de Estados
Iberoamericanos
Para la Educación,
la Ciencia
y la Cultura
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Organización de Estados Iberoamericanos Para la Educación, la Ciencia y la Cultura |
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| Formación
continuada del profesorado de Ciencias. Una experiencia en Centroamérica y El Caribe |
Se ha elaborado la Unidad Didáctica, Estudio de las Reacciones Oxidación-Reducción para ser desarrollada con alumnos y alumnas de 12 a 14 años que cursan el 1er. grado, 1er. ciclo del Nivel Medio, como una alternativa a las problemáticas detectadas como resultados de la investigación realizada en los diferentes libros de Química y prácticas de laboratorio de uso común en nuestras aulas.
La Unidad Didáctica corresponde al último bloque de contenidos que presenta el diseño curricular para el grado, se relaciona con otros bloques como son: Enlace y Estructura Química y Equilibrio Químico y Equilibrio Iónico.
Se atenderán ejes transversales como: Educación para la Salud, Ciencia y Tecnología, Contexto Social y Natural y Democracia y Participación.
Continuamente ocurren en nuestro medio transformaciones, unas de ellas las reacciones de oxidación-reducción constituyen parte importante de nuestras vidas.
¿Cómo sería nuestra vida sin pilas, sin baterías para los automóviles?, ¿y sin energía ?
En nuestro cuerpo, en este instante, están ocurriendo reacciones redox, ejemplo de ellas es la respiración, o más en concreto, la oxigenación de la sangre en los pulmones, la combustión de los nutrientes en las células, etc.
Para el estudio de las reacciones redox te proponemos los puntos siguientes:
1. Recordando que las Sustancias que forman los materiales sufren cambios.
Pretendemos en este apartado detectar los conocimientos que sobre las propiedades de las sustancias tienen los y las estudiantes y los cambios que éstas sufren. Así mismo diferenciar entre los cambios que pueden ocurrir.
2. Revisando qué es y cómo se presenta una Reacción Química.
Se realizarán actividades a partir de las cuales se observen procesos en que se evidencien cambios en la naturaleza de las sustancias participantes. Se busca poner en contradicción la idea de que sólo ocurre cambio químico cuando éste resulta espectacular y llamativo.
De igual manera enfatizamos en la identificación de los cambios químicos para reforzar los aprendizajes logrados en el estudio de la unidad anterior.
3. Reacciones Químicas de Particular Interés: los Procesos de Oxidación y Reducción
Se abordarán situaciones que permitirán establecer diferencias entre una reacción química y otra, y reconocer las reacciones redox que de tanto interés resultan.
En investigaciones realizadas en diferentes fuentes bibliográficas nos percatarnos de la persistencia en la asociación de las reacciones de oxidación con las reacciones del oxígeno y otras sustancias, en pocas ocasiones se tratan las reacciones de oxidación-reducción como procesos donde ocurre transferencia de electrones. A pesar de esto, solo se hará una aproximación a un concepto de reacciones redox, esto debido al desarrollo cognitivo del alumnado a esta edad. En este apartado se hace uso del número de oxidación y la variación de éste en cualquiera de los átomos que intervienen en la reacción.
Así mismo en este apartado se plantearán situaciones destinadas a identificar reacciones redox de ocurrencia en el medio ambiente.
4. Una primera aproximación a un concepto de Reacciones de Oxidación-Reducción.
En este apartado se relacionarán diferentes reacciones químicas en las que participa el oxígeno, con el propósito de lograr una primera aproximación a un concepto sobre reacciones redox, esto basado en la edad de los y las estudiantes en este grado. De igual manera se iniciará el manejo de número de oxidación con la finalidad de iniciarlos en el manejo del concepto sin tocar intercambio de electrones, sí se tratará en grados superiores.
5. Me interesan las reacciones redox.
Se plantearán situaciones cotidianas donde se presenten aplicaciones de las reacciones oxidación-reducción.
