Sustancias puras, elementos, compuestos, átomos, moléculas....todo junto pero no revuelto.

Muchas ideas básicas de química no son tan elementales ni obvias. Sustancia simple, compuesta, elemento, átomo, molécula... son conceptos fundamentales que no siempre están muy claros. Con frecuencia llamamos elementos a las sustancias simples. El carbono es un elemento (un tipo de átomo caracterizado por su valor de Z) y el diamante y el grafito son sustancias simples, diferentes.

Frecuentemente, sobre todo a través de los ejemplos que suelen utilizarse, átomo se asocia a elemento y molécula a compuesto. Sin embargo, tanto las sustancias simples como las compuestas pueden estar formadas por moléculas y por estructuras cristalinas...Sobre todas estas cosas me gustaría ir planteando algún debate en este blog. De momento os voy a presentar dos experimentos que tienen en común lo siguiente:

Partimos de una sustancia simple, formada por un solo elemento, realizamos una serie de cambios químicos, donde aparecen sustancias diferentes, y al final volvemos a recuperar la sustancia simple inicial. ¿Qué sentido tiene esto? Pues introducir un aspecto muy interesante e intuitivo del concepto de elemento químico como aquello que se conserva a través de los cambios químicos y es común a la sustancia simple y a sus compuestos. De ahí, la noción de cambio químico como proceso dónde se conservan los elementos y cambian las sustancias, es decir, como proceso donde los átomos se "reorganizan", cambiando la manera de enlazarse.

El primer experimento es muy visual pero habría que realizarlo en vitrina. Vale la pena grabar un pequeño video aunque sea con el móvil y proyectarlo en clase. Consiste en lo siguiente:

1. Tomamos unos trocitos de hilo de cobre y lo introducimos en HNO3 al 50 %. Al cabo de pocos minutos se han formado vapores rojizos de NO2 (¡vitrina de gases!) y la disolución ha adquirido un color azul. El cobre metálico ya no está...

2. Ahora tomamos un clavo de acero limpio y seco y lo introducimos en la disolución obtenida. Veremos que sale con el color del cobre. Se ha depositado una fina capa de este metal sobre el acero. Al cabo del tiempo, la disolución va haciéndose verdosa y el clavo disgregándose (ahí podemos extendernos discutiendo un proceso redox sencillo)

Si ahora preguntáis a los alumnos dónde estaba el cobre al final de la etapa 1, os podréis llevar muchas sorpresas. En otro momento volveremos sobre la explotación didáctica de esta reacción, ya que no tiene desperdicio.

Ahora vamos a ver una alternativa similar, pero que los propios alumnos pueden llevar a cabo, además a microescala, todo con cuentagotas y recipientes muy pequeños (incluso desechables).

Material y reactivos:

• Tubos de ensayo y gradilla. Tapones.
• Cristalitos de yodo
• Mechero Bunsen, de alcohol o placa calefactora
• Yoduro de potasio 1 M
• Disolución de almidón
• Tiosulfato de sodio 1 M
• Dicromato de potasio 1 M
• Ácido sulfúrico 1 M
• (Todas las disoluciones en frascos cuentagotas)

1. En un tubo de ensayo poner un cristalito de yodo y 2 mL de agua. Añadir una gota de KI 1 M para disolver el yodo.

2. En otro tubo, calentar suavemente otro cristalito de yodo. Se observa la formación de vapores de color violeta. Cuando el cristal desaparezca, retirar el tubo y dejarlo enfriar. Observar atentamente la deposición de cristales de yodo en la pared interna del tubo.

3. En este último tubo añadimos 2 mL de agua y una gota de KI 1 M (lo mismo que en el primer tubo). Ahora agitamos fuertemente tapando el tubo  de modo que los cristales depositados en la pared se disuelvan también.

4. En cada tubo añadimos 2 o 3 gotas de disolución de almidón. Veremos que en ambos tubos la disolución adquiere un color azul intenso, característico del I2. De este modo puede constatarse que el proceso que tuvo lugar en el segundo tubo es físico, no químico, ya que el yodo, como sustancia, se conservó a través de la sublimación-condensación.

