Estudiamos la velocidad inicial de crecimiento de cristales de sal marina, formados por evaporación del agua a partir de una disolución saturada de esta sal. Mostramos la diferente forma de cristalización dependiendo de la estación del año en que nos encontremos, con una velocidad de crecimiento muy superior a principios de verano en comparación con la medida a inicios de otoño y una clara imposibilidad de formación de cristales de NaCl en plena estación otoñal. Estos resultados sugieren nuevos estudios para optimizar el final del período de cristalización y el inicio de la campaña de extracción de la sal formada en las empresas salineras ubicadas en las costas españolas.
FRANCISCO ROJAS MELGAREJO
IES Dos Mares. San Pedro del Pinatar. (Murcia)
- Introducción
- Objetivo
Esta práctica puede presentarse tanto a estudiantes de ESO o FP básica, como a alumnos de Bachillerato de Ciencias y Tecnología, dependiendo del grado de dificultad con que se presente a los estudiantes y de la rigurosidad de los resultados que se pretenden obtener.
Objetivos generales:
Mostrar la ciencia como un campo de conocimiento abierto e interrelacionado con multitud de otras disciplinas.
Ejemplificar la utilización conjunta de diferentes conceptos de Física y Química, aparentemente no conectados, impartidos en diferentes momentos del proceso educativo del alumnado en la etapa de Educación Secundaria Obligatoria, para dar respuesta a uno de los fines últimos de cualquier disciplina científica: descripción y comprensión de los procesos que tienen lugar en la Naturaleza.
Objetivos específicos:
Poner en práctica uno de los conceptos impartidos en tercero de Educación Secundaria Obligatoria: la cristalización.
Aplicación de los contenidos de cinemática impartidos en cuarto de Educación Secundaria Obligatoria: cálculo de la velocidad.
Interrelacionar ambos conceptos mediante la medida de la velocidad de crecimiento de los cristales de una sal: NaCl.
Posibilidad de aplicar el método a la cristalización de otras sales de mayor complejidad estructural como CuSO4.5H2
Otros contenidos utilizados: proporcionalidad, cálculo y utilización de escalas.
Adquisición de destrezas en el manejo de material para la visualización y captura de imágenes: lupa binocular, microscopio óptico, cámaras de vídeo y fotografía.
Análisis de las imágenes capturadas para la obtención de datos.
Utilización de programas informáticos para el procesado de los datos: Microsoft Excel, SigmaPlot 12.0 ó superior, GIMP 2.8.16.
Elaboración y análisis de tablas y gráficas: obtención de resultados.
Utilización de programas informáticos para la elaboración de informes para su comunicación: Microsoft PowerPoint, Microsoft Word (formato doc. y pdf).
- Duración aproximada
Aproximadamente se requerirán 2 ó 3 sesiones lectivas en laboratorio de 55 min cada una.
- Materiales y equipos
Reactivos: Cloruro de sodio (NaCl), agua destilada y alcohol etílico 96%. Otras sales iónicas: CuSO4.5H2O.
Equipos para análisis de imagen: Dispositivo DC265 Visual Presenter de Lumens Digital Optics Inc., lupa estereoscópica binocular 10x y objetivo 2x, ordenador portátil o de sobremesa. Alternativa para la captura de imagen: Digital Microscope pro 600x de Dino-Lite o similar. Lámpara de luz roja y termómetro de mercurio.
- EPI necesario
Sí
Mascarilla reglamentaria que debe utilizarse en todo momento en los centros educativos. En el caso de utilizar sulfato de cobre pentahidratado, se recomienda llevar ropa de protección, guantes de resistencia química y gafas de protección.
- Pictogramas de peligro y precauciones de seguridad
- Descripción o procedimiento
Preparar una disolución saturada de NaCl: 3,8 g de NaCl en 10 mL de agua destilada.
Conectar el equipo de captura de imagen. Dispositivo DC265 Visual Presenter de Lumens Digital Optics Inc., adaptado a una lupa estereoscópica binocular 10x y objetivo 2x y conectados a un ordenador portátil o de sobremesa.
Desengrasar con etanol del 96% un portaobjetos de vidrio previamente lavado con agua y jabón.
Añadimos un pequeño volumen de disolución saturada de NaCl sobre el portaobjetos. La cristalización ocurre por evaporación del disolvente de la disolución inicial. En meses de otoño e invierno es posible facilitar la evaporación haciendo el ensayo bajo una lámpara de luz roja. Es posible establecer diferentes temperaturas de calentamiento ajustando la distancia entre la lámpara y la muestra. Se requiere seguimiento y control de temperatura.
Grabar la secuencia completa de cristalización hasta la total evaporación del disolvente.
