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Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas

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LOS SISTEMAS MATERIALES

Eugenio Ordoño Domínguez I.E.S. JOSÉ RODRIGO BOTET

Manises Introducción: La materia se puede clasificar de manera general en dos tipos de sistemas materiales: homogéneos y heterogéneos. Objetivos:

• Aprender a trabajar en el laboratorio. • Conocer la diferencia existente entre sistema material homogéneo y heterogéneo. • Diseñar procedimientos de separación de mezclas heterogéneas.

Relación del tema propuesto con el currículo del curso: Esta practica relacionada con el tema sistemas materiales del curso de 3º de ESO de Física y Química Material:

• Reactivos: zumo, agua, sal común (cloruro sódico), aceite, harina, sémola de trigo, fideos de trigo.

• Probetas de 25 y 50 ml. • Coladores de cocina de distinto tamaño de orificio. • Embudo de decantación. • Balanza. • Varilla de vidrio. • Espátulas o cucharas. • Cristalizadores


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Procedimiento: 1. Vamos a preparar diferentes sistemas materiales, para ello seguiremos los pasos siguientes:

a) Con una balanza medimos las masas de las probetas que vamos a usar b) Se introducen en con una probeta 15 ml de harina y en otra 15 ml de fideos.

c) Con la balanza medimos la masa de estas probetas y calculamos la masa de la sustancia

(para calcular la masa de la sustancia que hay en la probeta, se resta a la masa de la probeta llena la masa de la probeta vacía).

d) Mezclamos en una de las dos probetas, los fideos con la harina y volvemos a medir el

volumen y la masa de la mezcla.

e) Repetimos los pasos anteriores con: •••• Harina (15 ml) y sémola (15 ml). •••• Harina (15 ml) y sal (15 ml). •••• Sémola (15 ml) y fideos (15 ml). •••• Sémola (15 ml) y sal (15 ml). •••• Harina (5 ml) y agua (25 ml). •••• Sal (5 ml) y agua (25 ml). •••• Agua (15 ml) y aceite (15 ml). •••• Agua (15 ml) y zumo (15 ml).

6. Completa las tablas siguientes.

Harina Fideos Harina + Fideos Volumen Masa probeta vacía Masa probeta con sustancia Masa sustancia Densidad

Harina Sémola Harina + Sémola

Volumen Masa probeta vacía Masa probeta con sustancia Masa sustancia Densidad

Harina Sal Harina + Sal



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Sémola Fideos Fideos + Sal Volumen Masa probeta vacía Masa probeta con sustancia Masa sustancia Densidad

Sémola Sal Sémola + Sal Volumen Masa probeta vacía Masa probeta con sustancia Masa sustancia Densidad

Harina Agua Harina + Agua


Sal Agua Sal + Agua


Agua Aceite Agua + Aceite


Agua Zumo Agua + Zumo



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2. Vamos intentar separar los sistemas que antes hemos preparado, para ello seguiremos los pasos siguientes:

a) Coge un colador e intenta separar los sistemas siguientes:

•••• Harina y fideos. •••• Harina y sémola. •••• Harina y sal •••• Sémola y fideos •••• Sémola y sal •••• Sal y agua •••• Agua y aceite. •••• Agua y zumo.

Si no puedes, prueba con otro colador de mayor o menor orificio. ¿Has podido separar todos sistemas? b) Coloca con cuidado dentro de un embudo de decantación la mezcla de aceite y agua, déjala

reposar (hasta que finalices los puntos siguientes) y abre la llave con cuidado para separar el aceite del agua.


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Cuestiones

1. En los casos de los sistemas preparados, di los que son homogéneos y heterogéneos. 2. Compara la suma de los volúmenes de las sustancias antes de mezclarlas y después de la

mezcla, ¿son iguales?, en que casos lo son y en cuales no.

3. Compara la suma de las masas de las sustancias antes de mezclarlas y después de la mezcla, ¿son iguales?, en que casos lo son y en cuales no.

