ser gramo (g), kilogramo (Kg), libra (Ib), mol-gramo (mol). En las reacciones químicas empleamos esta última.

Sabemos que un mol-gramo de carbono tiene una masa de 12 g. Esto nos indica que al quemar (combustión) completamente 12 g. de carbono, el calor generado es de 94,1 kcal o 94.000 cal. Podemos ver con claridad que la unidad de energía CALORÍA (4,18 J) es de una magnitud pequeña y una energía de 5.000 calorías (5 kcal o 20,9 kj)) es aun baja. Veamos un ejemplo. Si 1 lit. de agua a 17°C absorbiera 1 cal, la temperatura final sería de 17,001°C; aumentaría en una milésima de grado.

Volviendo a la reacción de combustión que ocurre en el cañón de hidrógeno, podemos trabajarla desde el punto de vista energético, siempre y cuando dispongamos de la información necesaria, esto es, calor de combustión del hidrógeno, volumen del tubo de


recolección de gases, presión atmosférica, temperatura y asignar valores a algunos parámetros, que por la modalidad de la demostración no son fácilmente medibles. Es el caso del volumen ocupado por la parte de los tapones, que está en el interior del tubo donde se recogen los gases.

Se ha determinado experimentalmente el calor generado o consumido por un gran número de reacciones químicas y esta información se encuentra en los textos y manuales de química. Para nuestra reacción,

H2(g) + (l/2)02(g) • H20(g) + Q (2)

encontramos que Q = 57,1 kcal/mol o 239 kj/mol (de agua producida o hidrógeno consumido). A partir de esta información y de las características de nuestro montaje, podemos calcular (aproximadamente) la energía liberada en nuestra demostración. Tomemos como base el esquema mostrado en la Figura 2 (correspondiente a la demostración).

De acuerdo con las dimensiones sugeridas para el tubo de vidrio, su volumen es:

VT = JI x r2 x h = 7r(0,75)2 x 8 =14,1 cm3

Asumiendo que el volumen ocupado por la parte de los tapones que entra en el tubo y de los electrodos es de 1 cm3, tendremos que el volumen ocupado por los gases (hidrógeno, oxígeno y vapor de agua) es de 13,1 cm3. Con esta información podemos aplicar la ecuación de los gases ideales para calcular la masa en moles de hidrógeno, sabiendo que hemos recogido la tercera parte de este volumen de hidrógeno, es decir 4,37 cm3. Las demás condiciones son:

P = 560 mmHg = 0,737atm. a condiciones de Bogotá (2600 msnm)

T = 17°C = 290 K

PvH20 =14 mmHg R= 0,082 lit.atm./mol. K

PH2 = (560 -14) mmHg = 546 mm Hg = 0,718 atm.

De la ecuación de los gases ideales PV = nRT, despejamos "n" (número de moles) y reemplazando los valores correspondientes a las demás variables encontramos que el número de moles de hidrógeno que reaccionaron es de 1,32 x 10"4 o sea 2,64 x 10-%.

Efectuado el mismo cálculo para el oxígeno, teniendo en cuenta que el volumen recogido es las dos terceras partes del volumen total, es decir 8,7 x IO-3 litros, encontramos que el número de moles presentes es de 2,64 x 10"4, o sea 8,44 x IO-3 gramos.

¿Tenemos agua en nuestro sistema? Sí. Como recogemos los gases sobre agua, existirá una masa de agua en estado

de vapor que ejercerá una determinada presión parcial. Por eso al hacer los cálculos para el hidrógeno y el oxígeno, se tiene en cuenta esta presión de vapor de agua.

Continuemos con nuestro análisis del proceso descrito por la ecuación (2). De

acuerdo con esta ecuación balanceada, por cada mol de hidrógeno se requiere media

mol de oxígeno; por tanto, las 1,32 x 10"4 moles de hidrógeno necesitan 0,66 x 10-4

moles de oxígeno para reaccionar por completo. En este caso el REACTIVO LIMP

IOS Comentarios sobre el discurso químico en la escuela

TANTE es el hidrógeno y después de la reacción sobrarán 1,98 x1o -4 moles de oxígeno. Por esta razón, los cálculos de agua producida o energía liberada se hacen con base en el hidrógeno, reactivo que se consume totalmente.

Para calcular la energía liberada empleamos el calor de combustión del hidrógeno, o sea la energía liberada cuando se quema un mol de hidrógeno para producir un mol de agua en estado gaseoso.

Q = 57,1 kcal/mol x 1,32x1o-4 moles = 7,5 xlO"3 kcal o 3,1 x IO"4 kj

= 7,5 cal. o 31 J

Si aplicamos este valor a nuestra definición de caloría, podemos calcular en cuanto variará la temperatura de 1 cm3 de agua (d = 1 gr/cm3), si absorbiera esta energía. Para ello aplicamos la relación:

Donde: Q: cantidad de calor producido o absorbido (7,5 cal para nuestro caso).

Q = m x Ce x t m

Ce

t

masa (1 gr. para nuestro caso)

calor específico del agua: 1 cal/g.°C.

Variación de temperatura (t2-tj) en oC. como t1 = 17°C.

Despejando t se obtiene para t2 un valor de 24,5°C

Esto nos indica que la energía generada por la reacción en la experiencia realizada, es suficiente para elevar la temperatura de 1 cm3 de agua de 17°C (temperatura ambiente) a 24,5°C. Si hacemos el mismo cálculo para 10 cm3 de agua (10 gramos), la temperatura final sería de 17,7°C; el aumento sería de 0,7°C.

¿Cuánta agua se produce en la demostración? Nuevamente acudimos a la estequiometría. De acuerdo con la ecuación (2), el

número de moles de agua producidas es igual a las de hidrógeno que reaccionan, es decir 1,32 x 10"4. En gramos sería:

mH20 = 1 ' 3 2 x 1 0 " 4 m o l e s x 1 8 g / m o 1 = 2,37xlO"3 g. = 2,37 mg.

Puede verse con claridad que las masas que se manejan en la demostración son muy pequeñas y, sin embargo sus efectos son destacables.

¿Qué se hace el calor generado en la reacción? Es absorbido por el sistema utilizado: tubo de vidrio, electrodos, tapones y por

la mezcla gaseosa formada por oxígeno sobrante, agua producida en la reacción (en estado de vapor) y la que originalmente estaba presente cuando se recogieron los gases. Al producirse la combustión, parte de la energía liberada es absorbida por los gases que se expanden con rapidez, empujando el tapón proyectil con tal fuerza que lo proyecta a una buena distancia.

Con este análisis complementario de la experiencia tenemos una idea más clara de la magnitud de la unidad CALORÍA, además, de haber aplicado conceptos del diario trabajo de la química: relaciones estequiométricas, calor de reacción, densidad, calor específico y algunas expresiones matemáticas que nos permiten manejarlos.


En la página siguiente se muestra un marco conceptual que integra aspectos de la demostración descrita.

Para reflexionar: presencia del oxígeno en el aire Es muy conocida y fácil de realizar la experiencia que busca mostrar la presencia de oxígeno en el aire. En esta experiencia se coloca una vela encendida bajo una campana de vidrio y se asume que la vela permanecerá encendida hasta que "se agote el oxígeno" presente en el aire encerrado en la campana.

Para hacer más claro el procedimiento la campana se coloca en un recipiente que contiene agua, como se muestra en el esquema (a), y a medida que el oxígeno se "consume" el nivel del agua asciende dentro de la campana (esquema b). En algunos textos o guías de laboratorio de química se usa esta experiencia para mostrar que el contenido de oxígeno en el aire es del 21%, porque esta es la proporción en que se observa la disminución del volumen dentro de la campana.

i \

^

YyMp_\

(b) ¿Se han preguntado si el valor hallado, cercano al 20%, realmente corresponde al oxígeno presente en el aire?

¿Se consume todo el oxígeno durante la experiencia?

¿Cuál es la reacción química que ocurre?

¿Esta reacción permite concluir algo sobre el contenido de oxígeno en el aire?

¿Están claramente definidas ias condiciones de trabajo?

¿Qué pasa con el 80% restante del aire cuando respiramos?

Estos y varios más pueden ser los interrogantes que surgen acerca de esta experiencia y lo que de ella se deduce en la mayoría de los textos que la presentan. Sin embargo, al analizar detenida y críticamente el proceso que se sigue, se confirman o resuelven las inquietudes planteadas.

Al revisar algunas publicaciones sobre este tema se encuentran variantes en el proceso por seguir, que intentan asegurar unas condiciones de trabajo y, al mismo tiempo, dan cuenta de la complejidad que puede tener una experiencia tan sencilla.

Veamos algunos de los aspectos principales que se pueden anotar. Birk y Law-son hacen un análisis de la experiencia y plantean cinco posibilidades de lo que puede ocurrir. Como se podrá apreciar es el resultado de un análisis cuidadoso del sistema con el cual se trabaja y de las propiedades de las especies químicas presentes.

