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Diseño experimental típico de un laboratorio de química universitario. Incluye portada, introducción, objetivos, variables, método, resultados y anexos. Proporciona una guía estructurada para la realización de experimentos en el laboratorio de química.
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
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QUÍMICA INDUSTRIAL CUAUTITLÁN IZCALLI, ESTADO DE MÉXICO,
CONTENIDO LOS PROBLEMAS PROYECTO 1: EQUILIBRIO QUÍMICO PROBLEMA 1: Estudio experimental del desplazamiento del equilibrio químico de un sistema de metátesis ....................... pág. 13 PROBLEMA 2: Estudio experimental del desplazamiento del equilibrio químico de un sistema redox .................................. pág. 17 PROBLEMA 3: Estudio experimental del desplazamiento del equilibrio químico de disolución de un electrolito poco soluble ......................................... pág. 19 PROYECTO 2: EQUILIBRIO ÁCIDO BASE PROBLEMA 1: Estudio experimental del intervalo de vire de indicadores ácido/base en la escala de pH ................................ pág. 21 PROBLEMA 2: Determinación de la concentración de disoluciones ácidas o básicas a partir de reactivos valorantes estandarizados ..................................... pág. 23 PROBLEMA 3: Determinación experimental de la acidez total en productos comerciales o naturales ........................................... pág. 25 PRESENTACIÓN INTRODUCCIÓN PROPÓSITOS DEL LABORATORIO OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA CONTENIDOS EXPERIMENTALES 05 07 10 11 12 Q F B. Juan Chiu Chan Q F B. Bertha Ortiz Vázquez Q F B. Leticia Badillo Solís Q F B. Olimpia Roxana Ponce Crippa Q. Margarita Ordoñez Andrade I Q. Ana Myriam Rivas Salgado I A. Patricia Becerra Arteaga Q. Araceli Gaspar Medina Colaboradores: Autor: Antonio García Osornio México Erika Ceja González Paola Ceja González Diseño: Primera edición, 2018 Se prohíbe la reproducción parcial o total de esta obra, Por cualquier medio, sin el consentimiento por escrito el titular de los derechos correspondientes. I S B N (en trámite) MANUAL DE LABORATORIO DE METODOLOGÍA EXPERIMENTAL II Revisora académica: Dra. Ana María Velázquez Sánchez
La humanidad desde su inicio se ha sentido atraída por la naturaleza que la rodea, y ante la diversidad que observa en el comportamien- to de la misma, surge la necesidad de conocer los principios que rigen su comportamiento para utilizarlos en el desarrollo y progreso de su ámbito social y cultural. La repercusión de los fenómenos naturales en el ámbito social es evi- dente debido a los cambios que se generan en forma individual y co- lectiva. Por ello, la sociedad moderna es el resultado de una búsque- da constante de hechos y explicaciones científicos que fundamenten y mejoren su existencia. Las ciencias naturales son el área de cono- cimientos que proporcionan estos hechos y explicaciones científicas. Las ciencias básicas, inmersas en el campo de las ciencias natura- les, tienen como finalidad explicar los fenómenos naturales y sus re- percusiones científicas, tecnológicas, socioeconómicas y ecológicas a través del conocimiento y análisis crítico, y deben jugar un papel importante para mejorar la calidad de vida de la sociedad. La interacción de las ciencias básicas, formalmente, se da desde los primeros años de estudio y se relaciona con varias áreas de conoci- miento. Para puntualizar el carácter de las ciencias básicas es perti- nente establecer precisiones respecto de las acepciones de términos como los conceptos de ciencia, ciencia básica, tecnología y ciencias básicas en el contexto académico. La ciencia es la fuerza que en el breve lapso de tres siglos trans- formó al mundo medieval en moderno y que ahora nos proyecta, cada vez con mayor velocidad, a un futuro todavía más complejo y vertiginoso. Para tener una idea clara de la ciencia, de sus métodos, sus alcances y sus límites, a través de una definición acorde a la evolución de la misma. Ruy Pérez Tamayo ( 1989 ) aporta una defini- ción de ciencia como: «actividad humana creativa cuyo objetivo es la comprensión de la naturaleza y cuyo producto es el conocimiento, obtenido por medio de un método científico organizado en forma deductiva y que aspira a alcanzar el mayor consenso posible». Así, la ciencia se convierte en un cuerpo de ideas, que puede caracteri- zarse como conocimiento racional, sistemático, exacto, verificable y por consiguiente falible. INTRODUCCIÓN