4. Compara las densidades de las sustancias antes de mezclarlas y después de la mezcla, ¿son

iguales?

5. Intenta explicar las diferencias.

6. ¿Cómo separarías las sustancias anteriores después de haberlas mezclado?

7. ¿Qué es más fácil separar un sistema homogéneo o heterogéneo?


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NOTAS PARA EL PROFESOR Procedimiento: Formar grupos de 2 a 4 alumnos. Tiempo necesario para desarrollar esta práctica: 2-3 sesiones de 55 minutos. Finalidad de la práctica: La finalidad de la práctica, es que los alumnos:

1. Aprendan a trabajar con seguridad en un laboratorio. 2. Aprendan a diferenciar entre sistemas homogéneos y heterogéneos. 3. Comprendan que cuando se mezclan dos o mas sustancias la masa total coincide con la

resultante de la adición de las masas iniciales. 4. Comprendan que cuando se mezclan dos o mas sustancias, a diferencia de las masas, el

volumen final no siempre coincide con la resultante de la adición de los volúmenes iniciales. Puede ser menor o igual.

5. Que la diferencia entre estos valores es menor siempre en el caso de sistemas homogéneos que en los heterogéneos.

6. Conozcan los métodos de separación de los sistemas materiales. 7. Descubran que los métodos de separación de sistemas heterogéneos son mediante métodos

físicos mas sencillos que en el caso de los sistemas homogéneos.

Otras consideraciones: Se han ajustado los volúmenes para que siempre la suma teórica sea 30 ml, pero en el caso de la sal o la harina con agua se ha disminuido su volumen y aumentado el del agua para que se disuelvan totalmente los sólidos.


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Cuestiones iniciales:

a. ¿Qué es la densidad? b. ¿Qué es un sistema heterogéneo?

c. ¿Qué es un sistema homogéneo?

d. Si tenemos dos sustancias y las mezclamos, ¿la suma de los volúmenes de las sustancias

antes de mezclarlas y después de la mezcla, son iguales?

e. Si tenemos dos sustancias y las mezclamos, ¿la suma de las masas de las sustancias antes de mezclarlas y después de la mezcla, son iguales?

f. ¿Cómo separarías las sustancias siguientes después de haberlas mezclado?

•••• Harina y fideos. •••• Harina y sémola. •••• Harina y sal •••• Sémola y fideos •••• Sémola y sal •••• Sal y agua •••• Agua y aceite. •••• Agua y zumo.


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Análisis de la práctica: Los objetivos buscados en esta práctica eran:

1. Consolidar el conocimiento del concepto de densidad, ya que aunque se estudia en cursos anteriores (incluso al inicio del curso en 3º de ESO de Física y Química), está poco asimilado por parte de los alumnos.

2. Conocer que cuando realizamos un experimento las masas son aditivas, pero que no es así en el caso de los volúmenes.

3. Aprender a distinguir entre un sistema homogéneo y uno heterogéneo. 4. Conocer algunos métodos de separación de la materia.

La práctica estaba planteada para que los alumnos, una vez leída y con sus propios conocimientos fueran capaces de realizarla, ya que el grado de dificultad y peligrosidad de la misma era mínima. Las instrucciones que se dieron fueron mínimas. Acabada la práctica con los alumnos, he observado los fallos siguientes:

1. Los alumnos no leen comprensivamente las prácticas y tienden a hacerlas sin saber que han de hacer. Por lo que mi idea inicial de que hiciesen solos la práctica sin mi intervención, tuve que cambiarla e intervenir dando consignas antes de empezar la misma.

2. Los alumnos tienen la manía de sumar los volúmenes de manera que ese es el valor del volumen de las diferentes mezclas, es decir siempre 30 ml. Hay que repetir reiteradamente que este valor se mide con la probeta para que cambien el valor.

3. Los alumnos miden los volúmenes en las probetas sin fijarse en el material que meten en ellas y se encuentran con problemas a la hora de mezclar sustancias como los fideos y la harina, ya que al principio intentan mezclarlos añadiendo los fideos (que muchas veces están en la probeta mas pequeña) sobre la harina, con los problemas de mezcla que conlleva.