Parten del supuesto de que los únicos productos de combustión son dióxido de carbono (C02) y agua (H20) y fundamentan sus alternativas en las características por todos conocidas de estos dos compuestos y de las posibilidades de interacción entre ellos, como son solubilidad del dióxido de carbono y condensación del agua producida.


Las posibilidades de comportamiento indicadas por los autores citados se pueden resumir así:

la. Todos los productos de la reacción permanecen en estado gaseoso. 2a. Todo el dióxido de carbono producido se disuelve rápidamente, pero el agua

permanece en estado gaseoso. 3a. El dióxido de carbono se disuelve rápidamente al igual que se condesa el agua. 4a. El dióxido de carbono permanece en estado gaseoso y el agua se condensa

rápidamente. 5a. Combustión incompleta al no consumirse todo el oxígeno presente.

Como puede verse estas posibilidades son razonables, pero pasan desapercibidas, por lo general, por las circunstancias en que se desarrolla, cuando se realiza la experiencia.

Cada una de las posibilidades planteadas tiene incidencia en el resultado de la experiencia y para establecerla se debe tener un punto de partida que para el caso de la vela es su constitución. Los autores citados asumen que el material de la vela es el hidrocarburo C25H52 (¿cómo se llama?) y, por tanto, la ecuación balanceada que describe o representa la reacción de combustión que ocurre es:

C25H52 + 38 0 2 • 25C02 + 26 H 2 0

Es claro que la ecuación no está completa, porque falta especificar el estado de cada una de las especies químicas que intervienen y si en el proceso se produce o absorbe energía; pero en aras del análisis que se va a hacer podemos dejarla así planteada.

De acuerdo con las condiciones de la experiencia, acordes con la necesidad que todo el oxígeno presente reaccione, éste es el reactivo limitante y es la base para establecer la masa o volumen de los productos de la reacción. Como ejemplo, los autores plantean su análisis para la segunda posibilidad así:

"En estas condiciones desaparecerían 38 moles de oxígeno, pero se producirían 26 moles de agua. El cambio en el volumen (ascenso en el nivel del agua) sería del 6,6% aproximadamente.

¿Cómo se llega a este valor? En primer lugar, se hace uso de la ecuación química que explícitamente indica la

relación en masa de reaccionantes y productos: de los reaccionantes entre sí y de los productos entre sí. Esto permite hacer los cálculos asociados con la estequiometría de la reacción.

En segundo lugar, no es que en realidad en la experiencia se manejen 38 moles de oxígeno (1.216 g) y 26 moles de agua (468 g); se manejan cantidades mucho menores, pero que guardan la misma proporción (38:26), es decir, que la variación relativa es la misma y por eso puede ser la base para calcular la variación en la cantidad de los gases presentes en la campana, antes y después de la experiencia.

En estas condiciones puede escribirse;

Estado inicial: 38 moles de O equivalente a 21%

Estado final: 26 moles de H 2 0 que equivalen a X = 14,4 %


Esto nos indica que el volumen de la masa gaseosa disminuye del 21% al 14,4 %, con una variación del 6,6% aproximadamente. Esto se refleja en el ascenso del nivel del agua en la campana.

Según el análisis realizado, ¿cuál de las posibilidades daría una variación de volumen muy cercana al 21%?

Con el objetivo de buscar mayor claridad, los autores citan una variante de la experiencia que consistió en colocar un ratoncito dentro de la campana y para su "sorpresa", después que se apagó la vela, "hecho que indicaría que el oxígeno presente se ha consumido", el ratoncito siguió moviéndose normalmente. Surgen entonces otra serie de inquietudes.

¿Se consumió durante la experiencia todo el oxígeno presente en la campana?

¿Qué explicación puede darse al hecho de que se apagó la vela a pesar de que todavía había oxígeno en la campana?

¿Es posible medir la proporción de oxígeno en el aire por este método?

¿Qué resultado se obtendría para las demás posibilidades planteadas?

Puede verse con claridad cómo una experiencia sencilla, descrita o al menos sugerida en algunos textos, tiene varios aspectos para analizar y, además, discutir críticamente su confiabilidad. Este proceso tiene indudablemente un carácter forma-tivo desde el punto de vista de abordar una problemática, con espíritu crítico y no como dogmas o cosas que se aceptan porque aparece escrito en un libro o simplemente conformarse con un resultado sin cuestionamiento alguno.

Bibliografía J. Birk; A. Lawson,/. Chem. Educ 1999, 76, 914. Chin-Fang. /. Chem. Educ. 1998, 75, 58. J. Birk; E McGrath; L. Gunter. /. Chem. Educ 1981, 58,804.


carbón

briquetas

velas

^ >

LIBERADO

i

en

puede ser

' r

ABSORBIDO

<

en

calorías ( c )

Julios ( J )

PRODUCIDO REQUERIDO

descrito por

REACCIÓN EXOTÉRMICA

'

como

r

REACCIÓN ENDOTÉRMICA

'

como

'

VARIACIÓN

P - V

por procesos de

explosivos

cobeza de

fósforo

gas (estufa)

cohetes

voladores

soplete


Reacciones químicas y electricidad Decíamos en la demostración anterior que cuando hablamos de ENERGÍA es posible que no la asociemos directamente con la Química, pero sí con la electricidad y fácilmente ir más allá: relacionar la electricidad con las reacciones químicas.

Podríamos imaginarnos cómo sería nuestra sociedad sin la electricidad, para hablar desde una sola perspectiva: sin pilas, sin acumuladores, sin recubrimientos para prevenir la corrosión, sin procesos electroquímicos industriales para producir bienes de consumo. Pero éste es otro tema que daría para un análisis por demás interesante porque permitiría echar a volar nuestra imaginación.

Retomando nuestro tema central en el esquema general de Wink25 que hemos tomado como referencia, destacaremos ahora la relación planteada: Reacciones químicas y electricidad.

Como puede verse, las posibilidades son variadas, pero hemos destacado solo una de ellas que será objeto de nuestra actividad y análisis en las siguientes páginas, mediante una serie de demostraciones que nos darán los elementos para trabajar algunos conceptos que nos serán útiles en el futuro. Por ahora nos centraremos en una de las relaciones que se pueden plantear para trabajar con las propiedades de los sistemas electro-químicos. Estas, como otras relaciones, serán objeto de futuros análisis en este escrito.

D.WinkJ. Chem. Educ. 1992, 69, 108-1 1.


La transformación de energía química en electricidad y viceversa, se clasifica como una vía de CONVERSIÓN DIRECTA en las dos direcciones; por tanto, los cambios que se presentan cuando ocurre esta conversión, se pueden detectar fácilmente utilizando diseños experimentales sencillos.

Si hacemos un poco de historia, tal vez el nacimiento de la ELECTROQUÍMICA se presentó en 1791, cuando el italiano LUIGI GALVANI observó el encogimiento convulsivo del músculo recién disecado de una rana, cada vez que el nervio correspondiente se ponía en contacto con dos metales diferentes. Pero le correspondió al también italiano ALESSANDRO VOLTA ser el precursor de su desarrollo y al inglés MICHAEL FARADAY ser el iniciador de los estudios que llevaron la aplicación de la electricidad a nivel industrial, con las bases que condujeron a la construcción del dínamo y que desembocó en la industria de la ELECTROQUÍMICA que hoy conocemos.

Puede ser oportuno mencionar una anécdota relacionada con Faraday. Cuando Faraday frente a científicos de la época realizó su experimento,

éste tan solo duró unos cuantos segundos. Uno de los "notables", en tono por demás descortés, le comentó: "y para que sirve algo que dura tan poco" y Faraday con la tranquilidad que lo caracterizaba le contestó: "¿para qué le sirve a usted un niño de tres meses?"

Al volver sobre nuestro objetivo inmediato, partimos del uso de fuentes de electricidad (pilas, fuentes de poder) como medio para inducir cambios químicos, proceso llamado ELECTRÓLISIS, estudiado en sus comienzos por el mismo FARADAY quien estableció las leyes que la describen y llevan su nombre.

Su desarrollo posterior mostró la íntima relación entre la electricidad y una gran variedad de reacciones químicas, que a pesar de ser objeto de amplios y profundos estudios, aún hoy día presentan numerosos interrogantes sin respuesta satisfactoria. Esto no ha sido obstáculo para que se haya construido toda una tecnología basada en los PROCESOS ELECTROQUÍMICOS, pilar del avance científico e industrial.

Dentro del gran número de reacciones químicas en que interviene o puede intervenir la corriente eléctrica, tomaremos algunas que por su sencillez y fácil visualización de los cambios presentados, nos permitirá observar en forma general el comportamiento ELECTRICIDAD-TRANSFORMACIONES QUÍMICAS, asociado en este caso con unos elementos químicos muy familiares para todos: Los halógenos cloro (Cl2), bromo (Br2) y iodo (I2), que por sus propiedades es posible obtenerlos en procesos de laboratorio sencillos o a nivel industrial, como sucede con la producción de cloro.