"Comprender de manera significativa las ideas básicas producto del consenso de la comunidad científica, sobre las reacciones oxidación-reducción y aplicarlas en la explicación a situaciones cotidianas.
"Planificar y realizar en grupos experiencias sencillas, valorando las aportaciones propias y ajenas mostrando una actitud de cooperación.
"Elaborar informes sobre las actividades de investigación realizadas y resolución de problemas al contrastar y evaluar la información para desarrollar criterios personales sobre los contenidos científicos.
"Utilizar los conocimientos sobre las aplicaciones de las reacciones oxidación-reducción, discernir entre aquellas que pueden ser contaminantes presentando alternativas de soluciones.
1. Los contenidos se presentan a partir de un mapa conceptual partiendo de los cambios que sufren las sustancias que forman los materiales hasta llegar al tema que nos ocupa, reacciones redox.
En la selección de los contenidos se ha tenido en cuenta el interés en las interacciones Ciencia, Tecnología y Sociedad.
2. Los contenidos relacionados a procedimientos han sido seleccionados en función de las diversas actividades diseñadas para esta Unidad Didáctica. Se ejercitarán numerosas habilidades intelectuales como: observar, clasificar, emitir hipótesis, diseñar experiencias, interpretar resultados, presentar conclusiones, síntesis, entre otras.
3. Los contenidos relativos a actitudes, valores se centran en fomentar: valoración en la aplicabilidad de los procesos redox, sensibilidad ante los problemas de contaminación por pilas y acumuladores, entre otros.
Vamos a iniciar...
Actividad 1. ¿ Por qué consideras importante las reacciones de oxidación?.
A.2. ¿ Cuáles beneficios aportan las reacciones de oxidación al ser humano?.
A.3. Preparo mi laboratorio.
De manera individual vas a preparar tu propio Laboratorio de Química. No es indispensable que cuentes con equipos sofisticados y costosos para que ames y aprendas Química, basta con una actitud positiva y disposición, de lo que estoy segura ya tienes. ¡Cuento contigo!
"A continuación te presento un cuadro donde anotarás los nombres de aquellos materiales que se utilizan comúnmente en tu hogar y el establecimiento donde lo puedes conseguir.
| Materiales | Lo puedo conseguir en |
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Toma muestra de cada uno en diferentes frascos de cristal y colócalos en una cajita.
¡Ya tienes tu laboratorio!
Basándose en la observación cualitativa de los cambios en las propiedades de las sustancias como son: aspecto, color, olor, formación de precipitados, desprendimiento de gases, entre otros, se presentarán indicios sobre la permanencia o no de las sustancias al ocurrir dicho cambio. Mucho mejor es conocer propiedades más objetivas que puedan ser medidas instrumentalmente como, por ejemplo, las temperaturas de fusión, de ebullición, densidad, etc.
A.4. Cambios físicos y químicos.
En ocasiones no resulta tan evidente la diferencia entre un cambio físico y un cambio químico, por lo que te proponemos:
"Diseña y realiza en pequeños grupos sendas experiencias utilizando los materiales de tu laboratorio en las que presenten un cambio físico y otro químico con la finalidad de recordar las diferencias entre estas dos clases de procesos.
A.5. Observo algunos cambios.
En ocasiones se presentan cambios en la naturaleza de las sustancias que nos ponen a dudar si se trata de un simple cambio de estado, o si realmente aparece una sustancia nueva.
¿Cómo clasificarías los siguientes cambios?
Ahora vamos a insistir en revisar más concretamente lo que entendemos por Reacción Química. Recordemos que ocurren cambios en las sustancias en las cuales éstas pierden sus propiedades, no son las mismas, se han formado nuevas sustancias con propiedades diferentes. Podemos entonces decir que estamos frente a un cambio químico o reacción química.
A.6. Los cambios químicos o reacciones químicas.
Tomando de los materiales de que dispones en tu pequeño laboratorio:
A.7. ¿Qué pasa con las partículas de los reactivos cuando se transforman en productos ?
