CRISTALES DE SAL. LA ESTRUCTURA DEL NaCl

 

Nombre de la SdA:	La estructura del NaCl
Nivel Educativo:	2ºESO
Profesora:	Purificación Hernández Lemus
Área:	Física y Química
Recursos disponibles:	Lugar: aula-clase y laboratorio. Recursos materiales: Ficha-guía, bolígrafos, pizarra digital, ordenadores, lupas, microscopio, programas informáticos. Sal común. Cajas de minerales y rocas.
Herramientas digitales:	Classroom, teléfono móvil de la profesora para realizar las fotografías de los cristales a través de las lupas.
Metodología:	Metodología tradicional: explicación de conceptos nuevos al alumnado Metodología activa: Grupo de 2. Trabajo por proyecto, de forma colaborativa.
Elementos evaluables	Ficha-guía (informe) y trabajo colaborativo en el laboratorio.
Tipos de Evaluación:	Autoevaluación, Coevaluación y heteroevaluación.

Fotografía propia realizada en el laboratorio.

Este proyecto aprovecha los resultados obtenidos en una experiencia de laboratorio anterior orientada al aprendizaje de la separación de los componentes de una mezcla homogénea.

        El alumnado en este segundo trimestre conoce muchos saberes como: la estructura atómica de los elementos, así como los conceptos de cationes y aniones, los tres tipos de enlaces para la formación de los compuestos, e incluso, conocen algunas de las reacciones químicas más cotidianas. Esos resultados que comentaba con anterioridad, son los del método de cristalización, que para sorpresa de todos y todas han dejando a la vista preciosas estructuras debidas a enlaces iónicos entre dos sustancias puras: el sodio (Na) y el cloro (Cl). El sodio es un metal alcalino muy reactivo situado en el grupo1 de la tabla periódica, y el cloro, es un no metal en estado gaseoso de color verdoso, de la familia de los halógenos (grupo 17); ambos elementos se encuentran en el período o fila 3. 

En esta SdA el alumnado ha adquirido manejo con un instrumento de laboratorio como es la lupa; ha descubierto cómo en la naturaleza, los minerales adquieren formas geométricas, o amorfas, según el tiempo de reposo, y el espacio que tienen para crecer. Ha incorporado a su vocabulario palabras específicas como celdilla, impurezas, cristales iónicos, hábito cristalino, y además, han aprendido que el hábito de los minerales

se encuentra condicionado por factores externos al mineral, como por ejemplo, las condiciones ambientales que había mientras se formó. Existen siete sistemas cristalinos que son siete tipos fundamentales de ordenación interna de las partículas. Cada uno de los sistemas cristalinos se caracteriza por un paralelepípedo que se llama celda elemental, configurada por la posición de los átomos, iones o moléculas en determinadas posiciones del espacio. La posición de las partículas en la celda elemental se conoce como nudo. Por repetición de la celda elemental en las tres dimensiones del espacio forma una red espacial característica.

   Imagen de Wikipedia

Desde el punto de vista de reacciones químicas, la ecuación que muestra la obtención de NaCl es la siguiente:

                                                        2 Na + Cl₂ -> 2 NaCl

Y para que tenga lugar, es necesario añadir agua al matraz que contiene los reactivos, dando lugar a la liberación de energía.

                                                                    Captura de pantalla de la Ficha-guía que siguen en la experiencia

Tareas  

 1.-Adquisición de saberes específicos mediante metodología tradicional pero donde los alumnos colaboran activamente en el aula. Se hace uso del libro de texto, y ejercicios de varios niveles de dificultad, así como de repaso y ampliación añadidos al aula virtual Classroom (de este modo, puede servir de consulta y de resolución de dudas en cualquier momento al alumno/a que lo necesite). El temario necesario para poder trabajar esta SdA es amplio y ha requerido de bastante tiempo para su aprendizaje y posterior puesta en marcha en el laboratorio. En el libro de texto que el alumnado utiliza, son tres unidades (3-El átomo, 4-sustancias químicas y 5-Cambios químicos en los sistemas materiales). Es decir, se han necesitado unas 20 sesiones aproximadamente en este proceso.

2.-Trabajo en el laboratorio (2 sesiones): el alumnado desarrolla sus destrezas y habilidades usando las herramientas del laboratorio de forma adecuada y exploran los distintos cristales de sal; interactúan unos con otros para intercambiar impresiones y formas de actuar (ayuda entre iguales), y comparten sus cristales. La tarea ha consistido en:  primeramente, en el aprendizaje del manejo de la lupa, y a continuación, en identificar las formas y las impurezas que algunos cristales presentan, dar explicación a las distintas configuraciones que han observado, y comparar con la estructura cúbica centrada en las caras que aparece en la ficha-guía, así como compararlas con las de otros minerales, como la pirita, de las cajas de minerales y rocas del laboratorio.