Obtención de halógenos y propiedades La base del trabajo es la electrólisis de soluciones de cloruro de sodio (NaCl), bromuro de sodio (NaBr) y ioduro de sodio (Nal), mediante el paso de una corriente eléctrica continua a través de dichas soluciones. Realizado el proce-


so, analizaremos algunas características de las soluciones resultantes en las cercanías de cada uno de los electrodos.

Pero ¿qué es un electrodo? Para no distraernos de nuestro objetivo central, en el Apéndice A se plantea una aproximación a lo que se conoce como electrodo.

Materiales: Recipiente de vidrio o plástico de unos 50 mL y boca ancha (el frasco de "compota" es ideal), tapa de madera o icopor para el frasco, minas de lápiz o portaminas, tubo de vidrio de 5 mm de diámetro, fuente de corriente continua de 6 V (4 pilas de linterna), alambre # 22 y caimanes para conecciones, jeringas desechables de 5 mL (2), tubos de ensayo de 12 x 100 mm (5), vidrio de reloj pequeño.

Reactivos. Soluciones acuosas al 5% (p/v) de cloruro de sodio, bromuro de sodio y ioduro de sodio (o de potasio), fenolftaleina (1% en etanol-agua 1:1), tetra-cloruro de carbono (CC1J, tinta para estilógrafo, solución de almidón al 1%.

Celda electroquímica

a. Partes de ía celda

Recipiente de la celda En la Figura 1 se muestra un esquema del recipiente de la celda, en el que se distinguen dos partes: el recipiente y un tabique separador que por orificios comunica los dos ambientes para asegurar la continuidad del circuito. Este tabique puede omitirse, caso en el que debe trabajarse con gran cuidado para evitar la mezcla de las soluciones de los alrededores de los electrodos

Vista lateral

Figura 1 Celda

Tapa de la celda

En la Figura 2 se muestra un esquema de la vista superior y lateral de la tapa de la celda. En los orificios grandes se acoplan los electrodos que se utilicen y por los pequeños se toma con una jeringa muestra de la solución de los alrededores de cada electrodo.

Orificios para extraer solución

Tapa vista superior Orificios paro electrodos

Figura 2 Tapo de la celda


Electrodos

Mina de 2mm Electrodos de grafito

Ai

Mina de2mm T Lápiz

Corrección pora extraer gases

Tubo de vidrio o jeringo

En la Figura 3 se muestran los electrodos, pueden ser minas de 2 mm para portaminas o lápiz negro común y corriente, al cual se le ha retirado de los extremos la cubierta de madera para dejar expuesta la superficie de la mina. En el primer caso, se debe tomar la precaución de raspar suavemente la superficie de la mina para retirar la fina capa que la cubre y dejar libre la superficie del

grafito. El electrodo colector de gases está conformado por un tubo de vidrio de 5 mm de diámetro y dentro de él, el electrodo de grafito (mina de 2 mm), sostenido por un tapón de caucho. Además, tiene una conexión para tomar la muestra. El tubo de vidrio puede reemplazarse por la parte exterior de una jeringa desechable que se presta para acoplar el electrodo y hacer el conducto para extraer los gases.

Electrodo colector de gases

Figura 3 Tipos de electrodo

b. Montaje de la celda

Las diferentes partes se acoplan como se muestra en la Figura 4, donde se toma como ejemplo el uso de lápices con los extremos libres como electrodos. Pueden también usarse minas de 2 mm para portaminas o minas de lápiz.

Electrodos

Orificio paro extraer A Orificio para extraer

SOl\ / " " ^ L S°IUCiÓn

/

Procedimiento

Consta de dos partes:

Figura 4 Celda para obtener halógenos

La obtención del halógeno por el paso de la corriente eléctrica a través de la solución. Pruebas sencillas con el halógeno obtenido. Estas se realizan a medida que se obtiene el halógeno y nos permitirán trabajar una serie de conceptos de gran aplicación en el estudio de sistemas químicos a nivel de laboratorio, de la vida diaria e industrial.


Primero nos centraremos en la obtención del halógeno (cloro, bromo o iodo) y luego se observarán algunas propiedades como color, solubilidad en solventes orgánicos, que conocidas darán base para discutir los cambios observados.

Es oportuno anotar que la corriente aplicada es CONTINUA, por tanto, tiene un polo positivo y otro negativo y de acuerdo con la conexión que se haga determinar la polaridad en la celda, aspecto fundamental para el análisis de resultados.

Obtención de halógenos

a. Llenar la celda con la solución correspondiente: cloruro de sodio (NaCl) o bromuro de sodio (NaBr) o ioduro de sodio (Nal), según el halógeno que se desea obtener. También pueden emplearse las sales correspondientes de potasio.

b. Hacer el montaje mostrado en la Figura 4.

c. Hacer pasar la corriente eléctrica durante mínimo tres minutos.

Pruebas con los halógenos obtenidos

Pasado el tiempo indicado se toman muestras de solución de los alrededores de cada electrodo con la ayuda de la jeringa con aguja. Con la muestra de solución hacemos las siguientes pruebas:

1. Unas gotas de solución tomada de las cercanías del electrodo negativo (cátodo) (donde se observa la mayor producción de burbujas) y que está conectado al polo negativo de la fuente o pila, se colocan en un vidrio de reloj o tubo de ensayo y se adicionan un par de gotas de solución de fenolftaleina. Observará la aparición de una coloración rosada.

2. La muestra de solución tomada de las cercanías del electrodo positivo (ánodo) (menor producción de burbujas o solución coloreada) y conectado al polo positivo de la fuente o pila, se distribuye en tubos de ensayo que contienen soluciones de bromuro y ioduro de sodio (o de potasio). Adicionar a cada tubo 1 mL de tetracloruro de carbono y agitar.

3. Tomar muestra de solución de las cercanías del electrodo positivo (menor producción de burbujas o solución coloreada), y adicionarle gota a gota una solución diluida (1:5) de tinta para estilógrafo.

4. Se repiten las operaciones anteriores después de hacer pasar la corriente eléctrica a través de soluciones de bromuro de sodio o ioduro de sodio (o de potasio), salvo que las pruebas del numeral a.2. se hacen con soluciones de cloruro de sodio y ioduro de sodio, en el primer caso, y con soluciones de cloruro de sodio y bromuro de sodio, en el segundo.


¿Qué son las burbujas que se forman en el electrodo negativo? ¿Qué carácter ácido-base presenta la solución cercana a este electrodo?

Recolección y pruebas con el gas producido sobre el electrodo negativo Para responder a la primera inquietud podemos recoger una muestra del gas producido y realizar algún tipo de prueba que nos permita reconocer al menos una de sus propiedades. Para lograr el objetivo utilizamos la celda mostrada en la Figura 5 y procedemos de la siguiente manera:

Electrodos

Orificio para extraer solución /Fuente

l*W\y

Tubo colector

Solución

Figura 5 Celda colectora de gases

a. Llenar la celda con solución al 5% de cloruro de sodio.

b. Con la jeringa extraer el aire encerrado en el tubo que tiene el electrodo negativo, hasta que se llene totalmente de solución y se cierra el paso de la manguera. Funciona muy bien la manguera de un equipo de venoclisis y la llave correspondiente.

c. Hacer pasar la corriente eléctrica hasta que el gas producido desplace la solución contenida en el tubo.

d. Con la j eringa se extrae el gas recogido y se proyecta con cuidado hacia la llama de un fósforo. Se apreciará una pequeña explosión. ¿Qué puede ser este gas? ¿Presenta propiedad de combustible o comburente?

Como confirmación de lo ocurrido en el proceso, se toma una muestra de solución de las cercanías del electrodo positivo y se distribuye en dos tubos de ensayo. Al primero se adicionan dos o tres gotas a solución de bromuro de sodio y al segundo la misma cantidad de solución de ioduro de sodio. Luego al primer tubo se adicionan unas gotas de tetracloruro de carbono (CC14) y al segundo una a dos gotas de solución de almidón. ¿Por qué se obtienen dos fases cuando se adiciona tetracloruro de car

bono (CCLJ? ¿Cómo podría saber a qué corresponde la capa superior y la inferior? ¿Por qué una de las fases se colorea? ¿Qué se observa cuando se adiciona la solución de almidón?

Discus ión ( l a . Parte)

La información recogida es abundante y son varios los conceptos que podemos trabajar.


Los cambios que ocurren en la celda por acción de la corriente eléctrica son similares para cada una de las soluciones empleadas y por sus características se clasifican como de OXIDACIÓN-REDUCCIÓN. Veamos qué reacción química ocurre sobre cada electrodo.

Pero antes de discutir los cambios observados por acción de la corriente eléctrica, debemos analizar algunas características de las soluciones con las que se trabajó y el estado físico de los halógenos.

