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Haciendo Oxígeno

Resumen:
Esta demostración explorará los cambios químicos e introducirá algunas de las propiedades del oxígeno. Materials:
  • 2 envases de vídrio con tapa, de un galón cada uno.
  • 4 papas
  • Un cuchillo suficientemente afilado para pelar y cortar las papas
  • 1 1/2 pintas de Peróxido de Hidrógeno
  • 1 1/2 pintas de agua
  • Palitos finos de madera (un removedor de café también sirve)
  • Tenazas
  • Vela
  • Lana metálica Gruesa
  • Anteojos de Seguridad

Hojas de trabajo:

Fuente:
Una actividad clásica adaptada por el Equipo de Ventanas al Universo. Recomendada por el Sr. David Mastie.
Grade level:
6-9
Duración:
5 minutos de preparación, 20-40 minutos de espera, 5 minutos de demostración
Resultados en el aprendizaje de los alumnos:
  • Los alumnos explorarán las propiedades del Oxígeno.
  • Los alumnos podrán explicar la función del oxígeno en el fuego.
  • Los alumnos podrán describir la función de un control en un experimento.
Formato de la Lección:
Demostración

Pautas Nacionales Observadas:

INSTRUCCIONES:

  1. Esta actividad tarda aproximadamente 5 minutos para preparar, y se debe dejar aparte por un mínimo de 20 minutos, pero no más de 40 minutos. Es buena idea introducir la actividad a inicios de la clase, y completar la actividad como un esfuerzo concluyente.
  2. Comience preguntándole a los alumnos qué sucedería en un mundo si el nivel de oxígeno aumentara. Explique a sus alumnos que usted va a demostrar uno de los impactos del incremento de oxígeno, mediante aumento en la concentración de oxígeno en un medio ambiente controlado.
  3. Pele dos papas y cortelas en pedazos pequeños. Deposite los pedacitos de papas y las cáscaras en los dos envases.
  4. Identifique y etiquete cada uno de los envases, uno como "control", y el otro como "tratamiento".
  5. En el envase de "control", vierta el agua sobre las papas. Tape el envase.
  6. En el envase de "tratamiento", vierta el peróxido de hidrógeno sobre las papas. Tape el envase.
  7. Ponga a un lado el envase de "control".
  8. Cuando esté listo para concluir la demostración, pregunte a sus alumnos cómo podrían medirse los niveles de aumento de oxígeno (el oxígeno puro es altamente inflamable).
  9. Colóquese los anteojos protectores y encienda la vela.
  10. Coloque el palito de madera en la llama. Una vez que haya agarrado fuego, sople para apagar la llama al extremo del palito.
  11. Rapidamente, destape el envase "control" y coloque el palito dentro del envase (nada debe suceder). Remueva el palito y tape el envase nuevamente.
  12. Repita este procedimiento (pasos 10 y 11) con el envase "tratamiento" (deberá re-encenderse casi inmediatamente). Remueva el palito y tape el envase nuevamente.
  13. ¿Por qué el palito dentro del envase "tratamiento" se encendió nuevamente? (Ver información detallada para una discusión completa).

EVALUACIONES:

  • Pídale a los alumnos que diseñen un experimento para determinar qué sucedería si el O2 se hubiese reducido significativamente del envase. ¿Se volvería a encender la llama? Pídale a los alumnos que expliquen la función que ejerce el O2 en el fuego.
  • Pídale a los alumnos que describan cómo sería un mundo con excesiva cantidad de O2 en la atmósfera. Pídales que describan uno con baja concentración de oxígeno en la atmósfera.
  • Pregúntele a los alumnos si la lana metálica se hizo más ligera o más pesada durante este proceso, y pídales que expliquen su respuesta. (La mayoría dirá que se hizo más liviana porque se quemó. Lo opuesto es lo correcto-- se hizo más pesada porque el proceso de combustión agregó oxígeno al hierro.)

