Download ACTIVIDAD EXPERIMENTAL

No de Registro: 03-2003-022413014800- 01
Metalurgia y fertilizantes
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL
¿LOS MÁS FUERTES?
Reactividad de algunos metales en agua y en medio ácido
INTRODUCCIÓN
Cuando escuchas hablar del mundo metálico, ¿qué viene a tu
mente?, ¿hierro, cobre, plata, zinc o aluminio? Estos son
algunos elementos que debido a sus propiedades,
comúnmente son empleados tanto en el hogar como en
materiales para la construcción. Por ejemplo, el hierro se utiliza
para hacer bloques que se usan en la ingeniería, el aluminio
para hacer escaleras y ventanas, el cobre para tubos y
alambres, el titanio para aeroplanos, etc.
Al
Si das un vistazo a tu alrededor, ¿cuántos objetos están
construidos con metales?, ¿qué metales son?, ¿desde cuándo
la humanidad ha utilizado los metales? Al estudiar los inicios de
cualquier civilización observarás que los metales están
presentes en utensilios, ornamentos, joyería, ductos, etc.
Muchos de los objetos metálicos que usas en casa, sobre todo
los que a menudo deben estar en contacto con el agua, tales
como la pileta de la cocina, las cubetas y el tambor de la
lavadora se hacen de acero inoxidable, que es un tipo de acero
que no precisa protección. ¿Podrías explicarte por qué los
cuchillos y los cubiertos se fabrican de acero inoxidable?
Aunque los metales son muy comunes, algunos no se pueden
emplear como materiales en estructuras, ni se encuentran
libres en la naturaleza debido a su alta reactividad. El uso y las
aplicaciones de los metales dependen de sus características
físicas y químicas.
La gran mayoría de los metales no se encuentran libres en la naturaleza, estos
se obtienen a partir de ciertos minerales, los compuestos que constituyen los
metales requieren de ser tratados químicamente para obtenerlos en forma
elemental. El procesamiento a gran escala de los minerales metálicos para
obtener los metales libres recibe el nombre de metalurgia.
1. Navarro L. Francis, Montagut B. Pilar, González M. Rosa Ma., Ch. Myrna Carrillo, Nieto C. Elizabeth, Sansón O.
Carmen, Lira de G. Susana, (2008) Química III Enseñanza Experimental en Microescala en el Bachillerato UNAM
CCH Sur.
oro
Al
Metalurgia y fertilizantes
No de Registro: 03-2003-022413014800- 01
EXPERIMENTO “A”. REACTIVIDAD DE LOS METALES CON EL AGUA
OBJETIVOS
Observar, identificar y manipular en forma adecuada algunos elementos
metálicos.
Conocer algunas propiedades de los metales.
Conocer y observar la reactividad de ciertos metales en agua.
PROBLEMA A RESOLVER
¿Cuál es la reactividad de los elementos metálicos en el agua: litio,
sodio, potasio, magnesio, calcio, aluminio, cobre, zinc, estaño y plomo?
Establece el orden de actividad de los metales y escribe las reacciones
químicas.
ACTIVIDADES PREVIAS
1. Reúnete con tus compañeros de equipo y reflexiona ¿Por qué es útil
conocer la reactividad de estos elementos metálicos en el agua?
2. Elabora un diagrama de flujo con las operaciones sucesivas que se
van a desarrollar durante el transcurso de la actividad experimental.
3. Selecciona muestras pequeñas de los diferentes metales a utilizar.
4. Plantea las reacciones involucradas en la actividad experimental
(consulta los acordeones).
5. Investiga ¿cuál es la manera adecuada de almacenar los metales:
litio, sodio y potasio?
DISEÑO EXPERIMENTAL
MATERIAL
4 vasos de precipitados de 50 mL
4 vidrios de reloj para tapar los vasos
1 microplaca de 12 pozos
2 pipetas Beral
1 espátula
SUSTANCIAS
Agua ( H2O )
Trozos pequeños de: litio (Li), sodio
(Na), potasio (K), calcio (Ca),
magnesio (Mg), aluminio (Al), cobre
(Cu), zinc (Zn), estaño (Sn) y plomo
(Pb)
1. Navarro L. Francis, Montagut B. Pilar, González M. Rosa Ma., Ch. Myrna Carrillo, Nieto C. Elizabeth, Sansón O.
Carmen, Lira de G. Susana, (2008) Química III Enseñanza Experimental en Microescala en el Bachillerato UNAM
CCH Sur.