Las soluciones son de sales muy solubles y contienen los iones correspondientes. Responden al proceso general:

MXM •M+i , + X-1, , , (s) „ _ (ac) . (ac)

sal LLO iones

Por tanto, en cada una de las soluciones empleadas se tiene: Cloruro de sodio iones Na+ 1 y CE1

Bromuro de sodio iones Na+ 1 y Br_1

Ioduro de sodio iones Na+ 1 y I-1

Los iones presentes en la solución se van a "modificar" por acción de la corriente eléctrica; el proceso general es:

A/r + l Corriente -KtQ 9 Y - 1 Corriente y m (ac) eléctrica 1 V i (s) Z A (ac) eléctrica A 2 ( g )

Por su distribución electrónica cada uno de los halógenos tiene la posibilidad de unirse entre sí, mediante un enlace covalente, de tal forma, que como elemento la unidad básica es la molécula biatómica, pero ei estado físico en condiciones ambientales es diferente en cada caso.

En el cloro las unidades Cl2 no se atraen entre sí; se comportan individualmente y por eso es un gas. En el bromo la posibilidad de interacción de las unidades Br2 es de tal magnitud que se forma un conjunto con las características de un líquido. Finalmente, en el yodo, los átomos son más grandes, con una posibilidad de asociación alta de las unidades I2 y se obtiene un sólido.

Reacciones sobre el electrodo positivo (ÁNODO)

Sobre este electrodo se forma el halógeno correspondiente en estado elemental, con estado de oxidación cero, y como se parte de un estado de oxidación negativo, allí ha ocurrido la OXIDACIÓN. Las reacciones correspondientes son:

2CK . - 2e- ». CL . (ac) 2(g)

2Br1(ac) - 2e~ * Br2(1)

2 K , - 2e- • L , (ac) 2(s)


En el primer caso se nota un burbujeo, indicativo de que se desprende un gas sobre el electrodo. Comprobamos que parte de ese gas se disuelve en el agua, porque al adicionar unas gotas de esta solución a soluciones que contienen ion bromuro (Br_1) o ioduro (I-1), se observa la formación de bromo o iodo por la aparición de la coloración amarilla del bromo o rojiza del iodo. En otras palabras, el cloro (Cl2) ha DESPLAZADO al ion bromuro y al ion ioduro de las soluciones correspondientes; estos últimos se han oxidado por acción del cloro elemental y éste, a su vez, se ha reducido a cloruro. Lo observado lo podemos describir mediante las siguientes ecuaciones:

Cl2 (g) + 2Br\ a c ) .2CL ( a c ) + Br2(1) Cl2(g) + 2V\ac) . 2CH(ac) + I2(s)

Para confirmarlo, adicionamos un solvente orgánico no miscible con el agua como tetracloruro de carbono (CC14), disulfuro de carbono (CS2) o éter etílico (C2H5-0-C2H5) y vemos que después de agitar y dejar en reposo se separan dos capas: la capa acuosa incolora y la orgánica, ahora coloreada. Se ha extraído el halógeno del medio acuoso y pasado al medio orgánico. Este último proceso se describe por la Ley de Reparto. Ver Apéndice B.

En el medio acuoso quedarán los cloruros, cuya presencia puede comprobarse adicionando a esta solución (previamente separada de la parte orgánica) unas gotas de solución de nitrato de plata (AgN03) o nitrato de plomo (Pb(N03)2), por la producción de los cloruros metálicos correspondientes, sólidos de color blanco.

Otro hecho para destacar es el burbujeo abundante, que nos lleva a deducir que el cloro es poco soluble en agua: de lo contrario la solubilización sería en mayor proporción y el burbujeo menor.

Con la solución de bromuro de sodio (o potasio), se produce bromo elemental sobre el electrodo positivo. Por lo observado, este elemento debe ser algo más soluble que el cloro, porque hay menor burbujeo y la solución se colorea rápidamente. Al tomar solución de las cercanías de este electrodo y adicionarla gota a gota a soluciones de cloruro y ioduro de sodio, contenidas en sendos tubos de ensayo, notamos cambio en el tubo que contiene la solución de ioduro, lo que nos indica que el bromo desplaza al yodo, pero no al cloro. En otras palabras el bromo OXIDA al ion ioduro a iodo elemental y a su vez se reduce a bromuro. La reacción correspondiente la representamos mediante la ecuación:

Br2(ac) + 2 ^ ( a c ) - 2 B ^ ( a c ) + ^(ac)

Podemos hacer la extracción del iodo con un solvente orgánico (igual que en el caso anterior), o adicionar a la solución acuosa de iodo unas gotas de solución de almidón y obtenemos la coloración azul característica.

Con la solución de ioduro de sodio (o potasio), se produce iodo elemental sobre el electrodo positivo. Se observa que inmediatamente se forma va hacia el fondo del recipiente; poco a poco se va solubilizando en el agua y no


hay burbujeo; por tanto, no es un gas. Al adicionar gotas de solución de las cercanías de este electrodo a soluciones de cloruro y bromuro de sodio (o de potasio), observamos simplemente la coloración debida al iodo. Para comprobar que este elemento sigue en la solución acuosa adicionamos unas gotas de solución de almidón. Se obtiene una coloración azul intensa, característica de este elemento en presencia de almidón.

¿De qué otros elementos se dispone para describir las reacciones observadas?

Las reacciones de oxidación-reducción, características de las pruebas efectuadas, se han descrito con base en las observaciones realizadas. Sin embargo, se dispone de otra característica de estos procesos para describirlos, explicar su ocurrencia y aun predecir su curso o desarrollo. De acuerdo con el modelo aplicado, toda reacción de oxidación-reducción implica un flujo de carga eléctrica (electrones) y, por tanto, se genera un potencial, característico para cada reacción. Esta propiedad se ha organizado en la Tabla de Potenciales de Reducción, que en algunos textos de química básica se presenta como Serie electromotriz.

Para ampliación de esta temática ver el Apéndice C. En la tabla presentada en este Apéndice se encuentran una serie de reac

ciones de reducción con su correspondiente potencial, característica esta que nos permite analizar, desde otra perspectiva, las reacciones ocurridas en la demostración.

En esta Tabla ubicamos las especies que hemos identificado en las pruebas realizadas con los halógenos obtenidos, determinamos la ecuación que describe la reacción y complementamos la descripción con el valor y el signo del potencial correspondiente. No olvidar que en esta Tabla encontramos la ecuación de reducción, pero si necesitamos la ecuación de oxidación (porque es la reacción que ocurre), cambia el signo del potencial y se mantiene el valor numérico.

Con estas observaciones volvamos a las ecuaciones químicas con las cuales hemos descrito las reacciones planteadas en la demostración y ampliemos la descripción con el valor y signo del potencial correspondiente.

Primero analicemos las ecuaciones que describen las reacciones que ocurren cuando adicionamos solución de las cercanías del electrodo positivo donde se obtuvo el cloro (Cl2), a soluciones que contienen iones bromuro (Br~) y ioduro (I").

Cl2(g) + 2e- _

2Br-(ac)-2e~

Cl2(g) + 2Br-(ac) _

Cl2(g) + 2e- _

2L;ac)-2e-

C 1 2( g ) + 2 I ' ( a c ) -

»-

•

•

•

•

•

2 C 1 V) B r 2( l )

2C1~(ac) + Br2(l)

2 C 1 V) 2(s)

2 C 1-(aO + I2(s)

+ 1,39 V

-1,06 V

+ 0,33 V

+ 1,39 V

- 0,53 V

+ 0,86 V


Las ecuaciones correspondientes a las reacciones cuando se adiciona solución de las cercanías del electrodo positivo donde se obtuvo el bromo (Br2), a solución que contiene iones ioduro (I").

Br2(1) + 2e- _

2I-(aC)-2e-Br2(l) + 2I"(ac) -

— 2Br-(ac)

* !2(s)

• 2Br(ac) + I2(s)

+ 1,06 V

-0,53

+ 0,53 V

¿Qué tienen en común las ecuaciones que describen las reacciones? Poseen potenciales totales POSITIVOS y hemos observado experimen-

talmente que las reacciones ocurren. Cuando se plantea que sucede lo contrario, es decir, cuando se adiciona

solución de las cercanías del electrodo positivo donde se obtuvo el yodo (I2) a soluciones que contienen iones cloruro (CE) o bromuro (Br") se obtiene:

I2(s) + 2e- -

2Br- (ac)"2e- -

I2(s) + 2Br-(ac) _

I2(s) + 2e- -

2Cl- ( ac )-2e- -Br2(i) + 2Cl"(ac) -

•

•

•

•

•

•

2 IV) B r 2( l )

2I~(ac) + Br2(l)

2IV) Cl ^ 2 ( g )

2 B r " ( a c ) + C 12(g)

+ 0,53 V

-1,06 V

- 0,53 V

+ 0,53 V

-1,39 V

- 0,33 V

¿Qué tienen en común las ecuaciones que describen estas reacciones? Poseen potenciales totales NEGATIVOS y no hay evidencia experimen

tal de que ocurran.

Conclusiones (la. Parte) Del análisis realizado podemos concluir varias cosas.

