Nesta experiencia, estudaremos a composición de osíxeno no aire a partir da reacción de oxidación do ferro, contido coma compoñente maioritario na la de aceiro.

É importante ter en conta que a duración completa da microsecuencia é de unha semana. Porén, precisaremos unha sesión para montar o experimento e outra para analizar os resultados. O tempo restante é tempo que lle concedemos á natureza para que faga o seu traballo...

Imaxe

 

Cesta de materiais

Preme nos puntos interactivos da imaxe.

Mans á obra

Paso 1

 

• Énchese o cristalizador con auga da billa ata superar a metade do seu volume.

 Paso 2

 

• Engádese á auga unha gota de colorante alimentario.

Paso 3

 

• Colócase un anaco de la de aceiro no fondo da probeta, apelmazándoa para que non se desprenda ao volteala. Pode ser de utilidade, neste punto, empregar unha vara de vidro ou unhas pinzas, a fin de fixar ben a la de aceiro á base da probeta.

Paso 4

 

• Suxéitase, coa axuda da pinza e do soporte, a probeta, e voltéase, de xeito que quede invertida.

Paso 5

 

• Somérxese a probeta no cristalizador con auga tanto como sexa posible sen que toque no fondo do recipiente.

Paso 6

 

• Móvese lixeiramente a probeta para que a auga ascenda por ela ata alcanzar o nivel do líquido fóra do cristalizador.
• Márcase o nivel inicial da auga, ou rexístrase mediante unha foto.

Imaxe

Paso 7

 

• Déixase o sistema en repouso, alomenos, unha semana.
• Pasado ese tempo, márcase o nivel do líquido na probeta e analízanse os resultados.

 

Tips docentes

INTRODUCIÓN TEÓRICA

Unha reacción química é un proceso no que unhas substancias (reactivos) transfórmanse noutras distintas (produtos). As reaccións químicas represéntanse empregando unha notación característica chamada ecuación química, na que os reactivos se colocan á esquerda dunha frecha, que indica o sentido da transformación, e os produtos sitúanse á dereita.

Reactivos  →  Produtos

Ademais, é importante indicar o estado físico no que se atopan todas as substancias que interveñen no proceso. O xeito de indicalo na ecuación química é colocando a letra que corresponda (s: sólido; l: líquido; g: gas; aq: disolución acuosa) entre parénteses e en formato subíndice á dereita da especie química á que fai referencia.

En presenza do osíxeno do aire, moitas substancias, especialmente os metais, experimentan un proceso de oxidación, producindo o correspondente óxido. No caso do ferro, o proceso é o seguinte:

Fe (s) + O₂ (g)  →  Fe₂O₃ (s)

Como nunha reacción química a masa non se crea nin se destrúe, teremos que ter, en toda ecuación química, o mesmo número e o mesmo tipo de átomos nos reactivos e nos produtos. Cando isto ocorre, dise que a reacción química está axustada. Para axustar unha reacción química, modifícase o número de átomos ou moléculas que participan no proceso, mais non a súa fórmula química. Así, no noso exemplo:

4 Fe (s) + 3 O₂ (g)  →  2 Fe₂O₃ (s)

No proceso consómese, pois, osíxeno. Así, se encerramos unha determinada masa de ferro nun recipiente pechado, en presenza dun certo volume de aire, cabe esperar que o ferro se oxide ata que o osíxeno do aire se esgote (neste caso, o osíxeno sería o reactivo limitante da reacción, e o ferro o reactivo en exceso, pois é o que sobra ao finalizar o proceso). Isto fai que diminúa a presión exercida polo gas no interior do recipiente, pois tamén diminúe o número de partículas de gas (é dicir, a súa masa).

Neste traballo empregarase a reacción de oxidación do ferro para determinar a composición volumétrica de osíxeno no aire.

CONSELLOS METODOLÓXICOS E TÉCNICOS

Neste caso, teranse en conta os seguintes aspectos:

a) Se non se dispón dun soporte e unha pinza, pódese realizar igualmente o experimento, deixando que a probeta (ou, no seu defecto, un tubo transparente calquera, tapado por un dos extremos) descanse sobre a parede do cristalizador ou do recipiente que se empregue.

b) É importante que, ao inicio do experimento, a auga ascenda pola probeta ata igualar o nivel do líquido do cristalizador. En caso contrario, a tensión superficial da auga pode provocar que os resultados do experimento non sexan concluíntes.

c) Pódese monitorizar a reacción e estudar a súa velocidade, medindo o incremento no nivel da auga día a día. Con estes datos, pódese representar a cantidade de osíxeno consumido respecto ao tempo. Deste xeito, o alumnado pode comezar a familiarizarse coas representacións gráficas propias da cinética química, e deducir, a partir delas, como inflúe a cantidade de reactivo na velocidade dun determinado proceso:

O₂ consumido (mL):   

Tempo (h):

d) Conforme transcorre o experimento, pódenselle plantexar algunhas cuestións ao alumnado como as seguintes: por que a medida que se consome o osíxeno a auga vai ascendendo pola probeta? Se observamos que, durante uns días, o nivel da auga na probeta non varía, que podemos concluír? Se pesamos a la de aceiro antes e despois de realizar o experimento, cando pesaría máis?

ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS

Con respecto aos resultados obtidos, obsérvase o seguinte:

a) Despois da primeira semana non se adoitan observar cambios significativos no nivel da auga por máis tempo que se manteña o experimento. Isto implica que a reacción concluíu. Porén, pódese monitorizar a reacción e deixala durante máis tempo para estudar se isto é efectivamente así.

b) O incremento do volume de auga na probeta coincide co osíxeno que había no aire ao comezo do experimento, que se consumiu por completo, pois o ferro está en exceso. Deste xeito, coñecendo o volume total de aire que había inicialmente na probeta e o volume final, pódese determinar a concentración volumétrica de osíxeno no aire.

Imaxe

 

Imaxe

 

A composición, en volume, de osíxeno no aire, deberá de dar un resultado de arredor do 20%, empregando a fórmula:

% O₂ no aire = (volume inicial de aire - volume final de aire / volume inicial de aire) ^. 100

 

A túa clase nun clic

Implementa esta microsecuencia na túa aula Moodle (Descarga dispoñible en galego ou castelán).

Imaxe

Imaxe