Pero además de los fallos observados en el trabajo de los alumnos he observado que:

1. Los alumnos se encuentran motivados por el hecho de ir al laboratorio. 2. Una vez realizada la práctica, los alumnos relacionan mejor el tema del currículo cuando se

habla la clase teórica. 3. Como esta parte del currículo también se da en Ciencias de la Naturaleza de 1º de ESO, esta

práctica o la misma partida en dos y simplificada o una similar, debería hacerse en este curso, aunque se vuelva a realizar en 3º de ESO.

4. Esta práctica se debe de complementar con otra en la que traten el resto de métodos de separación: cromatografía, destilación,…. Si se hace una única práctica con todos los métodos sería muy larga su realización.


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Análisis de los resultados: Las cuestiones iniciales se realizaron, al principio y se repitieron al finalizar la práctica, y los resultados obtenidos son:

1. ¿Qué es la densidad? INICIAL FINAL

BIEN MAL NS/NC BIEN MAL NS/NC 42,67 28,57 28,57 60,87 8,70 30,43

2. ¿Qué es un sistema heterogéneo?

INICIAL FINAL BIEN MAL NS/NC BIEN MAL NS/NC 33,33 42,86 23,81 65,22 34,78 0

3. ¿Qué es un sistema homogéneo?

INICIAL FINAL BIEN MAL NS/NC BIEN MAL NS/NC 33,33 52,38 14,29 69,57 30,43 0

4. Si tenemos dos sustancias y las mezclamos, ¿la suma de los volúmenes de las

sustancias antes de mezclarlas y después de la mezcla, son iguales? INICIAL FINAL

BIEN MAL NS/NC BIEN MAL NS/NC 47,62 38,10 14,29 78,26 21,74 0

5. Si tenemos dos sustancias y las mezclamos, ¿la suma de las masas de las sustancias

antes de mezclarlas y después de la mezcla, son iguales? INICIAL FINAL

BIEN MAL NS/NC BIEN MAL NS/NC 52,38 23,81 23,81 52,17 47,83 0

6. ¿Cómo separarías las sustancias siguientes después de haberlas mezclado?

INICIAL FINAL BIEN MAL NS/NC BIEN MAL NS/NC Harina y fideos. 57,14 4,76 38,10 100,00 0,00 0,00 Harina y sémola. 42,86 0,00 57,14 91,30 4,35 4,35 Harina y sal 19,05 0,00 80,95 65,22 17,39 17,39 Sémola y fideos 19,05 0,00 80,95 95,65 4,35 0,00 Sémola y sal 14,29 4,76 80,95 83,33 4,17 12,50 Sal y agua 38,10 14,29 47,62 73,91 17,39 8,70 Agua y aceite. 28,57 9,52 61,90 78,26 8,70 13,04 Agua y zumo. 4,76 4,76 90,48 69,57 17,39 13,04


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Como se puede ver de los datos los alumnos han reforzado la mayoría de los conocimientos que se pretendía consolidar. Los datos obtenidos por los alumnos se reflejan en las tablas siguientes y se puede sacar las siguientes conclusiones:

1. Los datos obtenidos para la densidad no coinciden con los reales, cosa que era de esperar. 2. Las densidades para las distintas sustancias medidas por cada grupo suelen ser similares,

aunque existen algunas discrepancias por errores en las pesadas que los alumnos no se han dado cuenta de su existencia.

3. Se observa que se cumple la aditividad de las masas y no la de los volúmenes, aunque los alumnos no consideran que exista la aditividad ya que no da exactamente al mismo valor, pero no tienen en cuenta las perdidas producidas en e trasvase de las sustancias de una probeta a otra.

4. A pesar de remarcarlo, existen grupos que el volumen de la mezcla no lo han medido de la probeta donde han hecho la mezcla, y suman los volúmenes iniciales de las sustancias antes de mezclar, por eso da 30 ml siempre.