1. Por medio de la corriente eléctrica podemos provocar cambios químicos en los que se presentan procesos de oxidación-reducción.

2. En el ánodo o electrodo positivo se presenta la oxidación y en el cátodo o electrodo negativo la reducción.

3. Por la oxidación de un haluro (Cl-1, Br-1,1-1) se obtiene el halógeno correspondiente en estado elemental (Cl2, Br2,12).

4. Comparando la capacidad oxidante de los halógenos entre sí, disminuye del cloro al iodo. (Cl2 > Br2 > I2). Las reacciones totales planteadas tienen potenciales POSITIVOS.

5. En forma general se dice que el cloro desplaza al bromuro o al ioduro de sus soluciones; el bromo únicamente desplaza al ioduro. Lo con-


trario no ocurre porque las reacciones totales poseen un potencial NEGATIVO.

6. La capacidad oxidante del cloro (Cl2) también se evidencia por la decoloración de la solución de tinta.

7. El cloro es menos soluble en agua que el bromo y el iodo. 8. Los halógenos bromo y iodo son más solubles en tetracloruro de carbo

no y en disulfuro de carbono que en agua.

Discusión (2a. Parte)

Reacciones sobre el electrodo negativo (CÁTODO)

No hemos olvidado lo que ocurre en el electrodo negativo o cátodo, sobre el cual se produce un burbujeo abundante y la solución de sus alrededores se colorea de rojo en presencia de fenolftaleina.

Sobre el electrodo se presenta la reacción de REDUCCIÓN; a él se dirigen los cationes (iones positivos) e inmediatamente pensamos en el sodio, elemento metálico del grupo 1 de la Tabla Periódica. Podríamos esperar que se viera la formación de una película (recubrimiento metálico) sobre el electrodo, pero éste no cambia su aspecto y lo que observamos es el desprendimiento de un gas.

¿Cómo explicaríamos el hecho experimental observado? Podríamos plantear que el ion sodio (Na+) se reduce a sodio metálico

(elemento alcalino muy activo frente al agua) y reacciona de inmediato con la producción de hidrógeno e incremento de la concentración de iones hidroxilo (OH~), originando un medio alcalino responsable de la coloración roja cuando se adiciona ia fenolftaleina. La reacción correspondiente es:

2Na° + 2 H 2 0 *H2(g) + 2Na+(ac) + 2(OH")(ac)

En esta forma se podría explicar la observación realizada y que se presenta en algunos textos de química básica. Sin embargo, el ion sodio no es la única especie en posibilidad de reducirse; si analizamos bien el sistema el hidrógeno proveniente del agua también puede hacerlo y con las observaciones hechas no es posible resolver la situación.

Acudimos nuevamente a la Tabla de Potenciales de Reducción y allí encontramos:

Na+ + 1 e~ • Na° - 2,71 V 2H 20 + 2 e- ^ H2(g) + 2(OH")(ac) - 0,83 V

Como lo mencionamos en la discusión de la primera parte, el SIGNO NEGATIVO del potencial de una reacción lo asociamos con un proceso no realizable, al menos en condiciones de trabajo normales; es decir, que puede interpretarse en el sentido que en tanto mayor sea el valor numérico del po-


tencial negativo (tal como está escrita la ecuación) tendrá más tendencia a perder electrones y, en el proceso de reducción se ganan.

Se puede plantear entonces que se necesitará un mayor potencial externo para reducir una especie química, cuando su potencial de reducción es mayor y negativo porque la barrera que se debe superar es mayor. En nuestro caso es superior la barrera en la reducción del sodio que del hidrógeno del agua; es decir, que en la demostración realizada el hidrógeno gaseoso proviene del agua y no por la reacción entre el sodio elemental y el agua. Para reducir el sodio se requiere de un potencial externo alto.

El análisis anterior permite llamar la atención en el sentido de que para explicar una observación experimental debe hacerse una análisis del sistema con el cual se está trabajando y utilizar conceptos relacionados con el sistema en estudio y que den base para describir, en la forma más completa posible, las reacciones que ocurren y así estructurar sustentaciones "más cercanas a la realidad", y dejar de lado aquellas no satisfactorias o aún herradas.

Conclusiones (2a. Parte)

Del análisis realizado podemos deducir las siguientes conclusiones: 1. En una celda electroquímica la reducción se presenta en el cátodo. 2. Si hay varias especies químicas que pueden reducirse (u oxidarse) por

acción de una corriente externa, la reacción que ocurra depende del voltaje aplicado y de la barrera de potencial que se debe superar.

3. El hidrógeno gaseoso producido sobre el electrodo negativo proviene de la reducción del hidrógeno del agua.

4. Se comprueba la presencia de hidrógeno por la explosión que se presenta durante la combustión del gas.

Conceptos aplicados

Oxidación, reducción, ánodo, cátodo, solubilidad, reacción de desplazamiento, intercambio electrónico, oxidante, reductor, extracción líquido-líquido, indicador ácido-base, combustión, celda electroquímica, potencial de reducción, actividad química, catión, anión.

Proyección

Lo realizado en esta experiencia es un ejemplo de reacciones químicas producidas por la corriente eléctrica; es posible realizar trabajos similares con soluciones de diferentes compuestos, por ejemplo, para efectuar procesos de recubrimiento como niquelados, cromados, plateados y dorados, que serán tema de experiencias que analizaremos más adelante. Todos conocemos pro-


cesos en que ocurren reacciones de oxidación-reducción como es la prevención de la corrosión, la fotosíntesis, la minería (obtención de metales), la fotografía y el uso de combustibles entre otros.

Precauciones

Los reactivos que se manejan en esta experiencia tienen potencialidad tóxica baja; es el caso de los haluros de sodio que utilizamos en solución. La cantidad que se maneja de cada halógeno y solventes orgánicos durante la experiencia es tan pequeña, que no justifica tomar precauciones diferentes a las normales.

Sin embargo, es necesario conocer algunas características de estos elementos y de los solventes orgánicos que se utilizan.

CLORO

Nombre: Cloro

Fórmula: Cl2

T(eb) = -34°C Gaseoso a temperatura ambiente.

Propiedades: Gas amarillo verdoso, olor sofocante, ligeramente soluble en agua, soluble en alcohol, fuertemente oxidante, forma mezclas explosivas con gases inflamables.

Síntomas de envenenamiento: Irritación de ojos, dificultad para respirar, dolor de cabeza, náuseas, vómito, debilidad, cianosis, edema pulmonar.

Recomendaciones: Cuando se trabaja con halógenos en estado elemental debe usarse careta, guantes y operar

en una vitrina.

Si cae en los ojos o entra en contacto con la piel debe lavarse con abundante agua. En caso de inhalación colocar al paciente en sitio aireado y suministrar un broncodilatador.

BROMO

Nombre: Bromo

Fórmula: Br2

Tf = -7,3°C. Te = 58,9°C Líquido a temperatura ambiente.

Propiedades: Líquido rojo oscuro, volátil, olor sofocante, soluble en solventes orgánicos comunes, ligeramente soluble en agua, ataca metales y tejido orgánico, vapores irritantes.

Síntomas de envenenamiento: Ulceración de la córnea, quemaduras en la piel, dolor de cabeza, coloración

oscura de la lengua y superficies mucosas, bronquitis, náuseas, diarrea.

Recomendaciones: Lavar con abundante agua y jabón las áreas de la piel afectadas. Si es inhalado colocar a la persono en sitio aireado. Si es ingerido hacer lavados gástricos. Las quemaduras sobre la piel pueden tratarse con una pasta de bicarbonato de sodio.


IODO

Nombre: lodo

Fórmula: I,

Tf = 113,5°C Sólido a temperatura ambiente.

Propiedades: Láminas de lustre metálico y color rojizo, olor característico, sublima fácilmente, soluble en alcohol, disulfuro de carbono, cloroformo, tetracloruro de carbono y soluciones alcalinas. Muy soluble en soluciones acuosas de ioduros. No es combustible.

Síntomas de envenenamiento: Sobre la piel produce laceraciones. Inhalado causa conjuntivitis, rinitis, faringitis, náuseas, dolor de cabeza, dificultad para respirar. Ingerido causa quemaduras en la boca, vómito, diarrea, fiebre, hematuria.

Recomendaciones: Las áreas contaminadas deben lavarse con solución al 5% de fiosulfato de sodio. Si es ingerido hacer lavados gástricos con la solución indicada antes. Colocar a la persona en un sitio aireado.

DISULFURO DE CARBONO

Nombre: Disulfuro de carbono. Anhídrido ditiocarbónico

Fórmula: CS2

T e = 46°C Líquido a temperatura ambiente.

Propiedades: Líquido incoloro o ligeramente amarillo, muy inflamable, soluble en alcohol, éter, cloroformo, ligeramente soluble en agua. Quema con llama azul.

Síntomas de envenamiento: Acción secante sobre lo piel, causa náuseas, vómito, conjuntivitis.