          Así mismo, pudimos realizar fotografías con mi teléfono móvil a través de los objetivos de las lupas obteniendo imágenes como estas:

En dichas imágenes se puede observar el hábito cúbico, algunas impurezas, y además, es fácil distinguir la forma de “cristal tolva”.

          Bajo ciertas condiciones de crecimiento puede haber una tendencia a que el material se adicione con más rapidez en determinados puntos de la cara de un cristal en crecimiento, que sobre otros de la misma cara. Un cristal yaciendo con una cara en contacto con el fondo de un recipiente que contiene la solución saturada, que fue como obtuvimos los nuestros, recibe fácilmente ulterior material entorno a las aristas de esa cara por difusión de la solución saturada hacia el cristal en crecimiento, pero si la cristalización es rápida, poca o ninguna, parte de esta disolución penetrará a la región de la cara. El cristal crece por adición de capas de material entorno a las aristas en vez de por adición de capas extendidas completamente en la cara en cuestión, y una vez completado, el cristal es en parte esquelético (un “cristal de tolva”). En la práctica, con frecuencia se encuentran caras con un desarrollo esquelético más pronunciados que en otras.

Los cristales de hábito cúbico se agregan a menudo en forma ramificada (dendrítica), extendiéndose en el espacio en la dirección de cuatro ejes ternarios.

Los saberes específicos aprendidos en esta SdA:

 A.1.3.1. Utilización de métodos propios de la investigación científica y el trabajo colaborativo para la identificación y formulación de cuestiones, la elaboración de hipótesis y la comprobación experimental de las mismas.

A.1.3.2. Realización de trabajos experimentales y emprendimiento de proyectos de investigación para la resolución de problemas y en el desarrollo de las investigaciones mediante el uso de la experimentación, la indagación, la deducción, la búsqueda de evidencias y el razonamiento lógico-matemático.

A.1.3.3. Realización de inferencias válidas sobre la base de las observaciones y obtención de conclusiones pertinentes y generales a partir del trabajo experimental que vayan más allá de las condiciones experimentales para aplicarlas a nuevos escenarios.

A.2.3.1. Empleo de diversos entornos y recursos de aprendizaje científico, como el laboratorio o los entornos virtuales, utilizando de forma correcta los materiales, sustancias y herramientas tecnológicas.

A.2.3.2. Normas de uso de cada espacio, asegurando y protegiendo así la conservación de la salud propia y comunitaria, la seguridad de las redes y el respeto hacia el medioambiente.

A.2.3.3. Uso del lenguaje científico, incluyendo el manejo adecuado de unidades del Sistema Internacional de Unidades y sus símbolos y herramientas matemáticas básicas, para conseguir una comunicación argumentada con diferentes entornos científicos y de aprendizaje.

A.2.3.4. Interpretación y producción de información científica en diferentes formatos y a partir de diferentes medios para desarrollar un criterio propio basado en lo que el pensamiento científico aporta a la mejora de la sociedad para hacerla más justa, equitativa e igualitaria.

B.1.3.2. Realización de experimentos en el laboratorio relacionados con los sistemas materiales con objeto de describir sus propiedades, su composición y su clasificación.

B.3.3.1. Valoración de las aplicaciones más comunes de los principales compuestos químicos, estudio de su formación distinguiendo los tipos de enlaces químicos y sus propiedades físicas y químicas.

B.4.3.1. Participación de un lenguaje científico común y universal a través de la formulación de compuestos inorgánicos y la nomenclatura de sustancias simples, iones monoatómicos y compuestos binarios mediante las reglas de nomenclatura de la IUPAC.

E.1.3.1. Reconocimiento de los di ferentes tipos de cambios físicos y químicos que experimentan los sistemas materiales para relacionarlos con las causas que los producen y con las consecuencias que conllevan.

 

E.3.3.1. Estudio de las soluciones que ofrecen los avances en los procesos físicos y químicos para el desarrollo sostenible de nuestra sociedad y el grado de implicación de esta en la resolución de problemas medioambientales.