No de Registro: 03-2003-022413014800- 01
Metalurgia y fertilizantes
PROCEDIMIENTO
1. Observa las características físicas de cada elemento químico y
regístralas en la tabla No. 1.
2. Llena los 4 vasos de precipitado con agua hasta la mitad de su
capacidad y cúbrelos con un vidrio de reloj.
3. Utilizando una espátula, coloca un pequeño trozo de litio metálico
dentro de uno de los vasos de precipitado con agua y vuelve a cubrir
con el vidrio de reloj. Registra tus observaciones en la tabla No. 1.
4. Repite la instrucción anterior, empleando un pequeño
trozo de sodio, potasio y calcio. Registra tus
observaciones en la tabla No. 1.
5. ¿Qué puedes concluir acerca del comportamiento de
estos elementos en agua? ¿Podrías establecer un
orden de reactividad?
¡PRECAUCIÓN!
Trabajar en
la campana de
extracción
6. Utilizando la microplaca, coloca en cada uno de los pozos pequeños
trozos de: magnesio, aluminio, zinc, cobre, estaño y plomo. Con una
pipeta Beral agrega agua a cada uno de los pozos utilizados. Anota tus
observaciones en la tabla No.1.
¿Qué puedes concluir acerca del comportamiento de estos elementos en
agua?
1. Navarro L. Francis, Montagut B. Pilar, González M. Rosa Ma., Ch. Myrna Carrillo, Nieto C. Elizabeth, Sansón O.
Carmen, Lira de G. Susana, (2008) Química III Enseñanza Experimental en Microescala en el Bachillerato UNAM
CCH Sur.
Metalurgia y fertilizantes
No de Registro: 03-2003-022413014800- 01
REGISTRO DE OBSERVACIONES, DATOS, RESULTADOS Y
EVIDENCIAS EXPERIMENTALES.
Tabla 1:
Metal
(sustancia)
Propiedades físicas y reactividad de los metales.
Símbolo
químico
Características
Físicas
Reactividad
en agua
si
no
Reacción
química
Gas
desprendido
(fórmula)
Litio
Sodio
Potasio
Calcio
Magnesio
Aluminio
Cobre
Cinc
Estaño
Plomo
GUÍA DE DISCUSIÓN
1. Escribe las ecuaciones químicas balanceadas para cada una de las
reacciones efectuadas en la actividad experimental.
2. ¿Qué predicción podrías hacer en cuanto al comportamiento del metal
hierro al hacerlo reaccionar con agua? Realízalo experimentalmente.
3. Reúnete con tus compañeros y consulten en la bibliografía las
características físicas y propiedades de los elementos metálicos.
4. Analiza los resultados de la actividad experimental y compara con lo
esperado de acuerdo a las propiedades de los elementos metálicos.
5. ¿Cuál de los metales fue el más reactivo? Justifica tu respuesta.
6. Piensa en alguna aleación y reflexiona sobre su posible
comportamiento en agua. Coméntalo con tus compañeros de equipo.
7. Investiga de qué material están hechos los tubos que llevan el agua
hasta tu casa. ¿Podrían ser de hierro? Justifica tu respuesta.
1. Navarro L. Francis, Montagut B. Pilar, González M. Rosa Ma., Ch. Myrna Carrillo, Nieto C. Elizabeth, Sansón O.
Carmen, Lira de G. Susana, (2008) Química III Enseñanza Experimental en Microescala en el Bachillerato UNAM
CCH Sur.
Metalurgia y fertilizantes
No de Registro: 03-2003-022413014800- 01
EXPERIMENTO “B”. REACTIVIDAD DE LOS METALES EN MEDIO ÁCIDO
OBJETIVOS
Observar, identificar y manipular en forma adecuada
algunos elementos metálicos.
Conocer algunas de sus propiedades.
Conocer y observar la reactividad en medio ácido de
ciertos metales.
PROBLEMA A RESOLVER
¿Cuál es la reactividad, en medio ácido, de los
metales: magnesio, aluminio, cobre, zinc, estaño y
plomo?