Recomendaciones: Se debe usar en sitios ventilados; si cae en los ojos lavar con abundante agua, si cae sobre la piel lavar con abundante agua y jabón. Si es inhalado suministrar oxígeno o colocar a la persona en sitio ventilado. Si se inflama (prende) apagar con arena seca.

TETRACLORURO DE CARBONO

Nombre: Tetracloruro de carbono. Tetracloromefano. Perclorometano.

Fórmula: CCI4

Te = 76,6°C Líquido a temperatura ambiente.

Propiedades: Líquido incoloro, miscible con alcohol, éter, cloroformo; insoluble en agua. No combustible.

Síntomas de envenenamiento: Irritación en los ojos, dolor de cabeza, diarrea, náuseas.

Recomendaciones, Irrigar las zonas afectadas con agua y jabón. Los ojos lavarlos con abundante agua. Si es ingerido hacer lavados gástricos y colocar a la persona en sitio aireado.


Apéndice A - ¿Qué es un electrodo?

Seguramente en diversos momentos y contextos hemos oído o leído la palabra "electrodo". Por ejemplo, ya sea en la realidad cercana o en cine se mencionan los términos electroencefalograma o electrocardiograma, y a las personas que deben tomarse estos exámenes les colocan sobre la piel o el cuero cabelludo unas pequeñas piezas, conectadas a un instrumento registrador. Este pequeño aditamento que sirve de contacto o puente de comunicación entre el cuerpo y el instrumento registrador se denominó inicialmente ELECTRODO, pero hoy en día se conoce más como sensor.

En otro contexto, tal vez muy particular, laboratorio o salón de clase, hemos visto directamente o dibujado el equipo para realizar la descomposición del agua (electrólisis del agua), como el que se muestra en el esquema adjunto.

Se distingue con claridad el límite entre la solución y la pieza metálica sobre la cual se producen los gases hidrógeno (H2) y oxígeno (02), cuando se hace circular la corriente eléctrica.

En los ejemplos mencionados se identifica el componente metálico que sirve de intermediario entre un medio: la piel, un sólido o una solución, y el instrumento registrador o productor de electricidad.

agua gotas de ácido sull

electrodo electrodo

Este componente se llama ELECTRODO y, en general, se asocia con una carga eléctrica, es decir que en una celda habrá un polo positivo y un polo negativo. Analicemos un poco más esta característica.

En general, los metales son buenos conductores de la electricidad y sin pretender una discusión de por sí algo compleja, asumamos que el flujo de corriente eléctrica se asocia con electrones que circulan por el medio metálico.

electrodo deZn

Puente salino

x í Zn'

CÁTODO

1/ so,

electrodo j t y de Cu

Cu+!

¿Pero qué pasa con las soluciones? ¿Qué les permite se conductoras de electricidad?

La presencia de unidades (simples o compuestas), con carga eléctrica positiva o negativa las llamamos IONES. Es decir, que en las soluciones no son los electrones los responsables de la circulación de la corriente eléctrica. Esto lleva a establecer que es sobre los electrodos donde ocurren los procesos de oxidación (pérdida de electrones) y de reducción (ganancia de electrones).

En un buen número de textos de química básica presentan la pila sencilla, conformada por el par zinc-cobre cuyo esquema se presenta en la figura.

La reacción de oxidación es:

Zn° - 2e- Zn +2


y la reacción de reducción es:

Cu+ 2 + 2e-- •Cu°

Los electrones liberados por el zinc circulan por el circuito exterior, originando una deficiencia de carga negativa y, por tanto, es el electrodo POSITIVO o ÁNODO; a su vez los electrones se acumulan en el electrodo de cobre originando una carga negativa, es el electrodo NEGATIVO o CÁTODO.

Conclusión: Sobre el ÁNODO o electrodo POSITIVO ocurre la oxidación. Sobre el CÁTODO o electrodo NEGATIVO ocurre la reducción.

¿Qué pasa en la solución? En las cercanías del ÁNODO se aumenta la concentración de iones Zn + 2 y los

iones Cu+ 2 de las cercanías del CÁTODO toman electrones y se reducen, dando como resultado el depósito de cobre metálico (elemental) sobre este electrodo. Por otra parte, los iones sulfato (S04~

2) "migran" a través de la solución para mantener la electroneutralidad de la solución.

CÁTODO ¿Qué pasa en el caso de una celda ELECTROLÍTICA? En este tipo de celda por acción de la corriente eléc

trica se producen cambios químicos. Es el caso de los procesos de recubrimiento protector de superficies metálicas (dorado, plateado, niquelado, cromado,...).

Como ejemplo tomemos una celda sencilla para niquelado, en donde se recubre con níquel una pieza de hierro. Ésta debe ser el electrodo donde ocurre la reducción (CÁTODO o electrodo negativo); en el otro electrodo debe ocurrir la oxidación (ÁNODO o electrodo positivo) y puede usarse una barra de níquel para reponer el níquel que sale de la solución por reducción.

La reacción correspondiente en el electrodo positivo es:

OXIDACIÓN. Ni° - 2e- - • N i +2

Sobre el otro electrodo ocurre la reducción de los iones N + 2 presentes en la solución y que se depositan sobre la pieza de hierro recubriéndola.

REDUCCIÓN: NC 2 + 2e - •Ni 0

Conclusión: Sobre el ÁNODO o electrodo POSITIVO ocurre la oxidación. Sobre el CÁTODO o electrodo NEGATIVO ocurre la reducción.

Puede verse claramente que sea una celda galvánica o electrolítica, la reacción de oxidación ocurre en el ánodo o electrodo positivo y la reacción de reducción ocurre sobre el cátodo o electrodo negativo.

¿Cuál es el papel de los electrodos? Servir de medio de contacto entre la solución y el circuito externo; en forma más

general entre un medio conductor no metálico y un circuito conductor metálico. En el APÉNDICE C se amplía y profundiza sobre los procesos de oxidación-

reducción.


Apéndice B - Ley de reparto Para comprobar la formación del halógeno por reacción del cloro con soluciones de bromuro de sodio y ioduro de sodio, se adicionó un solvente orgánico no inmiscible (no soluble) con el agua; el resultado es la coloración de la capa orgánica y decoloración de la fase acuosa. Como el responsable de la coloración es el halógeno formado (bromo o iodo), esta observación nos permite concluir que el halógeno pasó del agua al solvente orgánico; en otras palabras, el solvente orgánico extrajo el halógeno del agua. Este comportamiento se describe mediante el concepto de solubilidad y se cuan-tifica mediante las relaciones que describe la LEY DE REPARTO.

¿En qué consiste esta ley? De la prueba realizada en la demostración se deduce: cuando un soluto (en nues

tro caso el halógeno) y dos solventes no miscibles se ponen en contacto y agitan vigorosamente, al dejar en reposo los líquidos se separan y el SOLUTO SE DISTRIBUYE ENTRE LOS DOS SOLVENTES, de acuerdo con la solubilidad del halógeno en cada uno de ellos.

E x p r e s a d o e n otra forma, cuando el sistema se deja en reposo para que alcance el equilibrio la relación entre las concentraciones del soluto en cada solvente es igual a la relación de las solubilidades del soluto en cada solvente.

Si a una solución acuosa de iodo se adiciona éter etílico (C2H5-0-C2H5) o tetracloruro de carbono (CC14) y se agita el conjunto, la mayor parte del soluto se pasa a la fase orgánica, por ser este halógeno más soluble en estos solventes que en el agua. El iodo es 200 veces más soluble en éter que en agua, por tanto, el soluto se distribuirá entre los dos solventes en la relación de 200:1. Esta es una forma de expresar la Ley de Reparto que se describe mediante la relación:

Kr = Jk^h.: . I (agua)

( r \ ^ijeter)

liagua)

200

1

donde: Kr = coeficiente de reparto o distribución. S, = solubilidad del iodo C, = concentración del iodo

Para el tetracloruro de carbono esta relación es de 85:1; es decir, que de 86 partes de soluto 85 pasan a la fase orgánica de tetracloruro.

Si un proceso de este tipo se repite varias veces, es decir se hacen extracciones sucesivas, es posible extraer prácticamente todo el soluto presente inicialmente en el agua.

Por ejemplo, después de mezclar volúmenes iguales de e roe oruro tetracloruro de carbono y solución acuosa de iodo y dejar en de carbono , , fe .... . . . . J '

fe reposo hasta alcanzar el equilibrio, los dos solventes se separan (no son miscibles). El solvente orgánico por ser más denso

llove de qU e e\ a g u a Va al fondo del recipiente (ver figura). Si el sol-P vente orgánico es menos denso que el agua quedará en la

parte superior. Al determinar la concentración de iodo en la fase orgánica se encuentra que el

85/86 de la cantidad inicial se encuentra en ella. Si hemos partido de 0,5 g de iodo en la

130 Comentarios sobre el discurso químico en ia escuela

V-

capa acuosa, después de una primera extracción 85/86 de la cantidad total de iodo ha pasado a la fase orgánica. Al separar el tetracloruro, mediante el embudo mostrado en la figura, y hacemos una nueva extracción con otro volumen igual de tetracloruro de carbono, se extraerá 85/86 del iodo remanente en el agua. De esta forma, por extracciones sucesivas, la concentración de iodo en la capa acuosa se puede reducir a un valor muy pequeño.

¿Qué sustancias pueden separarse por este método? Los que tengan una solubilidad marcadamente diferente en los dos solventes.

En tales condiciones una extracción es suficiente para lograr una separación casi completa. Si la solubilidad en los dos solventes es cercana, se requerirá un mayor número de extracciones sucesivas.

Ejemplo 250 mL de agua contienen 12,5 g de cloruro de mercurio (II) y se adicionan 125 mL de éter. Calcular la masa de compuesto que se disuelve en el éter. El coeficiente de reparto (agua/éter) del compuesto tiene un valor de 0,45.

Solución. En el éter se disuelven "x" g del soluto y su concentración (C2) es:

C = — J -2 125 mL

En el agua quedan (12,5 - x) g del compuesto y su concentración (Cj) es: 12,5 - x g

C 1 = -250 mL

De acuerdo con la expresión del coeficiente de reparto se tiene:

12 ,5 -* c i 250

c2 J L 125

Q (12,5-*)125 Q 1 5

C2 250x

x = 6,58 g

Respuesta: En el éter se disuelven 6,58 g del soluto. En el agua quedan 5,92 g Porcentaje extraído 52 %

Si el proceso se repite sobre el remanente de compuesto que permanece en la fase acuosa, extrayendo con 50 mL de éter, podemos calcular lo que aún queda en la capa acuosa. Veamos:

En el éter se disuelven "y" g y su concentración C2 es:

C - - 2 -y g -2 50 mL


En el agua quedan (5,92 - y) g y su concentración Cj es:

c _ 5,92-y g 1 250 mL

Reemplazando en la relación del coeficiente de reparto se obtiene:

Q = ^ 2 - y ) 5 0

C2 250y Y -1,82 g

Respuesta: En el éter se disuelven 1,82 g En el agua quedan 4,10 g Porcentaje extraído 30 %

El porcentaje extraído la segunda vez es menor porque el volumen de solvente extractor es menor que el utilizado en la primera extracción.

Conclusión: La masa total extraída es 8,4 g Porcentaje total extraído 67 %

Podemos plantear un procedimiento en el que se efectúe una sola extracción con un volumen de 175 mL (suma de los volúmenes parciales empleados en el procedimiento anterior). Veamos lo que se obtiene.

Solución: En el éter se disuelven "z" g y su concentración (C2) es:

C = — - i -2 175 mL

En el agua quedan (12,5 - z) g del soluto y su concentración C, es:

c _ 125-z g 1 250 mL

Reemplazando en la expresión del coeficiente de reparto se obtiene:

C, (125-2 )175 -*• = - =0,45 C2 250 z = 7,61 g

Respuesta: La masa total extraída es: 7,61 g La masa remanente en el agua es: 4,89 g Porcentaje extraído: 61 %

Conclusión. En una extracción (líquido-líquido) el porcentaje de soluto extraído es menor cuando se lleva a cabo en un solo paso, empleando el mismo volumen de solvente extractor.

Ejemplo. Analicemos una situación más cercana a la demostración realizada. Supongamos que para la intensidad de corriente empleada y el tiempo transcurrido se formaron 0,05 g


de bromo, y que en el mililitro tomado se encuentran 0,0125 g de este elemento. Adicionamos 1 mL de disulfuro de carbono (CS2) y se procede a efectuar la extracción. El coeficiente de reparto (disulfuro/agua) tiene un valor de 76.

Solución. En el disulfuro se disuelven "x" g de bromo y su concentración (C2) es:

C - - M . 1 mL

En el agua quedan (0,0125 - x )/l g./mL y su concentración (Cx) es:

0,0125 - x g i —

1 mL Reemplazando en la expresión del coeficiente de reparto se obtiene:

C7 x -Z- = = 76 Q 0,0125 - x

x = 0,0123 g.

Respuesta: La masa extraída de soluto es: 0,0123 g

La masa remanente en el agua es: 0,0002 g

Porcentaje extraído: 98,4 %

Al hacer una segunda extracción con otro mililitro de disulfuro de carbono, el bromo remanente en el agua es 3 x IO"5 g equivalente al 0,15 %, es decir, se ha extraído el 99,85%.

Conclusión: La extracción es más efectiva en tanto el coeficiente de reparto sea mayor.

Proyección

Este tipo de proceso se aplica en diversas actividades como producción de esencias, colorantes, saborizantes y medicamentos.

Con seguridad habrán oído mencionar el término extracción aplicado a otros procedimientos similares; como el de extraer de un sólido uno o más componentes por medio de un solvente. En este caso la extracción puede ser selectiva, es decir que el solvente empleado solubiliza (extrae del sólido) componentes similares: aminoácidos o saponinas o grasas, pero puede ser amplia cuando solubiliza componentes de diferente tipo.

Una aplicación diaria de este proceso es la preparación de infusiones de café, té, aromáticas y aditivos que se incorporan en la preparación de alimentos para darles un determinado aroma y sabor. En este caso el que uno o más componentes del sólido sean extraídos, depende de que sean solubles o no en el solvente utilizado y la efectividad de la extracción dependerá de la mayor o menor solubilidad en el solvente empleado.

Como puede verse la solubilidad y sus aplicaciones se encuentran en el diario devenir de los procesos naturales y en las actividades del hombre.


Apéndice C- Potencial de reducción

Cuando se trabaja el tema de oxidación - reducción a nivel básico, se describe con base en el intercambio electrónico que se determina, teniendo en cuenta el concepto de NUMERO DE OXIDACIÓN.

El intercambio electrónico implica un flujo de electrones, por tanto, una corriente eléctrica y un potencial medido en voltios. La pregunta es:

¿Cómo puede determinarse el potencial en las reacciones químicas de oxidación - reducción?

Para resolver la inquietud es necesario determinar los elementos generales de los que debe disponerse para medir los potenciales, teniendo en cuenta que estos procesos implican en principio trabajar con soluciones, conductores eléctricos y con sistemas para medir propiedades de la corriente eléctrica generada26.

Es posible partir de al menos cuatro elementos:

1. Un montaje experimental que permita identificar un ambiente para la oxidación y otro para la reducción. Así habrá claridad sobre los procesos que se están comparando.

2. Un sistema para canalizar el flujo de corriente eléctrica. 3. Un sistema de medida de las propiedades de la corriente eléctrica generada;

para nuestro caso el voltaje (diferencia de potencial). 4. Un sistema de oxidación - reducción de referencia o patrón para construir la

escala correspondiente

2H" (ac) 2e" H 2(g)

Sin entrar a profundizar en el porqué, el sistema patrón escogido fue el correspondiente al proceso:

i (1 otm)

electrodo de platino

al cual se le asignó un POTENCIAL IGUAL A CERO, fijando unas condiciones de temperatura (25°C), de concentración de solución (en este caso 1 M de H+) y de presión para el hidrógeno gaseoso (1 atm.). Éste se llama electrodo de hidrógeno o electrodo normal de hidrógeno (ENH). Un esquema de él se muestra en la figura.

¿Cómo trabaja el sistema de referencia? Como reacción en equilibrio tiene la posibilidad de desplazarse en cualquiera de

los dos sentidos, asociado cada uno con un proceso de oxidación o reducción que podemos esquematizar en la siguiente forma:

DESPLAZAMIENTO DEL EQUILIBRIO PROCESO CAMBIO EN No. DE OXIDACIÓN

Hacia los productos Reducción + 1 0 *• 0

Hacia los reaccionantes Oxidación 0 *• + 1

26 Es conveniente consultar la bibliografía básica de física para estudiar o repasar los conceptos relacionados con esta temática.


El desplazamiento del equilibrio depende del sistema oxidación - reducción con el cual se enfrente (o compare). Si este tiene mayor tendencia a OXIDARSE (ceder electrones) que el hidrógeno, así lo hará y actuará como AGENTE REDUCTOR; el hidrógeno se reduce y el equilibrio se desplaza hacia los productos con la formación de hidrógeno gaseoso (H2(g)).

La otra opción es que el sistema oxidación - reducción con el cual se compara tenga mayor tendencia a REDUCIRSE (ganar electrones) que el hidrógeno, así lo hará y actuará como agente OXIDANTE; el hidrógeno se oxida y el equilibrio se desplaza hacia los reaccionantes con la formación de ion hidrógeno (H+) que se evidencia por el aumento de su concentración en la solución.

¿Cómo se usa el sistema de referencia?