5. Añadimos ahora, gota a gota, en cada tubo, disolución de tiosulfato de sodio. La desaparición del color muestra que el yodo, como I2, ya no existe. Está, pero "de otra manera". Ha habido un cambio químico.

6. En uno de los tubos añadimos ahora dos gotas de ácido sulfúrico y 3 o 4 gotas de dicromato potásico. Al cabo de unos pocos minutos vuelve a aparecer el color azul. Ya tenemos de nuevo el I2.
El yodo, como elemento, se ha conservado. Primero estaba como sustancia simple, después, formando parte de un compuesto, y por último, lo volvemos a obtener, mediante un nuevo cambio químico, como sustancia simple.

Por supuesto, este experimento puede tener más recorrido, ya que implica además dos procesos redox relativamente sencillos en los que intervienen reactivos importantes desde el punto de vista analítico.

Algo más sobre un experimento clásico

Seguramente conocéis la obtención del gel de polietenol (o alcohol polivinílico) cuando se mezclan dos disoluciones de borato de sodio y alcohol polivinílico ¡Que contienen un 96 % de agua ambas! Este dato hay que explotarlo en clase: que algo que tiene un 96 % de agua pueda casi rebotar cuando se deja caer sobre la mesa no deja de ser sorprendente. Es un buen punto de partida para intentar explicar qué ocurre con el agua cuando se forma un gel. El video que os presento en este enlace profundiza un poco en lo que es la estructura de un gel y creo que puede ser útil, sobre todo para tratar de la importancia de las fuerzas intermoleculares.

También os propongo visitar esta página, correspondiente a uno de los proyectos realizados en el curso: "Cómo motivar a los alumnos mediante actividades científicas divertidas", que cada año organizamos entre el CEFIRE, el Museo Príncipe Felipe, el Colegio Alemán, el Liceo Francés y la Universidad Politécnica de Valencia.

Este experimento tiene además una interesante cuestión para profundizar. La trato en el video del primer enlace. Es la influencia de la acidez-basicidad en la estructura del gel. Fijaros que de una "tacada" tratamos un equilibrio ácido-base, el desplazamiento de dicho equilibrio, y el papel de los enlaces por puentes de hidrógeno. Creo que vale la pena dedicarle media hora.

Todavía veréis que se le puede sacar más partido, eso sí, para niveles universitarios. Y es que el gel obtenido se presta a comentar, dentro del estudio de la reología, qué es un fluido no newtoniano.

¿Podemos quemar el acero?

Pues desde luego, si acercamos un mechero a la punta de un destornillador, no lo vamos a encender ¡Evidente! Pero ¿Y si tenemos acero en forma de estropajo muy fino?

En algunas tiendas venden lana de acero ¿Para qué se utiliza? La hay más o menos fina; aunque sea la más cara nos quedaremos con la fina, lleva el código: AAAA. Mira en la secuencia de fotografías cómo sí arde.

Aunque no se vea en la foto, los cables están conectados a una pila de 9 V. A partir de aquí podemos formularnos (y formular) muchas preguntas:

¿Por qué es necesario que el acero esté en forma de fibras muy delgadas?

¿Por qué utilizamos la corriente generada por una pila para que arda el acero?

¿Por qué no podemos conseguirlo con una pila de 1,5 V?

Cuando se utiliza acero fuera de fibra más gruesa la pila se calienta mucho pero el acero ni siquiera llega a ponerse incandescente. Lo mismo ocurre cuando entre las pinzas que actúan como electrodos hay unidas varias fibras de acero ¿Por qué?

Para que el acero arda bien es necesario esponjarlo mucho ¿Por qué?

Normalmente, realizando el experimento en un recipiente como el de la fotografía, la combustión resulta incompleta. En este enlace puedes ver una presentación en la que se muestra cómo un poco de agua oxigenada y unos cristalitos de permanganato potásico en el fondo del vaso dan lugar a una combustión más viva y completa ¿Por qué?