5. A pesar de comentarlo varias veces, los alumnos no han medido con la probeta el volumen tomado de las sustancias iniciales, esto se nota en que los volúmenes de las mismas siempre coinciden con los dados en la práctica y excepto en una de las medidas. Por lógica estos valores no ha sido exactos en la mayoría de los casos, siendo una fuente de errores de los datos y cálculos.


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1 2 3 4 5 Harina Fideos Mezcla Harina Fideos Mezcla Harina Fideos Mezcla Harina Fideos Mezcla Harina Fideos Mezcla Volumen (mL) 15 15 22 12 15 16,5 15 15 27 15 15 22 15 15 30 Masa probeta (g) 62,652 81,649 81,649 58,25 45,86 45,86 58,03 45,028 45,028 81,126 62,333 81,126 62,326 74,3 74,3 Masa probeta + sustancia (g) 69,617 89,514 94,722 65,84 51,92 59,46 65,904 52,025 58,9 92,283 68,305 98,169 69,944 81,561 89,162 Masa sustancia (g) 6,965 7,865 13,073 7,59 6,06 13,6 7,874 6,997 13,872 11,157 5,972 17,043 7,618 7,261 14,862 Densidad (g/mL) 0,46 0,52 0,59 0,63 0,40 0,82 0,52 0,47 0,51 0,74 0,40 0,77 0,51 0,48 0,47 1 2 3 4 5 Harina Sémola Mezcla Harina Sémola Mezcla Harina Sémola Mezcla Harina Sémola Mezcla Harina Sémola Mezcla Volumen (mL) 15 15 18 15 15 22,5 15 15 24 15 15 30 Masa probeta (g) 45,86 58,25 45,86 58,03 45,028 45,028 81,126 62,333 81,126 62,326 74,3 74,3 Masa probeta + sustancia (g) 54,67 70,75 67,07 65,904 58,688 66,57 92,283 75,132 104,29 69,944 88,029 95,282 Masa sustancia (g) 8,81 12,5 21,21 7,874 13,66 21,542 11,157 12,799 23,167 7,118 13,729 20,982 Densidad (g/mL) 0,59 0,83 1,18 0,52 0,91 0,96 0,74 0,85 0,97 0,47 0,48 0,70

1 2 3 4 5 Harina Sal Mezcla Harina Sal Mezcla Harina Sal Mezcla Harina Sal Mezcla Harina Sal Mezcla Volumen (mL) 15 15 29 15 15 28 15 15 19 15 15 25 15 15 30 Masa probeta (g) 58,305 45,835 45,835 81,6 58,25 81,6 58,03 74,43 74,43 45,86 58,242 45,86 62,326 74,43 74,43 Masa probeta + sustancia (g) 66,658 62,469 70,62 89,59 79,2 106,44 65,45 89,281 96,575 53,886 73,171 66,678 69,449 90,252 98,486 Masa sustancia (g) 8,353 16,634 24,785 7,99 20,95 24,84 7,42 14,851 22,145 8,026 14,929 20,818 7,123 15,822 24,056 Densidad (g/mL) 0,56 1,11 0,85 0,53 1,40 0,89 0,49 0,99 1,17 0,54 1,00 0,83 0,47 1,05 0,80


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1 2 3 4 5 Sémola Fideos Mezcla Sémola Fideos Mezcla Sémola Fideos Mezcla Sémola Fideos Mezcla Sémola Fideos Mezcla Volumen (mL) 15 15 23 15 15 26 15 15 25 15 15 25 15 15 30 Masa probeta (g) 58,45 45,9 45,9 81,6 58,25 81,6 58,03 45,028 45,028 84,075 62,353 62,353 74,3 62,326 74,3 Masa probeta + sustancia (g) 69,992 51,996 63,386 94,96 68,73 101,07 70,05 52,025 64,96 91,765 68,368 76,4 88,029 71,946 93,328 Masa sustancia (g) 11,542 6,096 17,486 13,36 10,48 19,47 12,02 6,997 19,932 7,69 6,015 14,047 13,729 9,62 19,028 Densidad (g/mL) 0,77 0,41 0,76 0,89 0,70 0,75 0,80 0,47 0,80 0,51 0,40 0,56 0,92 0,64 0,63

1 2 3 4 5 Sémola Sal Mezcla Sémola Sal Mezcla Sémola Sal Mezcla Sémola Sal Mezcla Sémola Sal Mezcla Volumen (mL) 15 15 30 15 15 28 15 15 26 15 15 25 15 15 30 Masa probeta (g) 58,45 45,9 45,9 81,6 58,25 81,6 74,43 58,068 74,43 84,075 62,353 62,353 74,3 62,326 74,3 Masa probeta + sustancia (g) 71,254 65,5 75,24 94,75 80,5 112,9 87,475 72,88 101,5 91,765 68,368 76,4 88,029 71,946 102,62 Masa sustancia (g) 12,804 19,6 29,34 13,15 22,25 31,3 13,045 14,812 27,068 7,69 6,015 14,047 13,729 9,62 28,322 Densidad (g/mL) 0,85 1,31 0,98 0,88 1,48 1,12 0,87 0,99 1,04 0,51 0,40 0,56 0,92 0,82 0,94

1 2 3 4 5 Harina Agua Mezcla Harina Agua Mezcla Harina Agua Mezcla Harina Agua Mezcla Harina Agua Mezcla Volumen (mL) 15 15 25 5 25 27 5 25 29 5 25 25 5 25 30 Masa probeta (g) 45,9 58,45 45,9 81,6 58,25 81,6 74,432 58,069 74,432 45,86 58,242 45,86 62,326 74,3 74,3 Masa probeta + sustancia (g) 48,356 83,353 72,179 84,21 87 108,47 79,571 82,752 103,77 61,278 76,618 73,768 69,449 99,16 101,82 Masa sustancia (g) 2,456 24,903 26,279 2,61 28,75 26,87 5,139 24,683 29,338 15,418 18,376 27,908 7,123 24,86 27,523 Densidad (g/mL) 0,16 1,66 1,05 0,52 1,15 1,00 1,03 0,99 1,01 3,08 0,74 1,12 1,42 0,99 0,92


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1 2 3 4 5 Sal Agua Mezcla Sal Agua Mezcla Sal Agua Mezcla Sal Agua Mezcla Sal Agua Mezcla Volumen (mL) 15 15 27 5 25 29 5 25 30 5 25 25 5 25 30 Masa probeta (g) 58,45 45,9 45,9 58,25 81,6 81,6 58,069 74,431 74,431 45,86 58,242 45,86 62,326 74,3 74,3 Masa probeta + sustancia (g) 71,042 65,794 76,665 65,52 107,12 112,53 63,232 101,15 105,99 63,323 70,518 75,58 74,4 99,16 102,55 Masa sustancia (g) 12,592 19,894 30,765 7,27 25,52 30,93 5,163 26,719 31,554 17,463 12,276 29,72 12,374 28,254 28,254 Densidad (g/mL) 0,84 1,33 1,14 1,45 1,02 1,07 1,03 1,07 1,05 3,49 0,49 1,19 2,47 0,99 0,94

1 2 3 4 5 Agua Aceite Mezcla Agua Aceite Mezcla Agua Aceite Mezcla Agua Aceite Mezcla Agua Aceite Mezcla Volumen (mL) 15 15 29 15 15 29 15 15 28 15 15 30 Masa probeta (g) 46,831 81,669 81,669 81,6 58,25 81,6 74,43 58,068 74,43 74,3 63,326 74,3 Masa probeta + sustancia (g) 60,183 96,333 109,89 95,22 73,85 111,25 89,193 72,184 101,74 99,16 73,16 103,26 Masa sustancia (g) 13,352 14,664 28,223 13,62 15,6 29,65 14,763 14,116 27,307 24,86 10,834 28,956 Densidad (g/mL) 0,89 0,98 0,97 0,91 1,04 1,02 0,98 0,94 0,98 1,66 0,72 0,97

