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Historia F+Q

Enseñando física y química a través de su historia. Un blog colaborativo de los alumnos del Master de Secundaria

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2ºBac_Q_Bloque 3. Reacciones químicas

CAPA DE OZONO

Antes de Mario Molina (ganador de Premio Nobel por sus estudios sobre la capa de ozono) se desconocía que la atmósfera tuviera una capa de gases que nos protegía de los rayos ultravioleta, mucho menos se sabía de la formación de un agujero que nos expondría a los rayos del sol. Molina desde 1975, realizó una serie de estudios sobre la capa de ozono, que hoy son imprescindibles para dimensionar la importancia de este fenómeno en el aumento de enfermedades como cáncer de piel.

Resultado de imagen de capa de ozono

La capa de ozono es el filtro entre las radiaciones nocivas y las benéficas. La fotosíntesis y por lo tanto la vida en el planeta es consecuencia de la radiación ultravioleta que llega a la superficie terrestre en dimensiones justas gracias a la capa de ozono.

El calentamiento global está relacionado estrechamente con la capa de ozono. El mejor llamado cambio climático es provocado por los gases de efecto invernadero que se quedan en la atmósfera que son los responsables de la apertura en la capa de ozono. La retención de estos gases impide que los rayos ultravioletas, que de por sí entran con mayor intensidad por el agujero de la capa de ozono, no salgan de vuelta al espacio.

Actividad:

Para empezar, realizaremos un debate entre todos para conocer cuáles son las ideas previas de los alumnos entorno a la capa de ozono. Para ello, realizaremos diferentes cuestiones:

¿Qué es la capa de ozono? ¿Donde se sitúa? ¿Cuál es su finalidad?¿ Es bueno para la salud?

Dividir los alumnos en cuatro grupos. Cada grupo tendrá que leer el texto adjunto y después realizarán la búsqueda de la información necesaria para responder las siguientes cuestiones:

– Grupo 1: ¿Cómo se crea la capa de ozono?¿Es una superficie sólida?¿Qué elementos pueden traspasar y cuáles no?

– Grupo 2: ¿Cómo se destruye la capa?¿ Cuáles son los compuestos y reacciones culpables de la destrucción?

– Grupo 3: Los beneficios de la capa de Ozono

-Grupo 4: ¿Cuál es la situación de la capa de ozono hoy en día? ¿Cuáles son las consecuencias?

Una vez que tengan la información necesaria, tendrán que realizar una presentación y exponer en el aula. Además tendrán que buscar un video corto (5min aprox) en el que resuma lo que hayan explicado.

Objetivos:

– Desarrollar la capacidad de trabajar en grupo aportando las propias ideas y ayudándose entre ellos

– Adquirir conocimientos básicos acerca de la capa de ozono y las causas de su destrucción y ser capaces de buscar soluciones

– Ser capaces de tener una carácter crítico sobre la actualidad

– Ser capaces de entender la importancia de CTSA (Ciencia, Tecnología, Sociedad y medio Ambiente) y saber relacionar los conceptos

-Mejorar la actitud de los alumnos hacia la ciencia

Criterios de evaluación:

– Comprensión de las reacciones de destrucción y creación de la capa de ozono

– Capacidad de expresar oralmente los conceptos adquiridos y saber argumentar

– La buena conducta a la hora de trabajar en grupo y ayudar a los demás compañeros

– La participación a la hora de debatir y dar la opinión

– Desarrollar la capacidad de reflexionar sobre la contaminación ambiental de hoy en día.

 Referencias:

https://ecoosfera.com/2014/04/conoce-al-cientifico-mexicano-que-descubrio-el-agujero-de-la-capa-de-ozono/

 

 

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La oxidación que hundió el Kursk

El 12 de Agosto del año 2000, un enorme y moderno submarino nuclear ruso se hundía en el Mar de Bárents, en el Ártico. No era un submarino cualquiera, era el orgullo de la Armada rusa, dotado de las más modernas innovaciones de la época, como la supercavitación para sus torpedos. Durante los días posteriores, se sucedieron las acusaciones contra Estados Unidos, a quien culpaban accidentalmente o no, de haberlo hundido.