Mientras que las proposiciones de la ciencia básica son de validez general y esa es su principal característica, conceptos que, en cierto modo, pertenecen al conocimiento mundial y ampliamente disponibles; siendo con esto una gran construcción conceptual que puede expresarse por medio de correlaciones ge- nerales. La tecnología se ocupa de la aplicación sistemática del conocimiento científico a las actividades productivas. En otras palabras, es el conjunto de conocimientos utilizados en la producción y comercialización de bienes y ser- vicios, que se materializa en máquinas y equipos, información sobre procesos, procedimientos y productos. Es importante aclarar la diferencia entre Ciencia Básica y las Ciencias Básicas; la primera en el contexto de la investigación pura y la segunda como un conjun- to disciplinar de áreas de conocimiento de carácter formativo que opera en los niveles escolarizados. El conjunto de las áreas de conocimiento comprendido por matemáticas, físi- ca, química y biología denominadas las ciencias básicas, ha tenido períodos de luces y sombras en el desarrollo intelectual e histórico de la humanidad, con- tribuyendo al desarrollo con avances significativos. Estos avances han coinci- dido normalmente con un adecuado aporte económico-social, pero también con períodos de crisis, en los que se ha puesto a prueba la capacidad de sobreponerse a imprevistos, catástrofes e incluso a replantearse sus propias estructuras de conocimiento. En el sistema escolarizado y para los propósitos de este trabajo se entenderá como ciencias básicas a las áreas de conocimiento comprendidas por: ma- temáticas, física, química y biología, y se deben ofrecer cursos disciplinares de éstas, con una adecuada integración para vincular los contenidos teóricos con los prácticos y con la realidad cotidiana de su entorno. En este proceso de vinculación subyacen aspectos del campo de la investigación educativa, en donde se debe asumir que los años universitarios son la continuación de un proceso de formación, y que parte de los problemas detectados podrían ser superados en la universidad, entre ellos el proceso enseñanza aprendizaje de las ciencias experimentales. Actualmente, las tendencias de la enseñanza, están accediendo hacia una práctica docente en donde se propicie la comprensión de los estudiantes y en cómo aplican sus conocimientos (Hernández, 2003 ), propiciando que el alum- no sea artífice y parte de su propio aprendizaje. Para esto, el profesor, debe proponer trabajos que fomenten y provoquen la imaginación, el recuerdo de conocimientos adquiridos y la aplicabilidad de estos a través de propuestas educativas en las que se vuelve a redescubrir el sentido y el compromiso que tiene la universidad con una formación completa y continuada de los sujetos. La consigna de «aprender a aprender» implica desarrollar las estrategias de aprendizaje que permitan provocar cambios en la estructura mental a partir de las nuevas experiencias que la persona construye y que modifican sus apren- dizajes de base (Soto, 2005 ). Por ello, a partir de un currículo, con acento en el aprender a aprender, se puede: reforzar contenidos de ciencias, generar una instancia de aprendizaje a través de la investigación, por medio de la inte- gración de contenidos en las disciplinas de ciencias y motivar la investigación aplicada como medio de aprendizaje. El estudio y el desarrollo de experiencias de aprendizaje en las ciencias expe- rimentales debe propender a que el alumno sea capaz de: realizar los experi- mentos; analizar los hechos y sintetizarlos en modelos, gráficas o esquemas; deducir leyes y consecuencias propias de los experimentos. Es deseable que el alumno aprenda a interpretar los hechos; utilizar los instru- mentos de medición e incluso también a construirlos; ajustar un instrumento y tomar las precauciones necesarias para su manejo; conocer los límites de pre- cisión; analizar sus consecuencias a lo largo de un proceso. El papel de registra- dor también es importante: hay que saber captar y anotar las variaciones de un valor, coleccionar medidas, registrar adecuadamente valores de variables inde- pendientes y de las correspondientes variables dependientes; controlar e iden- tificar variables que deban permanecer constantes; elaborar gráficas y traducir los datos en gráficas y elaborar modelos matemáticos, entre otras actividades que son de mucho provecho que favorecen un desarrollo metodológico adecua- do para el desarrollo e integración de contenidos teórico experimentales.