Pasemos ahora a interpretar desde el punto de vista atómico cómo ha sucedido uno de estos cambios químicos donde las sustancias iniciales (reactivos) se transforman en otras llamadas productos.
A.8. Presenta a partir de dibujos el paso de reactivos a productos. Elige los reactivos.
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A.9. Modeliza los dibujos anteriores con recursos del medio que justifique tu hipótesis.
A.10. Reacciones de oxidación-reducción en el medio ambiente.
Es común que en nuestro medio estén ocurriendo reacciones redox, sin embargo no prestamos atención ni nos dedicamos a pensar en ello. De ahora en adelante sí lo haremos.
A.11. Observo una reacción redox.
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Un ejemplo de reacción redox es la que ocurre cuando introducimos una lámina de Zn en una solución de sulfato de cobre, CuSO4. |
¿Cuáles cambios piensa ocurrirán?. Presenta tu opinión a modo de hipótesis.
Realiza la experiencia y contrasta con lo que has imaginado en tu hipótesis.
A.12. Presenta un diseño experimental en el cual se observe una reacción de oxidación-reducción.
A.13. Más reacciones redox.
Utiliza los materiales de tu laboratorio y realiza las siguientes experiencias. Recoge tus observaciones. Expresa a partir de ecuaciones lo ocurrido.
| Experiencias | ¿Qué Observas? | ¿Qué Ocurrió? |
| Quema un trozo de Mg en cinta. | |
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| Quema un poco de azufre (*) | |
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| Agrega un trozo de zinc a unos ml de ácido de batería (*) | |
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A.14. Agentes oxidante y agentes reductores
En toda reacción redox encontramos una sustancia que provoca la oxidación de otra y una sustancia que provoca la reducción.
A.15. Agentes oxidantes y agentes reductores en la casa.
En el hogar utilizamos diferentes materiales, muchos de ellos son excelentes oxidantes o reductores.
Después de identificar en tu medio reacciones de oxidación-reducción, agentes oxidantes y reductores, vamos a conceptualizar con lo que podemos llamar una primera aproximación de las reacciones de oxidación-reducción.
A.16. ¿ Qué tienen en común la oxidación de una verja y la combustión del butano?
A.17. El plomo metal se puede obtener en el laboratorio cogiendo un poco de minio anaranjado (polvo de óxido de plomo, PbO, que se emplea para pintar las rejas de acero) , se mezcla con carbón vegetal también en polvo y calentando fuertemente la mezcla al rojo. Al final del proceso se obtiene una bolita de plomo. Explica la reacción redox que ha ocurrido y justifica qué sustancia es la oxidante y cuál la reductora.
A.18. El hidrógeno obtenido como se ha indicado en A.13 se puede recoger en un tubo de ensayo y se puede explosionar (solamente se oye una pequeña explosión) al quemarlo en el aire aplicándole a la boca del tubo de ensayo una cerilla encendida. En esta combustión se forma vapor de agua. Explica si esta reacción se puede considerar como de oxidación-reducción.
A.19. El hidrógeno también puede arder en atmósfera formándose el gas cloruro de hidrógeno (HCl). ¿Se podría considerar esta reacción como un proceso de oxidación reducción?
En la vida actual se presentan situaciones que no son más que el resultado de reacciones redox. ¿Qué podría ocurrir si no contáramos con pilas, baterías? ¿Cómo funcionarían los relojes, las linternas, los inversores?, ¿Cómo purificaríamos los metales? Ahora hay una mejor comprensión del uso y producción de energía para la vida.
A.20. ¿A quiénes se lo debemos?
Los aportes tecnológicos no han surgido de la nada, han costado grandes e incansables sacrificios a través del tiempo y nuevos conocimientos.
¿Cómo relacionarías las reacciones redox con estos personajes?
A.21. Los metales en la Historia.
