Laboratorio Virtual: Reacciones de elementos metálicos y no metálicos con el oxígeno

FICHA DIDÁCTICA

Tema:

Tomado del tema ¿Cómo actúa el oxígeno del aire sobre los elementos? perteneciente a la segunda unidad "Oxígeno, componente activo del aire" dentro del programa de estudios de la asignatura Química I del primer semestre del Colegio de Ciencias y Humanidades (CCH-UNAM).

Objetivo:

El alumno distinguirá los metales de los no metales a través de la experimentación, observará las reacciones de las sustancias con el oxígeno y los productos formados con el agua.

Objetivos particulares:
  • Formulará y comprobará su hipótesis a través de la experimentación.
  • Practicará el uso de material y sustancias del laboratorio de Química.
  • Distinguirá los compuestos óxidos, hidróxidos y ácidos.
  • Distinguirá los elementos metálicos y no metálicos por su comportamiento frente al oxígeno.
  • Clasificará a los óxidos metálicos y no metálicos por los productos de su reacción con agua.
  • Comparará los resultados obtenidos de la experimentación con metales y no metales.

CRÉDITOS

  • CCH
  • Experta en contenido:
  • Blanca Estela Quiza Gaytán
  • Diseño Instruccional:
  • Sergio Meléndez Mercado
  • Rocío Angélica Hernández Rodríguez.
  • Coordinación del desarrollo:
  • Seppe De Vreesse Pieters
  • DGTIC
  • Diseño Instruccional:
  • Lidice Mayari Quevedo Rodríguez
  • Rebeca Juárez de la Cruz
  • Apoyo a diseño instruccional:
  • Viridiana González López
  • Diseño gráfico:
  • Ivelin Aidee Meza Buenrostro
  • Apoyo a diseño gráfico:
  • Luis Adrián Márquez Adame
  • Animación:
  • Antonio Eder Navarro Mendoza
  • Desarrollo de sistemas:
  • Mario Alberto Hernández Mayorga
  • Pablo Enrique Zenil Rivas
  • Anibal Jose Cab Salinas
  • Erick Leonardo Martínez García
  • Coordinación del desarrollo:
  • Rebeca Valenzuela Argüelles
  • Coordinación del proyecto:
  • Teresa Vázquez Mantecón

¡ Bienvenido al laboratorio virtual !

El experimento que realizarás es para conocer el proceso de formación de óxidos metálicos y la reacción de éstos en presencia de agua para sintetizar bases o hidróxidos, así como la formación de óxidos no metálicos y la reacción que ocurre en éstos cuando interactúan con agua en la síntesis de ácidos.

  1. Medidas de seguridad
  2. Hipótesis
  3. Material de trabajo
  4. Preparación del experimento
  5. Obtención de óxidos
  6. Verificación
  7. Contrastación
  8. Conclusiones
  9. Limpieza

Medidas de seguridad

  • Bata de laboratorio
  • Guantes de neopreno, nitrilo o vinilo
  • Lentes de seguridad
  • Agua corriente
  • Trapo cerca por si hay algún derrame
  • No jugar
  • No comer
  • No contestar celulares

En caso de accidente pide ayuda al profesor, laboratorista o persona a cargo.

Hipótesis

Antes de comenzar el experimento contesta la siguiente pregunta: ¿En qué categorías se clasifican los siguientes elementos químicos y qué reacción tendrán al calentarse? Escribe tu hipótesis en cada cuadro de texto.

Sodio Potasio Calcio Magnesio
Azufre Carbono
¡ Atención !

Debes de escribir tus hipótesis.

Material de trabajo

tooltip
Maneja con cuidado el sodio y el potasio, pues son altamente reactivos. