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Planeta Cambiante: Acidificación de los Océanos - ¡La Química no es tan Básica!

Resumen:

Los estudiantes usarán una solución indicadora de pH para detectar la presencia de dióxido de carbono y cambios en acidez, y para modelas las interacciones océanos-atmósfera.

Materials:

Por cada equipo de 4 estudiantes

  • Cinco tubos de ensayo
  • Rack de tubos de ensayos
  • Tapón perforado con tubo insertado
  • Bicarbonato de Sodio
  • Vinagre
  • Papel de Aluminio
  • Bolas de algodón
  • Botella de solución de BTB (bromothymol blue)
  • Pajas
  • Sprig of Elodea (también llamadas anacharis, disponibles es tiendas de acuarios)
  • Cinta de empacar
  • Marcadores
  • Agua destilada
  • Beaker o copa plástica de 250 mL
  • Cilindro graduado
  • Ejemplares de coral y conchas
  • Solución indicadora de pH (de un set de pruebas para acuario)
Fuente:

Adaptado por Missy Holzer, Jennifer Bergman y Roberta Johnson, miembros del equipo de NESTA/Ventanas al Universo, de la actividad de Ventanas al Universo Fuentes y Sumideros del Dióxido de Carbono .

Grade level:

7-10

Duración:

Esta actividad requiere una cuidadosa preparación, incluyendo algunos preparativos el día anterior. Se recomienda que se lea detenidamente las direcciones antes de comenzar la actividad.

  • Preparación de Materiales: 40 minutos
  • Tiempo de Clase: 40 minutos
  • Discusión y Resumen: 30 minutos
Resultados en el aprendizaje de los alumnos:
  • Los estudiantes serán capaces de explicar el concepto de 'fuentes' and 'sumideros' relacionados con el dióxido de carbono.
  • Los estudiantes entenderán el uso de una solución indicadora (BTB) para revelar la presencia de dióxido de carbono y niveles de acides.
  • Los estudiantes explicarán la relación causa-efecto entre valores más bajos de pHen el agua de mar y la disponibilidad de carbonato para la construcción de conchas de organismos marinos.
Formato de la Lección:

Experimento de Laboratorio

Pautas Nacionales Observadas:

  • Estándares Nacionales de Contenido de Ciencia 5-12: Habilidades necesarias para desarrollar investigación científica
  • Estándares Nacionales de Contenido de Ciencia 5-8: Propiedades de los Materiales de la Tierra
  • Estándares Nacionales de Contenido de Ciencia 9-12: Ciclos Geoquímicos
  • Estándares Nacionales de Contenido de Ciencia 9-12: Calidad Ambiental

INSTRUCCIONES:

  1. Para obtener información general sobre los procesos y consecuencias de la acidificación de los océanos sobre los ecosistemas marinos vea Planeta Cambiante: Acidificación de los Océanos. También explore estos tópicos en el sitio web de Ventanas al Universo en los enlaces que aparecen más abajo. Antes de comenzar esta lección, revise la escala pH usando ácidos y bases comunes en un hogar, y tiras o indicadores pH. Esta lección investiga el ciclado de carbono en el sistema terrestre, y usa los términos fuentes y sumideros para referirse las fuentes de carbono/dióxido de carbono y sumideros a los lugares que reciben carbono/dióxido de carbono (el sumidero principal son los océanos).
  2. Reúna los materiales e imprima la hoja de trabajo del estudiante. En la Parte 1 de la lección, los estudiantes ganan experiencia en detectar CO2 a través de la reacción BTB usando gas CO2 puro obtenido de la reacción de bicarbonato con vinagre. En la Parte 2, los estudiantes determinan si los animales son una fuente de CO2, y en Partes 3 y 4 los estudiantes determinan si las plantas son una fuente o sumidero de CO2 (o ambos). Asegúrese de preparar la Parte 3 para los estudiantes el día antes. La Parte 5 investiga si los combustibles fósiles son una fuente de CO2, y en la Parte 6 los estudiantes investigan los efectos del CO2 sobre la calcificación de organismos marinos.
  3. Prepare un modelo para demostrar a los estudiantes el procedimiento. Monitoree el trabajo de los estudiantes a cada paso de la investigación, para asegurarse de que están continuamente registrando sus observaciones.