Para abordar este aspecto tomemos como ejemplo un hecho que seguramente hemos presenciado en alguna ocasión. La reacción entre un metal como el zinc y una solución acuosa de ácido clorhídrico. Observamos que la reacción es espontánea y se ve la producción de un gas (hidrógeno) y la disolución del metal; en otras palabras, el metal se oxida y el hidrógeno se reduce, proceso que encontramos descrito por la ecuación:

oxidación

Zn W 2LU (ac) z +2 n ye) + H 2 ( g )

reducción

electrodo de zinc

Como la reacción es espontánea debe tener un ~ + electrodo de potencial positivo y como el correspondiente a la re- electrodo fe^^fefe / ni™9eno

acción del hidrógeno es cero, es necesario disponer de un sistema similar para el zinc, es decir un electrodo en el que sea posible la reacción, ya sea de oxidación o de reducción. Este conjunto de dos electrodos const i tuye una pila (generadora de electricidad) cuyo esquema se muestra en la figura.

Cada una de las partes se llama semicelda o hemicelda y el potencial generado por esta pila se lee en el voltímetro y corresponderá a la reacción presentada por el zinc, puesto que la del hidrógeno se asume como cero.

¿Qué se observa? 1. El potencial medido en el voltímetro es de 0,76 V. 2. Disminuye la masa del electrodo de zinc y aumenta la concentración de iones

zinc (Zn+2) en la solución de las cercanías del electrodo. 3. Disminuye la concentración de iones hidrógeno (H+) en la solución del elec

trodo de hidrógeno.

Esto nos indica que el zinc se oxida, el hidrógeno se reduce y las reacciones que describen los procesos son:


OXIDACIÓN

REDUCCIÓN

Zn° ( s )-2e~

2H4 + 2e-

Zn° (s) 2H4 (ac)

•+• Z n

- • H

+2 (ac)

2(g)

Zn + 2 lar.

+ X V

0,00 V

H2(g) +0,76V

Podemos concluir:

1.

2. 3,

Como el potencial total de la reacción es la suma algebraica de los potenciales parciales, se deduce que el potencial correspondiente a la oxidación del zinc es de + 0,76. El potencial de reducción del zinc es - 0,76. El proceso descrito por la reacción total es espontáneo y se asocia con un potencial POSITIVO.

Profundizando un poco en el análisis de la medida de este potencial, es claro que se requiere de un instrumento (voltímetro), el cual tiene dos puntos de conección uno positivo (+) y otro negativo (-) y está construido para indicar el signo y valor del potencial, conectando el electrodo de hidrógeno al punto de conección positivo.

En la situación del zinc y la solución de ácido clorhídrico que se muestra en la figura, el valor +0,76 indica que el electrodo conectado al positivo (+) del medidor es tan positivo que actúa como un "recipiente para electrones"; en tanto, que el electrodo conectado al negativo actúa como una fuente de electrones. En tal situación el zinc al oxidarse provee de electrones al circuito externo y el hidrógeno al tomarlos del circuito externo se reduce. Las flechas sobre el esquema indican la dirección del flujo de electrones.

¿Oué nasa si cambiamos el zinc oor olata? — i 1 1

En el medidor se lee - 0,80 V, lo cual indica que el flujo de electrones va en sentido opuesto a la pila anterior; es decir que el electrodo conectado a la entrada negativa es tan poco negativo que actúa como receptor de electrones del circuito externo, en tanto que el electrodo de hidrógeno actúa como fuente de electrones para el circuito externo.

En el electrodo de plata ocurre la REDUCCIÓN y en el electrodo de hidrógeno la OXIDACIÓN. Un esquema de la pila se muestra en la figura.

Las ecuaciones correspondientes a cada semicelda y la reacción total son:

electrodo de plata

electrodo de rógeno

OXIDACIÓN

REDUCCIÓN

H 2 ( g ) - 2 e '

2(Ag+(ac) + l e "

H2(g) + 2Ag^ (ac)

2tU

Ag°)

(ac)

2H4 (ac) + 2Ag° (s)

0,00 V

X V

-0,80


Si el potencial total de la reacción se toma como - 0,80 V la reacción no es espontánea, como en la realidad lo es; por tanto, el potencial correspondiente a la reacción de reducción debe ser positivo.

A g + (ac) + l e " *Ag°(5, + 0 ' 8 0 V

Con base en este procedimiento general se determinaron los potenciales de reducción de las reacciones frente al electrodo de hidrógeno.

En la tabla al final de este apéndice se indican algunas reacciones de reducción y su potencial correspondiente. Como ilustración de su uso analicemos un ejemplo.

El cobre es un elemento que no es atacado por una solución de ácido clorhídrico, pero si se disuelve en solución de ácido nítrico. Al analizar la situación con base en los potenciales de reducción, deben ubicarse las reacciones posibles con su correspondiente valor y signo del potencial de reducción; además, debe tenerse en cuenta que si la reacción real es la contraria a la que se encuentra en las tablas, el valor del potencial es el mismo, pero con signo contrario.

Ante todo debemos identificar las especies presentes en el sistema cobre HC1: Cu°, H + y Cl". En este caso las especies con posibilidad de oxidarse son el cobre y el ion cloruro (CL) y en posibilidad de reducirse el ion hidrógeno (H+).

Las posibles reacciones que se pueden presentar y sus respectivos potenciales de acuerdo con la tabla son:

OXIDACIÓN Cu° - 2 e - * Cu+2 , -0 ,34V (S) (ac)

REDUCCIÓN 2H+ + 2e" *• H, , , 0,00 V \ a c ) L \h l

CU°(S) + 2 H +(ao Cu+2(ac) + H2(g) -0 ,34V

El potencial total es negativo y la reacción no es espontánea. El cobre no es atacado por el ácido clorhídrico.

Identifiquemos ahora las especies presentes en el sistema cobre H N 0 3 : Cu0, H + , NO3. al igual que en el caso anterior el cobre se puede oxidar y el ion hidrógeno reducir, pero como se concluyó antes, este par conduce a una reacción total con potencial negativo y no es espontánea.

¿Qué le puede suceder al ion nitrato (NOp? El elemento nitrógeno presenta el máximo estado de oxidación (+5), luego lo

único que le puede suceder es reducirse a +4 (ganando un electrón) o +2 (ganando tres electrones), lo cual nos daría dos posibilidades para el proceso de reducción.

Las reacciones posibles son:

OXIDACIÓN Cu° -2e~ • Cu+ 2 -0 ,34V (s) (acj

REDUCCIÓN NO-(ac) + 2H+ + le" >• N0 2 ( g ) + H20(1) + 0,80 V

N03 ( a c ) + 4H+ + 3e- • NO(g) + 2H20(1) + 0,96 V

Teniendo en cuenta las dos posibilidades de reducción obtenemos dos reacciones totales:


Cu°(s) + 2NO3 + 4H+ *• C u + 2(ac) + 2N02(g) + 2H2°(1) + ° ' 4 6 V

Cu° ( s )+2NO- ( a c ) + 8H+ * 3Cu+2(ac) + 2NO ( g )+4H 20 ( 1 ) + O, 72 V

Puede deducirse que las dos reacciones son posibles y el que se presente una u otra depende de la concentración de la solución de ácido nítrico utilizada; si el ácido tiene una concentración alta se observa la formación de un gas color café (dióxido de nitrógeno) y a concentraciones bajas el gas formado es incoloro (monóxido de nitrógeno).

Conclusión: El cobre es atacado por la solución de ácido nítrico.

Queda un interrogante: a pesar de intervenir diferente número de electrones en las reacciones de oxidación y de reducción, los potenciales utilizados no se ven afectados. Los valores en la tablas de potenciales de reducción indican el voltaje por electrón.

En la siguiente tabla se muestran algunas reacciones de reducción y el potencial correspondiente.

Li+ + le" K+ + le" Na+le -Mg + 2 + 2e~ A1+3 + 3e-2H 2 0 +2e" Zn + 2 + 2e" Fe+ 2 + 2e-2H+ + 2e-Cu+2 + 2e~

°2re) + 2H2°m + 4e" 12 + 2e-MnO4" + 2H 2 0 + 3e~ Ag+ + le" N03" + 2H+ N03" + 4H+ Br2 + 2e-

+ le" + 3e"

Cr207"2 + 14H+ + 6e~ Cl2 + 2e-

C103 + 6H+ M n 0 4 + 8H H 2 0 2 + 2H+

+ 6e~ + +5e" + 2e"

Li° K° Na0

Mg° Al0

H 2 ( g ) 4

Zn° Fe° H 2(R)

Cu5

- 2(OH-)

4(OH") 21-MnQ2

Ag° + 4(OH~)

N 0 2 + H 2 0 NO + 2HzO 2Br-2Cr+3

IO-+ 7H 2 0

CX- + 3H70 Mn+2

2H 2 0 + 4H 2 0

- 3,04 V - 2,93 - 2,71 - 2,37 - 1,66 - 0,83 - 0,76 - 0,44

0,00 + 0,34 + 0,40 - 0,53 + 0,59 + 0,80 + 0,80 + 0,96 - 1,08 + 1,33 + 1,39 + 1,45 + 1,51 + 1,77


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