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/f/f6/Kursk_wreck.jpg

Después de las investigaciones la conclusión fue que el hundimiento se produjo por la explosión inicial de uno de sus torpedos. Esto provocó varias explosiones más en cadena, que acabaron por hundirlo. Pero, ¿qué fue lo que produjo la explosión inicial?

Este tipo de torpedos usan un combustible (queroseno) y un propelente, que es una sustancia que libera una gran cantidad de gas en poco tiempo y que propulsa el proyectil a gran velocidad. En el caso de estos torpedos era el agua oxigenada muy concentrada (HTP).

Parece ser que hubo una fuga de HTP en uno de los tubos de lanzamiento. Estos tuberías estaban hechas de cobre y zinc, y el agua oxigenada origina una reacción redox que oxida estos metales:

H2O2(aq) + 2H+ +2e 2H2O +1.76
Cu2+(aq) + 2e Cu(s) +0.34
Zn2+(aq) + 2e Zn(s) −0.76

El agua oxigenada como se ve, tiene gran poder oxidante y se reduce espontáneamente captando los electrones de los metales. La reducción del agua oxigenada muy concentrada es muy exotérmica, por tanto provoca que el agua desprendida sea en forma de gas, un vapor de agua muy caliente que poco a poco va aumentando hasta llegar a una presión crítica. Esta altísima presión dentro del compartimento del misil, unido a que el HTP fue disolviendo tuberías hasta llegar al queroseno (explosivo), fue lo que produjo la explosión.

Actividades propuestas:

Problema: Presión ejercida por el vapor de agua, dentro del compartimento de los misiles, conociendo los datos V, T, a través de las ecuaciones redox, ajuste redox y ley de gases ideales. De esta forma se puede tener conciencia de la enorme presión existente dentro del compartimento del misil al producirse la reacción.

Experimento: Actividad práctica en laboratorio de una reacción redox y una termoquímica, para demostrar una reacción exotérmica (para explicar la produción de vapor de agua en la reacción que produjo la explosión), y una reacción redox (que explique la corrosión de las tuberías y la liberación de agua en forma de vapor).

 

Bibliografía:

https://www.lavozdegalicia.es/noticia/internacional/2002/02/18/kursk-hundio-explosion-torpedo/0003_968149.htm

https://divulgatia.blogspot.com/2015/02/la-quimica-detras-del-hundimiento-del.html

https://es.wikipedia.org/wiki/Anexo:Tabla_de_potenciales_de_reducci%C3%B3n

https://en.wikipedia.org/wiki/High_test_peroxide

https://es.wikipedia.org/wiki/VA-111_Shkval

 

 

Las pilas de combustible, ¿solución o quimera?

Las pilas de combustible son unos dispositivos electroquímicos que transforman la energía química contenida en un combustible (hidrógeno, hidrocarburos, alcoholes…) en energía eléctrica directamente. Esta conversión electroquímica no está limitada por el rendimiento de Carnot, lo que permite conseguir eficiencias relativamente elevadas. Aunque pueda parecer un invento del siglo XXI, lo cierto es que desde hace casi dos siglos se plantearon las bases de lo que puede ser una posible futura solución ambiental a los problemas de contaminación atmosférica, producto del uso masivo de combustibles fósiles para la generación de electricidad y en los vehículos de transporte con motor de combustión. Sin embargo, su desarrollo ha atravesado periodos de olvido, debido a las numerosas dificultades técnicas que presentan en comparación con otros sistemas de generación de electricidad. El interés por las pilas de combustible se ha dado en periodos de escasez en recursos energéticos, precipitando así su desarrollo y el de otras tecnologías de energía alternativas a las tradicionales.

Configuración del dispositivo de William R. Grove, según su publicación

Configuración del dispositivo de Grove (1843).