Según los materiales útiles empleados por las civilizaciones (piedra, metales, etc.), la prehistoria se ha dividido en Edad de la Piedra, Edad del Bronce y Edad del Hierro (en la que ahora nos encontramos), y ¿ cuál metal lo seguirá?, ¿ Quizás el titanio?
En la búsqueda de productos para su comercialización, se produce el descubrimiento de la Metalurgia, llegando a ser el oro y la plata muy codiciados para fabricar objetos de lujo, el hierro para la fabricación de utensilios y armas de técnicas diferentes. ¿Por qué aparece aquella secuencia?
Conocimientos pre-tecnológicos contribuían en el poder de las civilizaciones.
Sería interesante preguntarnos:
A.22. La electricidad y las reacciones químicas.
La energía eléctrica puede utilizarse para producir reacciones químicas. El proceso contrario también es posible, producir energía eléctrica a partir de una reacción química. Un ejemplo conocido lo constituyen las pilas y acumuladores de tan amplio uso en la vida actual.
Abre una pila seca y comprueba la presencia de sus componentes: ¿Cuáles reacciones ocurren en el momento en que funciona?
Reacciones:
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A.23. Los polos en las pilas.
Después de comprobar los componentes de una pila resultaría interesante cuestionarnos sobre la función de la cubierta de zinc y la barrita central de grafito, por lo que te pedimos investigar:
A.24. ¿Cómo producir corriente eléctrica de bajo voltaje?
Las pilas y las baterías se utilizan tanto en las industrias como en los hogares para producir energía eléctrica.
Diseña una nueva pila (inventada por ti, puede ser con un limón o una papa ). De acuerdo a los materiales usados. ¿Es posible llevarla a la práctica? ¿Obtendrías energía eléctrica?
A.25. Una nueva pila.
Presenta tu pila a los demás compañeros y compañeras. Ponla a producir energía eléctrica.
A.26. ¿Son todas las pilas iguales?
Presentaste tu pila, observaste la pila seca y sus componentes, te diste cuenta que no son iguales.
| Tipos de pilas | Cátodo | Ánodo | Electrólito | Usos |
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A.27. Pila de Niquel-Cobre.
Te has dado cuenta que todas las pilas no son iguales.
Explica en forma de hipótesis la posibilidad de producir energía con una pila de níquel- cobre.
A.28. Presente un diseño experimental donde sometas tu hipótesis a comprobación.
A.29. Contaminación por pilas.
Las pilas secas que utilizamos comúnmente en las linternas, juguetes, radios y otros efectos del hogar tienen una vida limitada, con el tiempo el zinc se corroe por el cloruro de amonio, por esto no es conveniente dejar las pilas secas en el interior de ningún aparato.
¿Qué debemos hacer entonces?
Presenta en paneles alternativas para no contaminar la basura con las pilas viejas que desechamos. A parte de las pilas secas hay otras que funcionan con metales amalgamados con mercurio y hay que tener en cuenta que la contaminación por metales pesados (como el Hg) es mucho más peligrosa porque son muy tóxicos y se van acumulando en el medio, es decir no se destruyen.
A.30. Las baterías para automóviles.
Las baterías para automóviles son una colección de celdas individuales reunidas en una unidad. En su interior se utiliza ácido sulfúrico para producir energía eléctrica. La electricidad (producida por la reacción química que tiene lugar dentro de la batería) viaja a través del circuito externo para favorecer la ignición de la gasolina en los cilindros del motor, para encender el aire acondicionado, radio, los electrones regresan al cátodo para completar el circuito. La ventaja de la batería frente a las pilas está en que se puede cargar de nuevo mediante el alternador o generador que llevan los coches, pero:
A.31. La electrólisis.
Después de estudiar las reacciones redox que producen energía eléctrica o calor como es el caso de las que ocurren en las pilas y los acumuladores de plomo, sería interesante que abordaramos aquellas que sí requieren energía eléctrica o calor para que ocurran.