Pb
ACTIVIDADES PREVIAS
1. Reúnete con tus compañeros de equipo y reflexiona ¿por qué es útil
conocer la reactividad en medio ácido de algunos elementos metálicos?
2. Elabora un diagrama de flujo con las operaciones sucesivas que se van
a desarrollar durante el transcurso de la actividad experimental.
3. Consigue muestras pequeñas de los diferentes metales a utilizar.
4. Escribe las reacciones involucradas en la actividad experimental
(consulta los acordeones).
DISEÑO EXPERIMENTAL
MATERIAL
6 tubos de ensayo
1 gradilla
2 vasos de precipitado de 50 mL
2 pipetas Beral
SUSTANCIAS
Ácido clorhídrico (HCl) diluido (1:1)
Vinagre comercial (de alcohol de
caña)
Pequeños trozos de metales: zinc,
aluminio, magnesio, cobre, estaño y
plomo.
1. Navarro L. Francis, Montagut B. Pilar, González M. Rosa Ma., Ch. Myrna Carrillo, Nieto C. Elizabeth, Sansón O.
Carmen, Lira de G. Susana, (2008) Química III Enseñanza Experimental en Microescala en el Bachillerato UNAM
CCH Sur.
No de Registro: 03-2003-022413014800- 01
Metalurgia y fertilizantes
PROCEDIMIENTO
1. En un vaso de precipitado coloca el ácido
clorhídrico diluido (1:1) y en el otro el vinagre
comercial. Etiquétalos correctamente.
2. Coloca los 6 tubos de ensayo en la gradilla, en
cada uno de ellos introduce un pequeño trozo de
cada uno de los metales, a continuación, con la
pipeta Beral agrega 1 o 2 mL de ácido clorhídrico
diluido a cada tubo uno a uno y observa con
detenimiento lo que sucede y registra tus datos
en la tabla No. 2.
¡PRECAUCIÓN!
Trabajar en la
campana de
extracción y cuidar
de no aspirar los
gases desprendidos
¡PRECAUCIÓN!
El HCl es
corrosivo y causa
severas
quemaduras
3. Repite todo el procedimiento sustituyendo el ácido clorhídrico diluido
por vinagre comercial (de alcohol de caña). Anota tus observaciones en
la tabla No. 2.
1. Navarro L. Francis, Montagut B. Pilar, González M. Rosa Ma., Ch. Myrna Carrillo, Nieto C. Elizabeth, Sansón O.
Carmen, Lira de G. Susana, (2008) Química III Enseñanza Experimental en Microescala en el Bachillerato UNAM
CCH Sur.
Metalurgia y fertilizantes
No de Registro: 03-2003-022413014800- 01
REGISTRO DE OBSERVACIONES, DATOS, RESULTADOS Y
EVIDENCIAS EXPERIMENTALES.
Tabla 2: Reactividad de los metales en medio ácido.
Sustancia
Reactividad
en HCl (1:1)
Reacción
que se
efectúa
Reactividad
en vinagre
Reacción
que se efectúa
Magnesio
Cinc
Cobre
Aluminio
Estaño
Plomo
GUÍA DE DISCUSIÓN
Trabajando en equipo y consultando bibliografía:
1. Escribe las ecuaciones químicas balanceadas para cada una de las
reacciones efectuadas en la actividad experimental.
2. ¿Qué predicción podrías hacer en cuanto al comportamiento del metal
hierro al hacerlo reaccionar en medio ácido? Escribe la reacción
posible.
3. Reúnete con tus compañeros y consulten en la bibliografía las
características físicas y propiedades de los elementos metálicos.
4. Analicen los resultados de la actividad experimental y comparen con lo
esperado de acuerdo con sus propiedades.
5. ¿Cuál de los metales fue el más reactivo? Justifica tu respuesta.
6. Piensa en alguna aleación y reflexiona sobre su posible comportamiento
en medio ácido. Coméntalo con tus compañeros de equipo.
7. ¿Es posible que el vinagre de caña que utilizamos para aderezar las
ensaladas reaccione con metales como el cobre y el zinc? Justifica tu
respuesta.
1. Navarro L. Francis, Montagut B. Pilar, González M. Rosa Ma., Ch. Myrna Carrillo, Nieto C. Elizabeth, Sansón O.
Carmen, Lira de G. Susana, (2008) Química III Enseñanza Experimental en Microescala en el Bachillerato UNAM
CCH Sur.