Se desarrollan experiencias de aprendizaje en las cua- les se trabaja con: fenómenos directamente observables y no directamente observables, en las áreas de conoci- miento de Física, Química y Fisicoquímica, con la siguien- te programación. (^1) Experimentos preestablecidos. (^2) Tres experiencias de cátedra propuestas por los maestros y/o alumnos. CONTENIDOS EXPERIMENTALES Física 1 Estudio cuantitativo de la relación entre la longitud de de- formación de un cuerpo elástico y la masa que la produce.
(^6) Estudio cualitativo de la conductividad eléctrica de algu- nos electrolitos
7 Estudio cualitativo y cuantitativo del comportamiento elec- troquímico de la materia Experiencia de cátedra 3 *
5 Estudio cualitativo de la reactividad química de algunas sustancias 2 Estudio cuantitativo de la relación entre la masa de una sustancia y su volumen
3 Estudio cuantitativo de la relación entre masa máxima de una sustancia que se disuelve en diferentes volúmenes de disolvente
4 Estudio cuantitativo de la relación entre dos propiedades intensivas de la materia para establecer una curva de ca- libración
Experiencia de cátedra 2 * 2 Experiencia de cátedra 1 * (^) 2 Área de conocimiento Experimento Nota Química Fisicoquímica
Estudiar experimentalmente el desplazamiento del equilibrio químico de un sistema de metátesis en medio acuoso y algunos factores que lo modifican. OBJETIVOS PARTICULARES a) Preparar disoluciones molares con base en las propiedades de los reac- tivos. b) Escribir y balancear la ecuación química del sistema. c) Describir las propiedades fisicoquímicas de los componentes del sistema. d) Describir el sistema química y fisicoquímicamente. e) Establecer la ley de acción de masas para el sistema. f) Estudiar el desplazamiento del equilibrio químico en función de la concen- tración. g) Estudiar el desplazamiento del equilibrio químico en función de la tem- peratura. h) Analizar el desplazamiento del equilibrio químico del sistema con base en la estequiometría, la ley de acción de masas y el principio de Le Châtelier.
1.1. Estudio experimental del des- plazamiento del equilibrio químico de un sistema de metátesis PROBLEMA 1: Estudiar experi- mentalmente el desplazamiento del equilibrio químico de un sistema de metátesis.
Estudiar experimentalmente el desplazamiento del equilibrio químico de di- solución de un electrolito poco soluble y algunos factores que lo modifican. OBJETIVOS PARTICULARES a) Preparar disoluciones molares con base en las propiedades de los reac- tivos analíticos. b) Escribir y balancear la ecuación química del sistema. c) Describir el sistema química y fisicoquímicamente. d) Establecer la ley de acción de masas para el sistema y determinar la so- lubilidad molar para electrolitos poco solubles. e) Estudiar experimentalmente el desplazamiento del equilibrio químico del electrolito poco soluble en función de la cantidad de disolvente. f) Estudiar experimentalmente el desplazamiento del equilibrio químico del electrolito poco soluble en función de la cantidad de disolvente y la tem- peratura. g) Estudiar experimentalmente el desplazamiento del equilibrio químico del electrolito poco soluble en función del ión salino o diverso. h) Estudiar experimentalmente el desplazamiento del equilibrio químico del electrolito poco soluble en función del ión común. i) Analizar el desplazamiento del equilibrio químico, con base en la este- quiometría, la constante de equilibrio y el principio de Le Châtelier.