 

Las competencias específicas y los descriptores de salida del alumnado, trabajados en esta SdA:

CE1. Resolver problemas con el fin de mejorar la realidad cercana de vida en general, interpretando los motivos por los que ocurren los principales fenómenos fisicoquímicos del entorno y explicándolos en términos de las leyes y teorías científicas adecuadas.	CCL1, STEM1, STEM2, STEM4, CPSAA4.
CE2. Formular preguntas e hipótesis, a partir de observaciones realizadas en el entorno, explicándolas y demostrándolas mediante la experimentación científica, la indagación y la búsqueda de evidencias, así como desarrollando los razonamientos propios del pensamiento científico y las destrezas en el empleo de la metodología científica.	CCL1, CCL3, STEM1, STEM2, CD1, CPSAA4, CE1, CCEC3.
CE4. Utilizar de forma crítica y eficiente plataformas tecnológicas y recursos variados tanto para el trabajo individual como en equipo, fomentando la creatividad, el desarrollo personal y el aprendizaje individual y social, a través de la consulta de información, la creación de materiales y la comunicación efectiva en los diferentes entornos de aprendizaje.	CCL2, CCL3, STEM4, CD1, CD2, CPSAA3, CE3, CCEC4.
CE5. Utilizar las estrategias de trabajo colaborativo que permitan potenciar la ayuda entre iguales como base emprendedora de una comunidad científica crítica, ética y eficiente, valorando la importancia de la ciencia para la mejora de la sociedad, así como también las consecuencias de los avances científicos, la preservación de la salud y la conservación sostenibles del medio ambiente.	CCL5, CP3, STEM3, STEM5, CD3, CPSAA3, CC3, CE2.
CE6. Percibir la ciencia como una construcción colectiva en continuo cambio y evolución, en la que no solo participa la comunidad científica, sino que también requiere de interacción con el resto de la sociedad, obteniendo soluciones que repercutan en el avance tecnológico, económico, ambiental y social.	STEM2, STEM5, CD4, CPSAA1, CPSAA4, CC4, CCEC1.

Diana de autoevaluación:

Rúbrica de coevaluación:

Rúbrica para evaluar la experiencia de laboratorio:

Webgrafía:

https://cedec.intef.es/rubrica/rubrica-para-evaluar-una-exposicion-oral-de-una-presentacion/

https://privatearea.grupoanaya.es/anaya/register-student

https://youtu.be/VBReOjo3ri8

https://es.wikipedia.org/wiki/Sal_común

 

Bibliografía:

Libro de texto Anaya de 2ºESO.

Introducción a la Cristalografía. F.C.Phillips. Ed. Paraninfo. S.A.

Guía de minerales, rocas y fósiles. W.R.Hamilton, A.R. Woolley, A.C.Bishop. Ed Omega S.A.

  

Agradecimientos:

            En las sesiones realizadas en el laboratorio he tenido el apoyo de varios compañeros del centro para atender las dudas. Pedro Pablo, en una de las sesiones, explicó con detalle el manejo adecuado de las lupas, y, mostró otros minerales con formas geométricas. Y Mª Ángeles M., dio apoyo al alumnado que presenta ciertas dificultades en el aprendizaje. Gracias por vuestra colaboración.

Y agradecer también a los alumnos partícipes de este proyecto, que han trabajado con verdadero interés. Ellos/as son:

2ºA	2ºB
Amelia Bravo Andrea Bravo Javier Burgüeño Borja Cabezas Thais Calzada Jara Domínguez Samuel Galán Sergio López Aitana Macías Carla Marcos Ángel Morales Sergio Núñez Jimena Ramos Álvaro Romero Marc Rosado Héctor Trevejo Mario Trevejo	Jonás Barroso Eduardo Barroso María Durán Carmen Flores Diana Galán Borja Gómez Alejandro González Iván Leo Arturo Macías María Macías Alejandro Macías Amalia Ramos Noa Romero Yerai Sánchez Manuel Sánchez Inés Valle Jorge Valle Carla Vecino

SKYLINE EN LA CIUDAD DE Pi

 Cada 14 de marzo se celebra el Día Internacional de las Matemáticas. La elección de esta fecha juega con las cifras que representan el mes y el día y su coincidencia con los primeros dígitos del número pi.

En este año, según podemos leer en la web de la Real Sociedad Matemática Española, se quiere resaltar “la creatividad común al descubrimiento matemático y al arte. Se invita a todos a celebrar las matemáticas, mostrando la armonía de la lógica y la imaginación, donde los números bailan con los colores, las ecuaciones esculpen la belleza y las ideas trascienden los límites para inspirar e innovar. La creatividad une las matemáticas y el arte, campos que pueden parecer separados, pero que originalmente estaban entrelazados, ambos buscando revelar la belleza del universo.”