Actividad:

  • Lee el artículo de las pilas de combustible de http://www.wikiwand.com/es/Pila_de_combustible, poniendo especial atención en los apartados de Historia, Tecnología y Tipos de pilas de combustible.
  • Realiza un esquema de la evolución cronológica del desarrollo de las pilas de combustible.
  • Confecciona una tabla con los tipos de pilas de combustible, los materiales de los diferentes componentes (electrolito y electrodos), reacciones redox (semireacciones de oxidación/reducción en cada electrodo), rangos de temperatura de operación, aplicaciones y estado de madurez industrial. Para complementar la información se recomienda consultar diversas fuentes de información.
  • Comenta brevemente las ventajas e inconvenientes de cada tipo de celda de combustible, justificando las mismas en base a sus características específicas.
  • Debate en el aula sobre los científicos y los hechos que contribuyeron a un mayor avance de las pilas de combustible, las pilas de combustible como una solución viable a los sistemas convencionales de generación de electricidad, sus ventajas e inconvenientes en el contexto del transporte, uso residencial, industrial…

Objetivos:

  • Trabajar el concepto de las reacciones químicas tipo reducción-oxidación en un contexto de aplicación.
  • Conocer los tipos de celdas de combustible y sus características específicas.
  • Contextualizar la historia del desarrollo de las pilas de combustible relacionada con las soluciones para solventar las dificultades técnicas.
  • Fomentar el lenguaje y la forma de trabajar de los científicos, así como el espíritu crítico hacia los avances científico-tecnológicos.
  • Sensibilizar hacia las tecnologías de generación de energías renovables y sostenibilidad medioambiental.

Criterios de evaluación:

  • La identificación de las reacciones de oxidación-reducción empleando el método del ion-electrón para ajustarlas.
  • La capacidad de síntesis de la información consultada.
  • La justificación de la relación de las ventajas e inconvenientes de cada tipo de celda de combustible con sus diferentes características específicas.
  • La corrección de los conceptos químicos empleados.
  • La capacidad y participación del alumno para defender una opinión sobre un tema de ciencia en un debate.
  • La redacción cuidada, sin faltas de ortografía.

 

Referencias bibliográficas:

 

Otro tipo de pilas: Electrolisis.

 

La electrolisis es el proceso eléctrico donde se separan los elementos de un compuesto mediante una reacción redox no espontanea, es decir se ha de aplicar una corriente eléctrica para su resultado.

William Nicholson y Anthony Carlisle en el 1800, descubrieron accidentalmente la electrolisis, mientras estudiaban el funcionamiento de las baterías. Conectaron los electrodos a un recipiente con agua y observaron que en uno de los electrodos se formaba O2 y en el otro H2. Seguir leyendo “Otro tipo de pilas: Electrolisis.”

¿Un coche alimentado por hidrógeno?

El uso masivo de los combustibles fósiles como fuente de energía para los vehículos está provocando graves problemas en nuestro medio. Ante este problema, los científicos han buscado alternativas menos nocivas para la naturaleza. Una de estas alternativas es el coche de hidrógeno. Seguir leyendo “¿Un coche alimentado por hidrógeno?”

Amoníaco y controversia: Ingredientes del mismo cóctel

Esta semana se cumplen 109 años desde la patente de formación del compuesto que cambiaría el curso del siglo XX y en consecuencia de la vida tal y como la conocemos hoy. El nitrógeno es crucial en la bioquímica de los seres vivos y el gas más común de nuestra atmósfera. Sin embargo, no suele reaccionar fácilmente con otros elementos, lo que hace que los seres vivos no puedan extraerlo del aire. El hallazgo se logró en 1908, cuando Fritz Haber patentó el proceso catalítico de alta presión que combina el nitrógeno atmosférico con hidrógeno para formar amoníaco. En 1913, Carl Bosch y su equipo hicieron que el descubrimiento de Haber se pudiera desarrollar a escala industrial y construyeron la primera planta de amoníaco. Cien años después, el proceso Haber-Bosch sigue siendo el método predominante en la industria dando aproximadamente 200 millones de toneladas por año, el 80% destinadas a alimentar las tierras de cultivo.

Fritz Haber

Pero “algunos afirman incluso que sin el amoníaco de Haber, tan útil para elaborar explosivos como para producir fertilizantes, el imperio alemán no habría podido lanzarse a la Gran Guerra, Lenin no habría podido llegar a Rusia, Hitler no habría alcanzado el poder y por el camino se habrían salvado millones de vidas e incluso el alma de la civilización europea”.