1 2 3 4 5 Agua Zumo Mezcla Agua Zumo Mezcla Agua Zumo Mezcla Agua Zumo Mezcla Agua Zumo Mezcla Volumen (mL) 15 15 30 15 15 29 15 15 30 15 15 30 Masa probeta (g) 46,831 81,669 45,831 81,6 58,25 81,6 74,43 58,068 74,43 74,3 62,326 74,3 Masa probeta + sustancia (g) 63,666 97,084 78,21 96,74 71,7 109,26 89,276 73,794 104,62 89,196 76,246 101,55 Masa sustancia (g) 16,835 15,415 32,379 15,14 13,45 27,66 14,846 15,726 30,19 14,896 13,92 27,25 Densidad (g/mL) 1,12 1,03 1,08 1,01 0,90 0,95 0,99 1,05 1,01 0,99 0,93 0,91


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En relación a las cuestiones que se plantean al final de la práctica y que se tenían que contestar al entregar los resultados, las contestaciones de los alumnos son la siguiente:

8. En los casos de los sistemas preparados, di los que son homogéneos y heterogéneos. Los alumnos contestan bien en casi todos los casos, aunque alguno comete errores de catalogación en el caso de:

•••• Harina y agua, que las cantidades estaban ajustadas para que se disolviese toda la harina, aunque al fina precipita, pareciendo una disolución homogénea.

•••• Aceite y agua •••• Agua y zumo

9. Compara la suma de los volúmenes de las sustancias antes de mezclarlas y después de

la mezcla, ¿son iguales?, en que casos lo son y en cuales no. Los alumnos contestan a esta pregunta correctamente atendiendo a los datos que han apuntado en su libreta, los que han puesto que su suma es de 30 ml contestan que siempre son iguales. Los que han medido el volumen final con la probeta reconocen la diferencia.

10. Compara la suma de las masas de las sustancias antes de mezclarlas y después de la mezcla, ¿son iguales?, en que casos lo son y en cuales no.

En esta pregunta todos los alumnos contestan negativamente, ya que no se dan cuenta que la diferencia es muy pequeña y es atribuible a las perdidas por transvase entre probeta, ellos solo se fijan en los valores numéricos sin analizar nada mas.

11. Compara las densidades de las sustancias antes de mezclarlas y después de la mezcla, ¿son iguales?

Todos indican que estas densidades son diferentes en todos los casos

12. Intenta explicar las diferencias. A esta pregunta los alumnos no son capaces de dar una explicación, lo que me sugiere dos posibles explicaciones:

•••• Los alumnos no comprende lo que se les pregunta. •••• Es una pregunta que por falta de conocimientos no son capaces de responderla. Esto me

indica que para años futuros se ha de reformular el enunciado de esta cuestión para que sea más compresible por parte de los alumnos.

13. ¿Cómo separarías las sustancias anteriores después de haberlas mezclado?

En este puto todos los alumnos han contestado sin errores

14. ¿Qué es más fácil separar un sistema homogéneo o heterogéneo? En este tampoco ha habido errores al identificar que es el sistema heterogéneo.


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Conclusiones de la práctica: Una vez obtenidos todos los datos y analizados los resultados, se pueden sacar las siguientes conclusiones:

1. Se nota que los alumnos no han tenido prácticas de laboratorio durante los cursos anteriores de la ESO. Cosa que si ocurría hace pocos años.

2. Una vez realizada la práctica, los alumnos relacionan mejor el tema del currículo cuando se habla la clase teórica.

3. Como esta parte del currículo también se da en Ciencias de la Naturaleza de 1º de ESO, esta práctica o la misma partida en dos y simplificada o una similar, debería hacerse en este curso, aunque se vuelva a realizar en 3º de ESO.

4. Esta práctica se debe de complementar con otra en la que traten el resto de métodos de separación: cromatografía, destilación,…. Si se hace una única práctica con todos los métodos sería muy larga su realización.

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