Metalurgia y fertilizantes
No de Registro: 03-2003-022413014800- 01
8. ¿De qué material está hecho el recipiente que se utiliza en tu casa
como ensaladera? ¿podría ser de zinc? Justifica tu respuesta.
EL MUNDO DE LA QUÍMICA Y TÚ
Relación Ciencia, Tecnología, Sociedad y Ambiente (CTS-A)
METAL A PARTIR DEL MAR
i
El magnesio es un valioso metal ligero que se utiliza como material estructural y también
en aleaciones, en baterías y en síntesis química. Aunque el magnesio es abundante en la
corteza terrestre, es más barato “explotarlo” del agua de mar. El magnesio constituye el
segundo catión más abundante del mar (después del sodio); hay alrededor de 1.3 g de
magnesio por kilogramo de agua de mar. El proceso para obtener magnesio del agua
de mar utiliza tres tipos de reacciones: de precipitación, ácido – base y redox.
En la primera etapa de recuperación de magnesio, la piedra caliza (CaCO3) se calienta a
temperaturas elevadas para formar cal viva u óxido de calcio (CaO):
CaCO3(s)

CaO(s) + CO2(g)
Cuando el óxido de calcio se trata con agua de mar forma hidróxido de calcio Ca(OH)2 , un
compuesto ligeramente soluble que se ioniza para formar iones Ca2+ y OH-:
CaO(s) + H2O(l)  Ca2+(ac) + 2OH-(ac)
El exceso de iones hidróxido ocasiona que se precipite el hidróxido de magnesio, un
compuesto mucho menos soluble:
Mg2+(ac) + 2OH-(ac)  Mg(OH)2(s)
El hidróxido de magnesio sólido se filtra y se hace reaccionar con ácido clorhídrico para
formar cloruro de magnesio (MgCl2):
Mg(OH)2(s) + 2HCl(ac) 
MgCl2(ac) + 2H2O(l)
Después de evaporar el agua, el cloruro de magnesio sólido se funde en una celda de
acero. El cloruro de magnesio fundido contiene iones Mg2+ así como iones Cl-. Las
semireacciones son:
Mg2+ + 2e-  Mg(s)
2Cl-  Cl2(g) + 2eLa reacción global es:
i
MgCl2(ac) 
Mg(s) + Cl2(g)
Tomado de: Chang, R. y Collage, W. (2003). Química (7ª ed.), Mc Graw Hill, México, 140.
1. Navarro L. Francis, Montagut B. Pilar, González M. Rosa Ma., Ch. Myrna Carrillo, Nieto C. Elizabeth, Sansón O.
Carmen, Lira de G. Susana, (2008) Química III Enseñanza Experimental en Microescala en el Bachillerato UNAM
CCH Sur.
Metalurgia y fertilizantes
No de Registro: 03-2003-022413014800- 01
Esta es la forma en que se produce el magnesio metálico. El cloro gaseoso
generado se puede convertir en ácido clorhídrico y reciclarse en el proceso.
OBTENCIÓN INDUSTRIAL DEL MAGNESIO, A PARTIR DEL AGUA DE MAR,
Y SUS PRINCIPALES REACCIONESii
Agua
de mar
(0 – 4% MgCl2)
MgCO3
ácidos
Ca(OH)2
MgO
calor
Mg(OH)2
C+
2+
(sales)
en
aire
O2 o vapor
HCl
MgO
Mg
MgCl2 (anhidro)
Cl2
Cl2
MgCl2
electrólisis
Mg
ácidos
N2
Mg
2+
(sales)
Ácidos
fuertes
Mg
H2O
NH3
2+
(sales) + H2
Mg3N2
ii
Tomado de: Mosqueira, S.( 2004). Introducción a la química y el ambiente, Publicaciones Cultural,
México.
PALABRAS CLAVE
CONCEPTUAL
PARA
LA
CONSTRUCCIÓN
DE
UN
MAPA
Para relacionar los conocimientos logrados a través de esta actividad
experimental, construye un mapa conceptual con los siguientes conceptos
químicos:
1. Navarro L. Francis, Montagut B. Pilar, González M. Rosa Ma., Ch. Myrna Carrillo, Nieto C. Elizabeth, Sansón O.
Carmen, Lira de G. Susana, (2008) Química III Enseñanza Experimental en Microescala en el Bachillerato UNAM
CCH Sur.