El amoníaco sintetizado por Haber fue la base de la producción de gases venenosos y explosivos utilizados contra las tropas aliadas en la Segunda Guerra Mundial, proceso en el que él participó de forma muy activa. Los científicos que trabajaban en su instituto basándose en su trabajo desarrollaron la fórmula del gas de cianuro Zyklon A, el precursor del gas usado en los campos de concentración durante el Holocausto.

Soldados utilizando gases venenosos como arma química

“Un ejemplo de cómo, cuando a la ciencia no se le imponen límites éticos puede pasar rápidamente de fuente de vida a arma de destrucción masiva”.

Referencias:

http://www.bbc.com/mundo/noticias-38107124
https://biochembelle.com/2011/01/22/shadows-of-greatness/
http://esmateria.com/2013/03/03/de-como-un-cientifico-ayudo-a-hitler-creando-amoniaco-y-50-historias-mas/
https://es.wikipedia.org/wiki/Amon%C3%ADaco
http://www.publico.es/ciencias/investigacion/amoniaco-sustancia-cambio-mundo.html
https://www.detectivesdelahistoria.es/fritz-haber-vida-y-muerte-a-traves-de-la-quimica/

 

Actividad a realizar:

El alumno debe consultar las referencias presentadas para tener una visión global del suceso y de sus consecuencias, después deberá contestar a las siguientes preguntas;

  1. ¿Qué consecuencias positivas tuvo la aportación de Haber-Bosch? Cita tres productos que disfrutes en tu día a día y que sean consecuencia directa del descubrimiento y razona por qué.
  2. ¿Qué consecuencias negativas tuvo dicho suceso científico? Desarrolla 7 líneas sobre el efecto de los fertilizantes.
  3. Comenta con tus compañeros las respuestas a las preguntas anteriores y valora las consecuencias observadas; sociales, políticas, medioambientales, sanitarias,…

Objetivos de esta actividad:

  1. Conocer la historia de la química a través de sus personajes y poder comprenderla en su contexto social.
  2. Reflexionar sobre las posibles consecuencias que puede tener un evento científico en la sociedad y, en consecuencia, en la historia.
  3. Estudiar el amoníaco, la reacción de Haber-Bosch y relacionarlo con el ciclo del nitrógeno.

 

 

¿Puede el avance de la ciencia implicar consecuencias sociales y ambientales negativas?

      El amoníaco, es uno de los compuestos más importantes de la industria química. La mayor parte se utiliza en la fabricación de abonos (sales amónicas), y el resto tiene usos muy diversos, desde la fabricación de explosivos a tintes, lacas o limpiadores amoniacales.

      La síntesis a escala industrial del amoníaco (1913) desarrollada por Fritz Haber (1868 – 1934) supuso un cambio en la agricultura, al permitir  fijar de forma artificial el omnipresente nitrógeno del aire (78%vol), mejorando enormemente los rendimientos agrarios en una sociedad con un crecimiento exponencial.

      A pesar de que el objetivo era remediar los problemas de desnutrición, se pasaron por alto aspectos como la devastación de territorios en beneficio de la agroindustria y el progreso y  las consecuencias derivadas de la contaminación por nitrógeno que afectaba a personas, el aire, la tierra y los acuíferos, así como su uso indebido en la industria de la Guerra Química de la I G.M y la II G.M..

Vidas salvadas* [1] Muertes causadas*[2]
2,7 billones desde el S. XIX 1,3 millones de personas en la I G.M.

Actividades

1-Se divide a los alumnos en dos grupos que obtendrán la información sobre:

2-Posteriormente, cada grupo debe resumir su contenido y exponerlo ante el otro grupo.

3-Tras las exposiciones, contestar las cuestiones:

  •     ¿Cuáles son las causas que hacen del nitrógeno un elemento esencial para los seres vivos? ¿Las plantas pueden tomar directamente el nitrógeno de la atmósfera?
  •     Indicar brevemente el contexto socioeconómico en que se produjo la síntesis de Haber-Bosch.
  •     ¿Qué desventajas comporta la producción actual de fertilizantes nitrogenados y su uso en exceso?