Procedimiento para Parte 5:

  1. Infle y deje desinflar los globos. Esto estirara la goma y permitirá que sea más fácil llenarlos con los escapes de baja presión.
  2. Prepare un cono para colectar los gases de escape de un auto. Enrolle una carpeta manila a lo largo, un extremo deberá ser mas grande que la abertura del escape , y el otro deberá ser lo suficientemente pequeño como para que el globo ajuste sobre él.
  3. Use suficiente cinta para mantener el cono en su lugar y sellar sus lados para que no escapen los gases. Nota: el embudo de papel puede ser reusado varias veces sin que se quema. NO USE un embudo plástico, puede ser derretido cuando se calienta el escape del auto. Puede utilizar un embudo metálico, pero teniendo cuidado de no tocar la superficie caliente del metal.
  4. Pida a un asistente que encienda el auto (¡freno de mano o emergencia activado!).
  5. Ponga el globo sobre la parte menor del cono.
  6. Usando guantes protectores contra el calor, aproxímese al escape por al lado. Ponga la abertura mayor del cono sobre la salida de los gases. Use la mano protegida para sellar la separación que pueda quedar entre el cono y el escape. NO INHALE LOS GASES DEL ESCAPE. El globo se debe llenar muy rápido; si no es así, pídale a su asistente que presione ligeramente el acelerador. Vea la imagen a continuación.
  7. Cuando el globo ya está lleno, pida a un asistente que use una tira plástica para sellar el cuello del globo. Haga esto torciendo varias veces el cuello, doblándolo una vez y entonces poniendo la tira sobre el área así restringida.
  8. Part 5 protocol
  9. Llena un tubo de ensayo hasta una tercera parte de BTB.
  10. Tome el globo lleno de gases de escape y cuidadosamente remueva la tira. Mantenga el cuello del globo cerrado con sus dedos para que no escape el gas (pero no anude el cuello).
  11. Sin dejar escapar los gases, inserte una paja en el cuello del globo hasta la parte torcida. Pida a un miembro del equipo que selle el globo con sus dedos apretando sobre la paja. Para obtener mejores resultados puede repetir este paso previamente con un globo lleno de aire..
  12. Inserte la paja en el tubo de ensayo.
  13. Inserte una bola de algodón en la boca del tubo de ensayo para sostener la paja estable.
  14. Libere lentamente el gas del balón destorciendo lentamente el cuello. Permita que el gas escape burbujeando a un ritmo estable hasta que se vacíe el balón.

Aplicaciones

  1. Después que los estudiantes han registrado todos los datos, ayúdelos a aplicar sus resultados al problema de la acidificación del océano. Describa el ciclo del carbono a sus estudiantes, remarque como el carbono se disuelve en los océanos y que ocurre una vez que se ha disuelto. Para estudiantes mayores, describa las ecuaciones químicas que forman parte de este proceso.
  2. Finalmente, involucre los estudiantes en una discusión sobre las implicaciones globales de un océano más ácido, con un enfoque especial en las cadenas alimenticias marinas y la industria pesquera. Haga que los estudiantes investiguen la variedad de organismos que dependen de la disponibilidad de carbonatos para crear sus exoesqueletos, y su respuesta al agua marina más ácida.

EVALUACIONES:

En esta actividad, los estudiantes han examinado varias fuetes de dióxido de carbono. Presénteles las siguientes preguntas:

  • Si Ud quisiera reducir la razón a la que el carbono se está incrementando en la atmósfera, ¿qué fuente sería más importante controlar? ¿Por qué?
  • ¿Existirían problemas con esos controles? ¿Cuáles serían?
  • Pida a sus estudiantes diseñar sus propios experimentos para probar otras fuentes y sumideros de dióxido de carbono (por ejemplo, bebidas carbonatadas, tizas (gis) con calcio, etc.).

LAB SAFETY:

  • Nota importante sobre la recolección de gases de escape de un automóvil: el monóxido de carbono es un gas inodoro, moderadamente tóxico, venenoso e inflamable. Se recomienda que esta parte de la lección se desarrolle como una demostración del profesor, sin embargo, en un local bien ventilado los estudiantes podrían desarrollar esta actividad. En este caso se recomienda que el profesor dé a los estudiantes los globos llenos de gases de escape. No se recomienda que los estudiantes participen en el llenado de los globos a no ser que tengan la supervisión de un adulto (o dos).
  • Siga todas las precauciones de seguridad del laboratorio cuando esté trabajando con químicos y equipos de laboratorio.

CLEAN-UP:

Deseche todos los materiales usados apropiadamente. Limpie y guarde el equipamiento para usos futuros.