Antes de continuar es importante saber
A.32.Diseña el montaje de la electrólisis de uno de estos compuestos.
A.33. Aplicaciones de la electrólisis.
Las aplicaciones de la electrólisis tanto a nivel doméstico como industrial son innumerables.
Reflexiona a partir de la lectura siguiente
| UN POCO DE HISTORIA DEL PROCESO HALL |
| Probablemente, el proceso electrolítico más importante para la obtención de un metal es el de la producción de aluminio. Este proceso se desarrolló por Charles Hall en 1866 cuando tenía 22 años. En esa época, el precio del aluminio era más caro que el de la plata o el oro. Se decía que la gente rica hacía ostentación de su fortuna utilizando cubiertos de aluminio. El problema más grave que tuvo que resolver Hall fue electrolizar el Al2O3 , materia prima para obtener el aluminio, a una temperatura inferior a su punto de fusión de 2000° C. Después de varios intentos encontró una sustancia que fundía el Al 2 O 3 a temperaturas razonables, esta sustancia era la criolita ( Na3Al F6). Pasando corriente eléctrica a través de esta mezcla fundida fue así posible obtener aluminio. La mezcla de Al2O3 y criolita fundida la colocó en una sartén de hierro y la corriente eléctrica la obtenía de baterías que había fabricado con botes para conservar frutas. Este mismo proceso fue descubierto de forma independiente por el francés Paul Héroult en 1886 de la misma edad que Hall. Una vez que se empezó a usar el proceso a nivel industrial, el precio del aluminio descendió rápidamente. El aluminio metálico se usa en gran escala en las industrias de la construcción, llegando a ser un metal común y familiar. |
Comenta la importancia del proceso Hall a nivel industrial y doméstico.
A.34. Elabora un mapa conceptual con las aplicaciones de la electrólisis en la vida cotidiana.
A.35. La corrosión.
Un tipo de reacción electroquímica de gran importancia es la corrosión de los metales. Un ejemplo de la corrosión del hierro, proceso que implica la pérdida de mucho dinero a nivel mundial.
A.36. La corrosión y el medio ambiente.
¿Cuáles efectos económicos implican la corrosión de los metales? ¿Cómo afecta el medio ambiente?
Presenta en un panel la importancia ecológica y económica de la prevención de la corrosión de metales.
Es una actividad que busca concienciar y, como sabes, es un proceso que requiere momentos de reflexiones profundas y bien orientadas.
A.37. Un poco de Historia.
Después de realizar tantas actividades sobre reacciones redox, manejar el término oxidación, resultaría interesante conocer cómo la historia de las ciencias nos va presentando las diferentes etapas por las que ha pasado la concepción del proceso de oxidación hasta nuestros días.
A.38. Presenta en un esquema las aplicaciones domésticas e industrial de las reacciones redox.
A.39. El electrón activo.
Después de observar el vídeo "El electrón activo", ¿Se presenta en el vídeo situaciones relacionadas con las vividas en la unidad didáctica? Preséntalas a modo de síntesis.
AZCONA, R. et al. (1997). Ciencias de la Naturaleza Física-Química. ESO 3. (Erein: Donostia).
CAAMAÑO, A. y HUERTO, A. Orientaciones Teórico-Prácticas para la elaboración de Unidades Didácticas. España.
CALATAYUD, M. L. et al.(1997). Guía Didáctica Química. 2º Bachillerato. (Octaedro: Barcelona).
CHANG, R. (1992). Química. (MacGraw-Hill: México)
"Flogisto". Enciclopedia Microsoft ®. Encarta ® 97. 1993-1996. Microsoft Corporation.
GARCÍA, A. R. (1997). Química I. (Cytesa-MacGraw-Hill: Santo Domingo)
MORALES, V. et al. (1998). Química 2000-2. (Editora Susaeta: Santo Domingo)
Secretaría de Estado de Educación y Cultura. República Dominicana. (1998). Guía Didáctica para Procesos Redox. (Santo Domingo).
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