4- Finalmente, como trabajo individual, deberán investigar y contestar a las siguientes cuestiones:

  •     Haciendo uso del Principio de Le-Chatelier, indica bajo qué condiciones teóricas termodinámicas  se puede favorecer la conversión de nitrógeno del aire en amoníaco.
  •     Investiga cuales son las condiciones reales a escala industrial bajo las que se lleva a cabo y justifica las posibles diferencias

 


Objetivos

  • Comprender que las demandas y necesidades sociales impulsan los descubrimientos científicos y las aplicaciones tecnológicas.
  • Categorizar algunos de los factores a tener en cuenta en un proceso químico viable a escala industrial: termodinámica, cinética y criterios socioeconómicos.
  • Inferir de acuerdo con el Principio de Le Chatelier las condiciones termodinámicas que pueden favorecer el proceso de producción del amoníaco
  • Desarrollar un espíritu crítico sobre la responsabilidad social y ambiental de nuestros actos.

 


Evaluación

  • Capacidad de búsqueda de información sobre un proceso químico industrial
  • Capacidad para inferir y razonar a partir de la base teórica del Principio de Le Chatelier
  • Desarrollo de un espíritu crítico en relación a los límites éticos y morales que acompañan a la ciencia y sus avances.

Fuentes

[1] Foto. https://www.cs.mcgill.ca/~rwest/link-suggestion/wpcd_2008-09_augmented/wp/f/Fertilizer.htm

[2] Foto. http://chemicalweapons.cenmag.org/who-was-the-father-of-chemical-weapons/

[1,2] Datos sobre vidas salvadas y muertes ocasionadas: www.scienceheroes.com

[3] Enlaces para el análisis del grupo A: http://www.detectivesdelahistoria.es/fritz-haber-vida-y-muerte-a-traves-de-la-quimica/

[4] Enlace para el análisis del grupo B:

ed.ted.com/lessons/the-chemical-reaction-that-feeds-the-world-daniel-d-dulek#watchrc

 “Breve historia de las baterías”

En 1749, Benjamin Franklin utilizó por primera vez el término “batería” para referirse a unas botellas de vidrio especiales que provocaban descargas eléctricas.

Alessandro Volta, en 1800, diseñó después la primera pila de la historia. Para ello Volta utilizó unos discos de zinc y plata separados por un baño empapado en salmuera, un líquido que hacía la función de electrolito. Cuando un cable se conectaba a ambos extremos de la pila, la corriente continua fluía. Un invento con el que Volta consiguió gran reconocimiento. Además, la unidad de tensión eléctrica recibió el nombre de voltio en su honor. Sin embargo, el dispositivo no podía proporcionar corriente eléctrica durante un largo periodo de tiempo.

El genio autodidacta John F. Daniell, gran amigo de Michael Faraday (el químico que descubrió las leyes de inducción electromagnética), decidió mejorar ese sistema. El británico ideó la pila Daniell en 1836 utilizando electrodos de zinc y cobre. Fue la primera en adquirir un uso práctico: sirvió para alimentar telégrafos, teléfonos y timbres de los hogares durante decenas de años.

Ya en 1866, el investigador francés Gearges Leclanché desarrolló la pila Leclanché, compuesta por dos electrodos de zinc y dióxido de manganeso. Sin embargo la gran novedad de la pila Leclanché residía en utilizar un electrolito en forma de pasta en lugar de líquido, lo cual lo hacía más ligera y fácil de transportar.

Casi al mismo tiempo que George Leclanché desarrollaba su pila, otro francés, Gaston Planté se planteaba cómo lograr que una batería descargara electricidad no solo una vez, sino que se pudiese regenerar. Así, en 1859 Planté desarrolló la batería de plomo-ácido, la primera recargable de la historia, la cual se regeneraba al hacer pasar una corriente eléctrica en sentido contrario.

No fue hasta el 1973 cuando se volvió a tener una revolución importante, y fue el físico estadounidense John B. Goodenough quien desarrolló las baterías de ión litio, utilizadas actualmente en la gran mayoría de dispositivos electrónicos utilizados hoy en día. Actualmente, Goodenough tiene 94 años, es profesor en la Universidad de Austin, Texas, y sigue trabajando en el desarrollo de las baterías.