 De esta idea parte la actividad realizada con los alumnos de 1º de ESO A.  Aunando la creatividad y las matemáticas se les ha propuesto dibujar el perfil de la ciudad de π.

 En la introducción fuimos conscientes de lo que significa que un número tenga infinitas cifras decimales que no siguen un patrón En la charla se fijaron los conceptos de número y cifra y surgieron comentarios que dejaban entrever la creencia en que “hay números que son normales y otros que no” lo que permitió cuestionarnos “qué es un número” e introducir la idea de que tenemos que ampliar nuestra percepción más allá de los naturales.

A continuación, se investigaron las aproximaciones de π a lo largo de la historia y en diferentes partes del mundo y pasamos a darle una representación artística a sus primeras veinte cifras decimales. La única condición que se fijó fue la escala establecida para los edificios que fue común para todos, de forma que aprovechamos para practicar el sentido de la medida utilizando una unidad de longitud definida por nosotros. Las técnicas y materiales de dibujo fueron a su elección.

Tras colocarlos todos juntos, fuimos buscando detalles matemáticos que fueran fruto de decisiones personales. Se señalaron tres: En uno de los dibujos se puede observar como una alumna decidió identificar cifra y color, mientras que otra compañera identificó cifra con número de ventanas. En otro, un alumno, dibujó la letra griega que se utiliza para representar este número. Y, finalmente, en algunos de los dibujos hay representadas veintiuna cifras decimales y en otros veinte pues en estos se ha dejado un hueco libre entre la parte entera y la parte decimal.

***Alumnos participantes: Noa Barroso Barreña, Carmen Custodio Gudiño, Alma Durán Delgado, Adrian Gomis Moreno, Javier Marcos Teomiro,Eva Paez Jiménez, Eric Rosado Bellanco, Saúl Talavera Bravo.

Tiempo dedicado: 3 sesiones de preparación. 2 sesiones con el alumnado.

AJUSTANDO LOS SENSORES

 La realización de un trabajo de investigación requiere la calibración y comprobación de los instrumentos de medida y de captura de datos. En esta ocasión, los alumnos de 4º de ESO han estado poniendo apunto los sensores para la medición de pH, de la conductividad del agua y de la presión atmosférica. Además, han estado aprendiendo el manejo del software (SparkVue-Pasco) que controla los sensores.

Para determinar la precisión del sensor de pH se usaron dos soluciones buffers de pH conocido, una de pH 4 y otra pH7. La lectura del sensor digital se comparó con la lectura por colorimetría usando un papel indicador de pH.

La conductividad es la capacidad para conducir una corriente eléctrica a través de una masa de agua que contiene iones disueltos (átomos con carga eléctrica). En el agua, las sales se descomponen en sus iones cargados positiva o negativamente, lo que afecta a como se transmite la corriente eléctrica. Desde el punto de vista biológico, las sales citadas afectan a que tipo de comunidades biológicas podemos encontrar en un ecosistema acuático pues los organismos tienen distinta sensibilidad a las sales.

La puesta a punto del sensor de conductividad pasó por la preparación previa de una solución salina con una concentración de sal (NaCl) de 36 g/L, su conductividad (μS/cm) se comparó con la de agua destilada, cuyo valor debería ser cercano a cero.

Para determinar la efectividad de nuestro sensor midiendo la salinidad se usó la tabla 1, propuesta por Bodelón et al. en 1994.

Tabla 1. Relación entre salinidad y conductividad. Tomada de Bodelón et al. 1994. El encabezamiento original de la tabla dice: Bandas de confianza (95%) estimadas para la salinidad (g/l) a partir de valores de conductividad en el intervalo de 1 a 100mS/cm.

Los resultados derivados de las mediciones de pH indican que el sensor de pH se encuentra en perfecto estado, los registros obtenidos tras medir el pH de los buffers coinciden con los valores etiquetados para estos, pH 4 y pH7, así mismo, coinciden con los valores medidos en estos mismos buffers con las tiras de papel indicador.

En cuanto al sensor de conductividad los resultados obtenidos de comparar la conductividad del agua destilada y la de la solución salina a 36 g/L son coherentes, ya que para el agua desionizada se obtuvo un valor de 0,179 mS/cm y para la solución salina de 50,116 mS/cm.