Metalurgia y fertilizantes
No de Registro: 03-2003-022413014800- 01
Reactividad química
Aleación
Elemento (metal)
Agua
Ácido clorhídrico
Óxido no metálico
Ecuación química
Reacción de reducción
Hidróxidos
Óxidos
No metal
Reacción química
Óxido metálico
Reacción química
Reacción de oxidación
MANEJO Y DISPOSICION DE LOS RESIDUOS GENERADOS
Los desechos que se producen en la actividad experimental deben
recolectarse en recipientes previamente etiquetados, para su posterior
tratamiento.
 Los residuos de las diferentes reacciones químicas que se llevan a
cabo se pueden diluir con suficiente cantidad de agua y desecharlos
por el drenaje.
 A todas las disoluciones ácidas, agregar agua hasta neutralizar,
desechar por la tarja con suficiente agua.
Nota: los residuos metálicos, se lavan con agua y se secan con
papel absorbente para su posterior utilización. NO arrojarlos a la
tarja.
ACORDEÓN
No. 1 Los metales alcalinos reaccionan violentamente con el agua, para formar
el hidróxido correspondiente y liberar hidrógeno.
Ejemplo:
Li(s)
+ H2O(l)

LiOH(ac) + H2
El metal alcalino térreo calcio (Ca) se comporta de manera semejante.
No. 2 El magnesio con agua a temperatura ambiente (20°C) reacciona muy
lentamente, a una temperatura de 100°C se acelera la reacción.
No. 3 Los metales aluminio, zinc, cobre, estaño y plomo no presentan reacción
aparente con el agua. El hierro reacciona lentamente con el agua para formar
el óxido férrico (herrumbre) Fe2O3(s)
No. 4 Los metales: hierro, aluminio, zinc y magnesio reaccionan fácilmente en
ácido clorhídrico diluido formando los cloruros correspondientes y
desprendiendo hidrógeno.
1. Navarro L. Francis, Montagut B. Pilar, González M. Rosa Ma., Ch. Myrna Carrillo, Nieto C. Elizabeth, Sansón O.
Carmen, Lira de G. Susana, (2008) Química III Enseñanza Experimental en Microescala en el Bachillerato UNAM
CCH Sur.
Residuos
Metalurgia y fertilizantes
No de Registro: 03-2003-022413014800- 01
Ejemplo:
Zn(s) + 2HCl(dil) 
2Al(s) + 6 HCl(dil) 
ZnCl2 + H2
2 ALCl3 + 3H2
No. 5 El cobre no es atacado por ácido clorhídrico diluido, solamente por ácido
clorhídrico concentrado y caliente, también por ácido nítrico y sulfúrico.
Cu(s) + 2HCl(conc)
calor
CuCl2(ac) + H2(g)
No. 6 El estaño se disuelve lentamente en ácido clorhídrico diluido, formando
el cloruro correspondiente y desprendiendo hidrógeno.
Sn(s)
+
2HCl(dil)
SnCl2(ac)
+
H2
El estaño se disuelve fácilmente en ácidos concentrados y calientes.
No. 7 El plomo presenta poca acción con al ácido clorhídrico diluido debido a
la formación de películas protectoras de cloruro de plomo. Reacciona
fácilmente en ácido nítrico concentrado y diluido en caliente.
Pb(s) +
2HNO3(dil)
calor
Pb(NO3)2(ac) + H2(g)
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Chang, R. y Collage, W. (2003). Química (7ª ed.), Mc Graw Hill, México.
2. Garritz, A., Chamizo, J.A. (2001). Tú y la Química, Pearson Educación
de México, S.A. de C. V., México.
3. Mosqueira, S. (2004.). Introducción a la química y el ambiente,
Publicaciones Cultural, México.
4. Phillips, Strozak, Wistrom. (2000). Química, conceptos y aplicaciones,
McGraw Hill, México
.
1. Navarro L. Francis, Montagut B. Pilar, González M. Rosa Ma., Ch. Myrna Carrillo, Nieto C. Elizabeth, Sansón O.
Carmen, Lira de G. Susana, (2008) Química III Enseñanza Experimental en Microescala en el Bachillerato UNAM
CCH Sur.