Actividades

  1. Plantea las reacciones químicas de oxidación y reducción de las pilas de Volta y Daniell.
  2. Realiza un esquema de una pila electrolítica describiendo cada una de sus partes.
  3. Goodenough actualmente sigue trabajando en el desarrollo de las baterías de Ion Litio. Investiga qué nuevas tecnologías está desarrollando. ¿Qué aplicaciones podrían llegar a tener en un futuro próximo? En este apartado se pide aportar fuentes bibliográficas.

Objetivos

            Aprender historia de la química.

            Identificar los diferentes elementos de una pila electrolítica.

            Aplicar los conceptos de reacciones de oxidación y reducción.

            Identificar nuevas tecnologías que se están desarrollando para el futuro.

Criterios Evaluación

Identificar las partes de una pila y de una reacción de oxidación reducción.

Investigar sobre nuevas tecnologías aplicables en la actualidad.

Referencias Bibliográficas

Artículo. “De la pila de Volta al Powerwall de Elon Musk: Breve historia de las baterías” http://www.eldiario.es/hojaderouter/ciencia/bateria-pila-historia-Tesla-powerwall_0_389861108.html

                                                         José Miguel Andrés Rodríguez

PRINCIPIO DE LE CHATELIER

En 1888 el químico Henry Louis Le Chatelier enunció una teoría según la cual la modificación de un parámetro en una reacción en equilibrio, producirá un reajuste en el sistema hasta alcanzar una nueva posición de equilibrio. Su principio permite estimar como serán los cambios según la variable que se modifique. Estos parámetros pueden ser la temperatura, la presión, la concentración de las especies involucradas o la adición de un catalizador[1].

 

OBJETIVOS

  • Conocer los tipos de reacciones: reversibles o irreversibles
  • Conocer el concepto de equilibrio químico y las distintas constantes que marcan el equilibrio
  • Conocer los parámetros que pueden afectar a una reacción en equilibrio
  • Saber aplicar la Ley de Le Chatelier a problemas con modificación de parámetros.
  • Familiarizarse con el proceso de síntesis de amoníaco Haber-Bosch

 

DESARROLLO DE ACTIVIDAD

Lee el texto [1] y responde a las siguientes cuestiones acerca del principio de Le Chatelier.

  1. Como se podría mejorar el rendimiento de la reacción 2N2(g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3(g) modificando las concentraciones de las especies? Conoces algún proceso industrial que se base precisamente en este método para la síntesis de amoníaco? Dibuja un esquema del proceso
  2. En la reacción   H2(g) + I2(g) ⇄ 2HI, habría algún cambio si se aumentara la presión del sistema? Y en la reacción 2N2(g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3(g)? En caso afirmativo indicar hacia donde se desplaza el equilibrio.
  3. En la reacción 2N2(g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3(g), la reacción directa es exotérmica y la inversa, endotérmica. Teniendo esto en cuenta, como se modificará el equilibro con un descenso de la temperatura?
  4. Para la siguiente reacción responda las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas y justifícalo:

PCl3(g) + Cl2(g) ⇄ PCl5(g) ∆=-124kJ/mol

a)Al aumentar la presión la reacción se desplazará hacia el lado de los productos

  1. b) Al disminuir la temperatura la reacción se desplazará hacia el lado de los productos
  2. c) Si se aumenta la concentración de cloro, se disminuirá el rendimiento de la obtención de pentacloruro de fósforo.

 

EVALUACIÓN

En esta actividad se valorara

  • La correcta comprensión del texto dado
  • La comprensión de cómo se estabiliza una reacción y el sistema de equilibrio
  • El aprendizaje de los distintos parámetros que pueden afectar al equilibrio de una reacción química
  • La capacidad de resolver problemas de variación de parámetros de temperatura, presión y concentración en sistemas de equilibrio.
  • La capacidad de argumentación de las distintas afirmaciones.
  • El uso de una correcta redacción en casos de argumentación, sin faltas de ortografía.

 

BIBLIOGRAFÍA

[1]http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/principio-de-le-chatelier

[2]https://es.wikipedia.org/wiki/Amoníaco

[3]https://es.wikipedia.org/wiki/Cloruro_de_fósforo_(V)

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