¡El juego de las sillas de los metales! “¡Quiero ser un ion!” Experimento a microescala sobre la reactividad metálica
Soy Ken Kuwako, Entrenador de Ciencias. ¡Cada día es un experimento!
¿Por qué un clavo de hierro se oxida, pero un anillo de oro (gold) brilla eternamente? ¿Cómo es que una simple pila seca genera electricidad con solo combinar metales? El secreto se esconde en el deseo ardiente de los metales por convertirse en iones, es decir, en su “facilidad para ionizarse”.¡Hoy les presento un experimento ecológico que nos permitirá medir la “seriedad” de este deseo invisible en los metales, y que puede realizarse a microescala (súper compacto)! La clave está en usar “poca cantidad de reactivos, una gran visibilidad y seguridad”. Lo mejor es que es fácil de entender para estudiantes de secundaria y requiere muy poca preparación. Tanto a los que aman la química como a los que piensan “quizás se me da un poco mal…” ¡el cambio de colores les fascinará!Puede que el concepto de “el metal se convierte en ion en una solución acuosa” no sea muy intuitivo, pero al ver el cambio dramático de color del metal o cómo el azul de la solución desaparece, ¡podrán decir “ah, claro, es esto”! Además, al usar microplacas o pequeños botes (botellas), reducimos drásticamente los residuos líquidos, minimizando el impacto ambiental del experimento.A continuación, les muestro el proceso completo: desde la preparación y la observación hasta la reflexión sobre el “¿por qué sucede esto?”.
Materiales Necesarios
| Herramienta/Reactivo | Descripción ||—|—|| Planchas de cobre, zinc y magnesio | Nuestros protagonistas: ¡los tres metales “jugadores”! ||
- Solución de sulfato de cobre (3%) | Iones de Cobre (Color Azul)
- Solución de sulfato de zinc (3%) | Iones de Zinc (Incoloro)
- Solución de sulfato de magnesio (3%) | Iones de Magnesio (Incoloro)
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💡 Tip (Recomendación): Los “petit bottles” (pequeñas botellas) del fabricante Narika (ver aquí) son excelentes para controlar la cantidad gota a gota, y la experiencia de uso es totalmente diferente a las que se encuentran en tiendas de descuento.
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Otros materiales que necesitamos son: una microplaca (para observar la reacción con poca cantidad), pinzas y gafas de seguridad.
Preparación de Reactivos (Cómo hacer soluciones al 3%)
La preparación de los reactivos es la siguiente. Es un poco más técnico, así que es una nota para los profesores.
Cómo hacer la solución de sulfato de cobre (3%): Disolver 4.9 g de sulfato de cobre (II) pentahidratado ($CuSO_4 \cdot 5H_2O$) en 100 g de agua.Cómo hacer la solución de sulfato de zinc (3%): Disolver 5.6 g de sulfato de zinc heptahidratado ($ZnSO_4 \cdot 7H_2O$) en 100 g de agua.Cómo hacer la solución de sulfato de magnesio (3%): Disolver 6.5 g de sulfato de magnesio heptahidratado ($MgSO_4 \cdot 7H_2O$) en 100 g de agua.
Pasos del Experimento
Preparación de las placas de metalLije suavemente cada placa de metal para devolverle su brillo superficial. Esto elimina la capa de óxido (óxido, etc.) y revela la “cara real” del metal, lo que hace que la reacción se produzca mucho más fácilmente.Colocar los metales en la microplacaColoque trozos de los 3 tipos de metal en cada celda (los pequeños pocillos) de la placa. (Usaremos 9 celdas para probar todas las combinaciones: 3 tipos de metal × 3 tipos de solución).Añadir las soluciones gota a gotaUse los “petit bottles” para añadir unas 3 gotas de la solución correspondiente a cada metal.Observar la reacciónPreste atención a tres puntos clave: el cambio de color, la aparición de burbujas y el aspecto de la superficie del metal.
Resultados y Ejemplos de Observación
Aquí tienen los resultados del experimento:https://youtu.be/3Wj6nx0YqKQAsí se ve la placa de celdas. De los 9 patrones, se observaron reacciones claras en algunas celdas (como las tres celdas inferiores izquierdas en la imagen).
Los cambios más dramáticos se observaron en los metales sumergidos en la solución azul de sulfato de cobre.
【Solución de Sulfato de Cobre × Placa de Magnesio】
Izquierda: antes de la reacción; Derecha: después de la reacción
El trozo de magnesio se ha adelgazado un poco (se ha disuelto).
Derecha: nuevo; Izquierda: después de la reacción. La superficie se ha vuelto negra.
Al añadir el magnesio, la superficie se vuelve rápidamente negruzca, ¡y el color azul de la solución se aclara! La propia placa de magnesio también se ha disuelto un poco (se ha adelgazado).
【Solución de Sulfato de Cobre × Placa de Zinc】
Izquierda: antes de la reacción; Derecha: después de la reacción
De manera similar, la placa de zinc adquirió un depósito rojizo en su superficie. Aunque no tan violento como con el magnesio, la reacción es evidente.
【Solución de Sulfato de Cobre × Placa de Cobre】
La placa de cobre no mostró ningún cambio al ser sumergida en la solución de sulfato de cobre.En resumen, los cambios observados en las combinaciones fueron:CombinaciónObservaciónSulfato de Cobre × MagnesioSuperficie del metal se vuelve negra, aparece precipitadoSulfato de Cobre × ZincDepósito rojizo en la superficie del metalSulfato de Cobre × CobreSin cambios
Reflexión: La Tendencia a la Ionización de los Metales (Serie de Actividad)
A partir de estos resultados de reacción, podemos deducir el orden de los metales según su facilidad para liberar electrones y convertirse en iones (es decir, la Serie de Actividad o Tendencia a la Ionización):
Magnesio ＞ Zinc ＞ Cobre
El magnesio reacciona de forma más enérgica, mientras que el cobre no reacciona en absoluto. Esto demuestra que el magnesio es el que más fácilmente libera electrones y se ioniza.
Conclusión y Consejos para el Aula
El experimento a microescala combina tres ventajas: ocupa poco espacio, es de bajo costo y es seguro. Los cambios de color son espectaculares, como “el azul desaparece” o “aparece un metal rojo”, lo que hace que el cambio químico sea muy fácil de entender. El hilo conductor de la reflexión (el “¿por qué?”) se convierte en una historia que desvela el misterio, ideal para el trabajo en grupo. Además, los residuos líquidos son solo unas gotas por celda de la microplaca, por lo que la limpieza es sencilla y es respetuoso con el medio ambiente.Entender la tendencia a la ionización es una base fundamental que se conecta con la “Pila de Daniel” (un dispositivo que utiliza la diferencia en la tendencia a la ionización entre el zinc y el cobre para generar electricidad) que se estudia en ciencias de secundaria, y también con el “la corrosión metálica (óxido)” de la química de bachillerato.¡Anímense a explorar la diversión de la química con este emocionante experimento!
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