Y ahora podemos entrar con los cambios de masa. Al principio es interesante que se observe el experimento sin presencia de balanzas y se pregunte acerca de cómo será la variación de masa, si la hay. Ahí pueden surgir conflictos ya que existe una idea intuitiva, muy arraigada, por la cual todo lo que se quema se deshace, deteriora, pierde peso. En la siguiente fotografía se puede apreciar el cambio de aspecto entre antes y después de la combustión.

El posterior contraste con la realidad puede dar mucho de sí. También podéis ver en el enlace citado un modo de plantear el papel del oxígeno del aire… Bien, como esto no es un libro de prácticas, ahí os dejo la idea y si la experimentáis en clase, pues ya la discutiremos.

¿Por qué experimentos químicos con..."sustancia"?

Porque “sustancia” es lo que subyace, lo que permanece más allá de las apariencias, lo que queda tras quitar todo lo superfluo. Y para mí, un experimento o una actividad con “sustancia” es aquella que, al margen de la anécdota e incluso de su atractivo, es capaz de generar conocimiento, de apoyarse en conceptos básicos contribuyendo a su comprensión, de hincar sus raíces en la vida real. Se trata, en definitiva, de que nuestros alumnos aprendan una química que sea una herramienta razonablemente útil para interpretar y transformar su entorno.

Así pues, en este blog, y entre otras posibles ocurrencias, quiero proponer experimentos de química como actividades de aprendizaje. Insisto: como actividades de aprendizaje. Y es que su primera característica sería el estar basadas en los conceptos fundamentales, en ideas que nuestros alumnos puedan relacionar con lo que ya saben. Experimentos que puedan divertir y sorprender, pero cuya finalidad básica sea ayudar a aprender. Así, pretendo que estos experimentos sean:

1. Conceptualmente ricos, que impliquen ideas importantes y útiles para entender la química. También que tengan distintos niveles de aproximación, diferentes grados de profundización que los hagan provechosos para diferentes edades y niveles educativos.

2. Que puedan integrarse fácilmente en la enseñanza habitual. Por eso estarán referidos a los contenidos que habitualmente se enseñan y no a aspectos marginales, por muy atractivos que sean.

2. Accesibles, que no requieran material sofisticado y, si es posible, que puedan realizarse en casa.

3. Relevantes desde el punto de vista de la formación integral, es decir, que conecten con cuestiones socialmente significativas.

4. Y, por supuesto, seguros y respetuosos con el medio ambiente.

 Bien, pues la tercera entrada de este blog será ya un primer experimento que espero os guste y podáis disfrutar en vuestras clases (Un último mensaje por ahora a mis colegas, sobre todo a los más jóvenes: como no disfrutéis en clase, no esperéis que lo hagan vuestros alumnos y además, ¡Os haréis viejos antes!)

Os presento mi blog...y a su autor.

Os presento mi primer blog y os cuento algo de mi biografía. Como en muchos otros casos, mis primeros experimentos de química fueron simples travesuras infantiles, no muy alejadas, por cierto, de la pirotecnia y del cuidado (¿?) de las plantas. Aún recuerdo el exterminio de las que había en las macetas de mi casa tras un generoso abonado con sal común (a fin de cuentas se parecía bastante a muchos fertilizantes), seguido por una todavía más generosa reprimenda de mi abuela. Una de primeras hazañas fue construir un generador de hidrógeno que sirviera como mechero, y sirvió, ya lo creo... pero dejando una visible huella en el techo de mi casa. Alguien dijo en aquel momento que nunca más iba a hacer experimentos de química y, mira por donde, casi 50 años después sigo viviendo dignamente de ellos.

Aún recuerdo mis andanzas con amiguetes igual de entusiastas (hoy seríamos "frikis") por una popular droguería valenciana, hoy desaparecida, en la que -para desquicio del dependiente- íbamos comprando de pesetica en pesetica los nitratos y sulfatos más estrafalarios, que casualmente estaban en lo más recóndito del último estante de la tienda.