En relación con la concentración de sal de la solución salina determinada mediante la conductividad se observó de nuevo un resultado coherente pues la salinidad medida a través de la conductividad (tabla 1) sería de entre 26,6 y 48,37 g/L, y la de la solución salina (preparada por los alumnos) era de 36g/L.

Por último, la presión atmosférica medida con el sensor fue de 975 hPa.

ERRORES PROVECHOSOS

 La actividad experimental con frecuencia conduce a errores o fracasos, se hace mucho trabajo previo para tratar de verificar una hipótesis y finalmente los resultados no son los esperados y es tentador ocultarlos, sin embargo, el análisis de estos errores nos da la oportunidad de hacer comprender a nuestros alumnos la forma en la que la ciencia trabaja, como se genera el conocimiento científico que hace avanzar a las sociedades. El reconocimiento del error y su análisis con frecuencia aportan más conocimiento que la verificación de una hipótesis.

En esta situación de aprendizaje, pretendíamos observar las distintas fases de la mitosis en el ápice de la raíz de la cebolla, así como, llevar a cabo un contaje del número de células en las distintas fases y así poder determinar la duración relativa de cada fase, pues bien, no logramos ni una cosa ni la otra.

 Detalle de la caliptra o cofia del ápice de la raíz

Los alumnos de 4º realizaron el protocolo de tinción necesario para observar la mitosis en varias ocasiones y las células se tiñeron correctamente, pero no logramos observar las células en mitosis. Tras repasar el protocolo y no observar errores pensamos en la cebolla utilizada, ¿estará en mal estado? Tras unos días en agua las raíces se habían desarrollado, pero no demasiado, se observaron durante dos o tres días más y no se apreció que estuvieran creciendo.

Núcleos de las células del ápice (tinción más oscura) en interfase

Además, en nuestra búsqueda de células en división, nos encontramos en el ápice de la raíz una serie de estructuras filamentosas que parecen invadir el tejido de la raíz y sacamos nuestras conclusiones…..

Los filamentos claros podrían ser hifas de un hongo invadiendo el ápice de la raíz de cebolla

Pues bien, nuestra hipótesis es que esos filamentos son las hifas de un hongo que ha infectado las raíces de la cebolla deteniendo su crecimiento y esto debió ocurrir tras dejar la cebolla en agua durante varios días en el laboratorio sin cambiar el agua, disfrutamos esos días de un puente y claro, nadie estaba en el instituto para cambiar el agua.

***Nota: Las preparaciones histológicas y las imágenes han sido realizadas por Carla Santano y por Lucas Montesinos (4º de E.S.O.)

RELACIÓN ENTRE EL NÚMERO DE MICROALGAS Y LA CANTIDAD DE CLOROFILA

 Esta situación de aprendizaje completa la primera realizada este curso. Los alumnos buscaron una posible relación entre el número de microalgas presentes en un medio y la cantidad de clorofila detectada. Nos planteamos  estimar la producción primaria de la charca midiendo clorofila sin la necesidad de contar células, teniendo presente que la charca apenas tiene macroalgas ni plantas acuáticas.

Para establecer esta relación se extrajo la clorofila de una muestra de microalgas mantenidas en nuestro laboratorio y se contaron las células. Para realizar el contaje se utilizó un microscopio y una cámara de “Neubauer improved”. El contaje de cada cuadro de la cámara se realizó por triplicado. Tras el contaje de la muestra inicial se realizó una batería de diluciones idéntica a la empleada para medir la absorbancia de la clorofila y  mediante una gráfica se evaluó la relación entre el número de microalgas y la cantidad de clorofila extraída.

Los resultados del contaje de microalgas se muestran en la tabla siguiente:

Muestras	Número de células por mL
Muestra 1	100625
Muestra2	201250
Muestra 3	402500
Muestra 4	805000
Muestra 5	1,61 x 106

La muestra 1 no se diluyó. Las siguientes fueron diluidas con un factor de dilución  de 2.

La relación entre el número de microalgas y la absorbancia de la clorofila extraída se muestra en la gráfica 1.

           

Figura 1. Relación entre el número de microalgas presentes y la absorbancia a 660 nm de un extracto obtenido a partir de cada muestra.

La gráfica sugiere que podría existir una relación lineal entre el número de microalgas y la cantidad de clorofila (medida por su absorbancia a 660 nm tras ser extraída con acetona). Sin embargo, el hecho de que con un mayor número de células se perdiese la linealidad entre la absorbancia y el número de células (resultados publicados en la entrada anterior) y no haber realizado por triplicado las extracciones de clorofila hace necesario trabajar más en la optimización del protocolo.