ACTIVIDADES DE EXTENSIÓN:

  • A manera de introducción a esta lección, para estudiantes más jóvenes, pídales que pongan un huevo en un vaso lleno de vinagre por toda la noche, y que reporten qué pasó a la clase. Después de este simple procedimiento, empezarán a crear conexiones con la habilidad de un ácido de disolver conchas.
  • Los estudiantes pueden desarrollar sus propios experimentos usando variaciones del anterior, para modelar diferentes ecosistemas marinos. Por ejemplo, los estudiantes pueden determinar la razón de absorción de dióxido de carbono como función de la temperatura del agua, o pueden substituir el agua destilada por agua salada real o creada.
  • Los estudiantes pueden investigar concentraciones de dióxido de carbono en el océano y atmósfera en tiempo real, usando datos de la boya Papa ubicada en los 145W y 50N.

INFORMACIÓN DE FONDO:

Cantidades crecientes de dióxido de carbono son liberadas a la atmósfera producto de la quema de combustibles fósiles. Parte de ese dióxido de carbono llega a los océanos del mundo. Esto cambia la química del agua de mar , disminuyendo su pH, haciéndola más ácida, lo que podría tener un enorme impacto sobre la vida marina en el futuro.

Criaturas marinas como los corales, almejas, caracoles , y muchos tipos de algas y plancton construyen su esqueleto de carbonato de calcio . Estas criaturas obtienen los bloques químicos que necesitan para formar el mineral carbonato de sus esqueletos del agua de mar. A medida que el agua de mar se hace más ácida con más dióxido de carbono disuelto en ella, les será más difícil a estas criaturas construir sus esqueletos y conchas.

El carbonato de calcio se disuelve en ácido. Pruebe Ud mismo. Ponga una concha de almeja (que no quiera conservar) en un recipiente con vinagre y espere. En pocas horas verá como la concha comienza a desaparecer. El calcio de la concha se está disolviendo en el vinagre.

En química, el pH es una medida de cuan ácida o básica es una solución acuosa. Agua pura se supone que sea neutral, con un pH cerca de 7.0 at 25 °C (77 °F). Soluciones con pH menor que 7 son ácidas, y con pH mayor que 7 son básicas o alkalinas.

El pH del agua de mar no ha bajado tanto como para llegar al valor del vinagre. El vinagre tiene un pH de cerca de 3. El pH del agua de mar está entre 7u 8, por lo que es un poco más básica que neutral. Desde el inicio de la Revolución Industrial, el pH del agua de mar ha disminuido en 0.1, y se espera que en el próximo siglo disminuya 0.1 a 0.35 más. Pero los científicos sospechan que incluso estos pequeños cambios pueden resultar en una gran diferencia para los organismos que construyen sus propias conchas o exoesqueletos.

Debido a que los arrecifes de corales construyen estructuras masivas del carbonato de calcio, y debido a que esas estructuras son el hábitat de diversas comunidades de vida marina , el impacto de la acidificación sobre los corales resulta de interés para muchos científicos.

Las investigaciones actuales indican que a una duplicación de los valores de la presión parcial del dióxido de carbono (pCO2), la razón de calcificación disminuye en promedio un 30%. Esta razón es afectada por muchos otros factores además de la concentración de CO2 disuelto en el agua. La temperatura, iluminación, y nutrientes afectan esta razón también.

Un ritmo menor de calcificación impactará las cadenas alimenticias marinas, posiblemente cambiando la biodiversidad del océano.

A veces una imagen vale mil palabras. Esta imagen (a los estudiantes se les pide en su hoja de trabajo que la analicen) muestra la correlación entre el incremento de los niveles de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera en Mauna Loa con incrementos de niveles de CO2 en el océano cercano en la Estación Aloha. A medida que más CO2 se acumula en el océano, el PH del océano disminuye. (Fuente: Programa Carbono de NOAA PMEL )

Otra imagen útil para discutir con sus estudiantes es la siguiente gráfica comparativa. El gráfico superior muestra la variación de CO2 en la atmósfera de la Tierra en los últimos 400 000 años. Puede observar como la línea azul sube y baja con las variaciones naturales de CO2 justo hasta el presente, cuando los niveles de CO2 alcanzan un pico debido a las contribuciones humanas a la cantidad de gas. Se muestran los niveles proyectados de CO2 para el 2100. En la gráfica inferior se muestra el pH oceánico. Puede ver como varía de forma inversa con el CO2 atmosférico. Puede ver las variaciones naturales del pH oceánico hasta el presente, cuando se desploma a valores inferiores a los naturales. El nivel de pH proyectado es cerca de 7.8 en 2100, mucho menor (más ácido) que lo que es el océano ahora.

SECCIONES RELACIONADAS DEL PORTAL DE WINDOWS TO THE UNIVERSE:

OTRAS FUENTES:

Última modificación el 3 de marzo de 2011 por Missy Holzer.

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