Y mientras tanto… aprendiendo la asignatura, no os vayáis a pensar que solo me gustaba incordiar. La tabla periódica de memoria, los moles, el benceno (¿cómo no?..) Y aquí tengo que mencionar a un personaje clave, que tuvo la culpa de que acabara siendo químico. Mi buen amigo y profesor Ramón Alós, que en mis años en Escolapios de Carniceros me enseñó, no solo Física y Química, sino algo mucho más interesante: que en la vida las preguntas son más importantes que las respuestas.

El tener acceso libre, una tarde tras otra, al laboratorio de química del colegio y alguna que otra experiencia más, como ir a trabajar gratis a una industria agroalimentaria durante todo un verano, fueron impulsos decisivos para ir a parar al viejo edificio de la Facultad de Ciencias de Valencia, con su cátedra de "silicatos" y el famoso "submarino" del sótano, dónde realizábamos las prácticas de Química Técnica entre infinidad de tuberías cuyas conexiones de goma, siempre a punto de reventar, aportaban cierta emoción al tedio propio de la tarea.

Bien, pues ya estoy en el Agroquímico con mi tesina sobre fertilizantes de aporte controlado de nitrógeno y en la ETSIA, comenzando mi Tesis con el inolvidable, por motivos tanto profesionales como humanos, D. Eduardo Primo.  Desde la perspectiva que proporcionan los años, creo que fue quién más me enseñó, pese a que, ni fue profesor mío, ni nuestra relación fue muy prolongada. Pero, en su entorno, con los ojos y oídos bien abiertos, el rigor y la responsabilidad se aprendían sin esfuerzo.

Un inesperado aprobado en las oposiciones a profesor de instituto dejó inconclusa la Tesis al tomar posesión de mi plaza en Cieza (Murcia); después Gandía...y aquí se empieza a liar de nuevo, ya que emprendo mi nueva y definitiva Tesis Doctoral sobre el aprendizaje de los conceptos más básicos de química y su relación con el lenguaje, dirigida por mi querido amigo y compañero Rafael Llopis, (con quién después he tenido la suerte de compartir docencia en la antigua EUITA).  Con esa Tesis creo que aprendí mucho, entre otras cosas, a tener muy claro que explorar nuevas ideas y abrir camino a otros es a veces más importante que la meritocracia en provecho propio. También me permitió viajar y conocer gente muy maja. Después el trabajo en el Centro de Profesores de Gandía y los libros de texto ¡Entre ellos los primeros de Física y Química en valenciano! Aunque no es todavía momento de contar batallitas (ya lo haré, ya...si compartimos la paciencia de mantener este blog)  no puedo dejar de citar mis andanzas por los colegios de La Safor y La Marina, con un "basquet" de naranjas lleno de chismes de laboratorio, reactivos y objetos mil para llevar un poco de química "real" a niños y maestros con una ilusión infinita a la que intentaba modestamente responder. Y era una fiesta...Desde las criaturas de Primaria, casi "cagonets", hasta los de octavo de EGB, todos allí revueltos viendo como los pigmentos de las plantas subían por una tira de papel...

Bien, ya vale de biografía. Os contaré más cosas en otro momento, (por ejemplo, lo de los cursos sobre con el museo Príncipe Felipe, etc., etc.), pero ahora toca ya hablar del blog. ¿Por qué lo in icio? Pues principalmente porque quiero compartir una inquietud y ¿por qué no? una rebeldía frente a la química que se enseña hoy en día en colegios e institutos. Y como no soy persona de ir quejándome por pasillos y despachos, quiero ofreceros una alternativa, que no una receta (ni creo en ellas ni soy quién para ofrecerlas).

Vale, que por fin lo digo ya! Experimentos químicos con "sustancia", ¿Qué quiere decir eso? Pues en la próxima entrada os lo cuento.