1.3. Estudio experimental del des- plazamiento del equilibrio químico de disolución de un electrolito poco soluble PROBLEMA 3: Estudiar experi- mentalmente el desplazamiento del equilibrio químico de disolución de un electrolito poco soluble
2.1. Estudio experimental del inter- valo de vire de indicadores ácido/ base en la escala de pH PROBLEMA 1: Determinar experi- mentalmente el intervalo de vire de indicadores ácido/base en la escala de pH.
Aplicar una técnica analítica volumétrica para determinar el componente mayoritario ácido o base de un producto comercial. OBJETIVOS PARTICULARES a) Preparar la muestra del producto comercial dependiendo de sus caracte- rísticas. b) Realizar la valoración correspondiente, empleando el reactivo valorante estandarizado. c) Realizar los cálculos estequiométricos correspondientes y expresar el re- sultado en las unidades pertinentes.
2.3. Determinación experimental de la acidez total en productos comer- ciales o naturales PROBLEMA 3: Determinar experi- mentalmente la acidez o basicidad de un producto comercial o natural, volumétricamente.
Aplicar una técnica analítica volumétrica para determinar la relación cuan- titativa entre la concentración de un reactivo o producto y el tiempo de reacción. OBJETIVOS PARTICULARES a) Preparar una disolución patrón primario redox. b) Estandarizar una disolución de reactivo valorante redox con la disolución patrón primario. c) Establecer el equilibrio principal en el que se basa la determinación. d) Efectuar la reacción y determinar la concentración a diferentes intervalos. e) Realizar los análisis estequiométricos correspondientes y determinar el orden de reacción.
3.1. Estudio experimental del cambio de la concentración de una sustancia y el tiempo de reacción PROBLEMA 1: Determinar expe- rimentalmente la relación cuantita- tiva entre la concentración de una sustancia y el tiempo de reacción, a temperatura constante.
Presentación de la asignatura U n i d A d 1. i n t r o d u C C i ó n A l A A s i g n A t u r A
Contenidos teóricos u n i d A d 3. e q u i l i B r i o q u í m i C o
4.1.3. La constante de equilibrio para ácidos y bases 4.1.4. Concepto de pH 4.1.5. La escala de pH. Las zonas de predominio, los equilibrios químicos y las ecuaciones para determinar el pH 4.2. Indicadores ácido base 4.2.1. Concepto de indicadores ácido base 4.2.2. Equilibrio químico de indicadores ácido base 4.2.3. Determinación teórica del rango de vire de indicadores ácido base 4.3. Curvas de valoración ácido base 4.3.1. Elaborar curvas de valoración con base en los equilibrios químicos 4.3.2. Analizar los criterios teóricos para seleccionar un indicador ácido base u n i d A d 5. C i n é t i C A q u í m i C A
a) Usar bata de algodón abotonada para realizar actividades académicas y experimentales (20 cm abajo de la rodilla), zapatos cerrrados, gafas de seguridad y cabello recogido. Guantes de látex o nitrilo, si el expe- rimento lo requiere. Colocar sus pertenencias y/o mochilas cerradas en un anaquel designado. b) Prohibido fumar, comer, beber, correr, probar con la boca reactivos quí- micos y disoluciones. c) No usar gorras, cachuchas, lentes para sol, radios, celulares, entre otros. d) Mantener la mesa de trabajo limpia de líquidos, residuos sólidos y ma- teriales no necesarios, durante la sesión académica o experimental. e) Dejar la mesa de trabajo, canaletas y tarja libres de líquidos y/o cual- quier tipo de desecho, después de la sesión teórica o experimental. Revisar que las llaves de gas queden cerradas. f) Solicitar autorización a su profesor para ausentarse momentáneamente del laboratorio. g) Atender las reglas de seguridad del laboratorio durante el trabajo ex- perimental y las Guías de Uso Rápido de los equipos.