ACTIVIDADES DE EXTENSIÓN:

  1. Se puede extender esta demostración e incluir la discusión de un metal quemándose en un medio ambiente de altos niveles de oxígeno.
  2. Comprima la lana metálica en una bola del tamaño de una pelota de golf.
  3. Baje la intensidad de la luz.
  4. Mediante el uso de pinzas, coloque la pelota metálica sobre la llama de la vela por unos segundos. Rápidamente descubra el envase "control". Usando las pinzas inserte la lana dentro del envase (nada debe suceder).
  5. Repita este procedimiento con el envase "tratamiento".
  6. ¡Observe!

INFORMACIÓN DE FONDO:

Propiedades del Oxígeno:

El oxígeno forma cerca del 21% de la atmósfera, siendo el segundo gas más abundante de nuestra atmósfera. Como gas, es incoloro, inoloro e insaboro. El oxígeno es muy reactivo, y es requerido para la mayoría de los diferentes tipos de combustión. Sin la presencia de oxígeno, no habría fuegos. Y, por supuesto, sin oxígeno, la vida que conocemos no existiría. Si tuviesemos una mayor concentración de oxígeno en nuestra atmósfera, es posible que viviéramos en un mundo en fuego. Y un mundo en fuego no sería un lugar ideal para vivir.

En esta demostración aumentamos la concentración de oxígeno dentro del envase de un galón. Al principio de la demostración, el aire dentro del envase estaba a temperatura y presión ambiente, con una mezcla "normal" de gases atmosféricos. A medida que las enzimas de la papa interactúan con la solución de peróxido de hidrógeno, las moléculas de oxígeno son liberadas e introducidas a la "atmósfera" dentro del envase.
A medida que el oxígeno es liberado, se sucedieron una serie de cambios dentro del envase:

  • la presión atmosférica aumentó levemente, a causa de la introducción de más moléculas de O2
  • la temperatura atmosférica aumentó brevemente, a causa del aumento de presión
  • aumento del porcentaje de oxígeno
  • el aumento en el porcentaje de cantidad de oxígeno es responsable de los efectos vistos durante la demostración.

En la segunda parte de esta actividad, tomamos una pieza de lana metálica y la encendimos para que se comenzara a quemar. La lana metálica (basicamente hecha de hierro) se quema con una llamarada, porque tiene una área de superficie mayor a la que tiene un clavo (que no se quema) de la misma masa. La tasa de combustión también está relacionada con la cantidad disponible de O2. Cuando colocamos la esponja de lana metálica dentro del envase que contiene oxígeno extra, ésta comienza a quemarse más rápidamente, porque a cambio liberó más calor. Durante el proceso de combustión, un componente conocido como "óxido ferrosoférico (Fe3O4)" está formado en las burbujas que cayeron hacia el fondo del envase. Es importante resaltar que el material dentro de las burbujas derretidas no es el mismo de la lana metálica original --ha sufrido una transformación química:

3 Fe + 2 O2 ==> Fe3O^4
Óxido Ferrosoférico

La mayoría de las personas no se dan cuenta de que el hierro se quema en presencia del oxígeno, aún cuando lo ven suceder, practicamente, cada día. A medida que el hierro reacciona con el oxígeno en la atmósfera, se combina con el oxígeno y libera calor.

En esta demostración hay dos conecciones con la ciencia del fuego:

1) Las concentraciones de oxígeno afectan las tasas de combustión. Es por esto que las personas que apagan fuegos hacen uso de explosivos. Los explosivos usan todo el oxígeno disponible, y dejan al fuego de aceite sin él.

2) El área de superficie también afecta las tasas de combustión. Es por esto que los matorrales y ramas se consumen más rapidamente que árboles de gran tamaño. Esta es la razón por la cual, en un campamento, se hacen fuegos con leña en vez de gruesos pedazos de madera.

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OTRAS FUENTES:

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