Reproducir la secuencia grabada para seleccionar un cristal y estudiar su proceso de crecimiento. En cada instante seleccionado, capturar pantalla (Ctrl+Alt+Imp Pant), pegar en un documento de Microsoft Word, guardar en formato PDF y grabar el registro de la imagen seleccionada. Repetir el proceso de captura tantas veces como sea posible (mínimo diez-quince imágenes).
Abrir el programa GIMP, seleccionar e importar cada una de las imágenes en formato PDF guardada y anotar la resolución de la imagen.
Ampliar la imagen (normalmente 200%) y medir el cristal seleccionado mediante la herramienta «Herramienta de medida: medir distancias y ángulos» que se encuentra dentro de la pestaña «Herramientas» de la barra superior del programa. Para que el resultado de la medida sea visible en la pantalla, seleccionamos la pestaña correspondiente a «Usar la ventana de información». Si es necesario, ampliar la imagen una vez más (normalmente 400%) para verificar que los puntos, inicial y final, de la dimensión medida son adecuados. Registrar el valor de la medida realizada en píxeles. Repetir este procedimiento para cada imagen seleccionada y guardada (mínimo diez-quince imágenes).
Conversión a centímetros.
L(cm) = [l(px)÷R(ppp)]×2,54
Donde,
L (cm): longitud calculada en centímetros.
l (px): longitud medida sobre la imagen en píxeles.
R (ppp): resolución de la imagen en píxeles/pulgada.
2,54: factor de conversión entre pulgadas y centímetros.
10. Cálculo de la escala y determinación de la longitud real de los cristales. Un alfiler de grosor conocido (Ej.: 0,60 mm) se somete a igual proceso de grabación, captura de imagen, medida y conversión a unidades de longitud convencionales que el utilizado para las imágenes de los cristales. El valor final obtenido (Ej.: 6,4 mm) permite calcular la escala, con la que obtener los valores reales de longitud de nuestros cristales, expresados en milímetros.
Esc.: Ldibujo/Lreal = 10,668/1
11. Representar los valores experimentales reales de longitud de cristal (mm) versus el tiempo de cristalización-captura (minutos) mediante gráfica de puntos en el programa Microsoft Excel (SigmaPlot©0 para Windows©, o similar), trazar la línea de tendencia más adecuada y mostrar el valor de R2.
12. Seleccionar los datos del tramo recto inicial de la gráfica (entre 6-10 puntos), dibujar la línea de tendencia recta más adecuada, mostrar el valor de R2 y la ecuación de la nueva recta.
13. La velocidad inicial de crecimiento real de los cristales se determinó a partir de la pendiente de la recta dibujada.
- Hoja con cuestiones y preguntas
- Gestión de residuos
En esta práctica no se generan residuos que deban ser tratados de forma especial. Si se utiliza CuSO4.5H2O, se recomienda recoger los cristales formados para una nueva práctica.
- Bibliografía
1. Rojas-Melgarejo, F. (2019). Las dificultades de cristalización de cloruro de sodio (NaCl): un proyecto de investigación integrador del currículo de Ciencias en ESO y Bachillerato. An. Quím., 115 (3), pp: 244-248.
2. Obtención de cristales en niveles no universitarios. Carmen Reyero Cortiña, Manuela Martín Sánchez, Juan Gabriel Morcillo Ortega, Eugenia García García y M.ª Teresa Martín Sánchez. An. Quím. 2008, 104(3), pp. 215−219.
3. Experimentos de química recreativa con sulfato de cobre pentahidratado. Santiago Heredia Avalos. Rev. Eureka. Enseñ. Divul. Cien. 2006, 3(3), pp. 467-484.
4. Evaluación del crecimiento de cristales de azúcar y determinación del factor de forma de área superficial. P. A. Quintana-Hernández, D. A. Moncada-Abaunza, E. Bolaños-Reynoso y L. I. Salcedo-Estrada. Revista Mexicana de Ingeniería Química 2005, 4, pp. 123-129.
5. FÍSICA. Segundo Año. Publicación de edUTecNe. Editorial de la Universidad Tecnológica Nacional (U. T. N.). Sarmiento 440 ‐ (C1041AAJ). Ciudad Autónoma de Buenos Aires, Argentina.
6. Jandel Scientific. «SigmaPlot 12.0 for Windows™». (Jandel Scientific, Ed.). Jandel Scientific: Corte Madera, 2011.
7. GIMP 2.8.16 (GNU Image Manipulation Program). Programa de edición de imágenes digitales. Licencia pública general de GNU (2015).
- Imágenes
Imágenes de la práctica
- Vídeo