a) Tienen acceso a éste sólo en su horario asignado. Para ingresar en horario distinto deben solicitar permiso al profesor que se encuentre trabajando en ese momento. b) Disponen de una gaveta por equipo para guardar el material Solicitado. Todos los particpantes del equipo tendrán llave de la gaveta. Al finali- zar el semestre la entregan limpia y en buenas condiciones.
c) Piden material, llenando el formulario de Solicitud de Préstamo de Ma- terial y la credencial de la unAm vigente del alumno que firma la solici- tud. En el LCB III, la solicitud incluye datos de identificación y fotografía del alumno. Deben entregar todo el material de laboratorio al terminar la sesión de trabajo. Sólo podrán quedarse con material con la autori- zación del profesor. d) Revisan y verifican que el material y/o equipo que soliciten se encuen- tre limpio, seco y en condiciones de uso. Si lo entregan con deterioros adicionales a lo registrado en observaciones en el formulario, se res- ponsabilizan a reponerlo. e) Reponen en su totalidad el material averiado, dejando para tal efecto su credencial y Solicitud de Préstamo de Material y tienen un plazo de 15 días naturales. Anexar nota de compra. CUATRO: CINCO:
a) Supervisar las actividades experimentales, proporciona materiales de trabajo, formularios y asesoría. b) Permanecer en el laboratorio durante la sesión experimental y hasta que los alumnos salgan del laboratorio.
a) Revisar que se encuentre en condiciones adecuadas de trabajo. Si hu- biera corto o cualquier otra falla, desconectar e informar al profesor y/o laboratorista. b) Evitar derramar agua sobre éste. Las manos, ropa, pisos y bancos de laboratorio deberán estar secos. c) El equipo sólo se usará cuando se conozca su manejo y lo requiera el experimento, con la supervisión del profesor. d) Tener especial cuidado al utilizar equipo que se coencte a fuentes de alto voltaje. e) Anotar actividad en la Bitácora de Registro de Usuario. a) Revisar que estén limpias y niveladas. b) Trabajar con limpieza (evitar regar reactivo sobre el platillo, cabina y en la mesa de la balanza). c) Pesar la cantidad de reactivo de acuerdo a su capacidad. d) No pesar suatancias higroscópicas (hidróxido de sodio) o que despren- dan gases (ácido clorhídrico), a menos que se empleen pesa filtros o recipientes herméticos. a) Se almacenan en frascos ámbar etiquetados con datos de identificación (nombre y fórmula química, concentración, fecha de preparación y en el caso de disoluciones nombre de quien lo preparó).
b) Los residuos generados en un experimento se deben almacenar en reci- pientes etiquetados, para su posterior tratamiento. c) No se deben regresar al frasco de reactivo original (evitar contamina- ción). d) Utilizar propipeta para el manejo de líquidos, disoluciones y reactivos analíticos en disolución acuosa. e) Un ácido concentrado (reactivo analítico) deberá verterse lentamente en un recipiente que contenga una cama de agua, mientras se agita suavemente. Revisar hoja de seguridad. f) Realizar las pruebas olfativas abanicando los vapores con la palma de la mano hacia la nariz. a) Se utilicen disolventes inflamables de bajo punto de ebullición. Cuidar que no haya una fuente de calor. b) Se trabajan materiales peligrosos (disoluciones, materiales tóxicos o inflamables). Atender indicaciones de las hojas de seguridad y métodos de trabajo. c) En un experimento se producen gases tóxicos o desagradables. Se su- giere usar mascarilla de protección.
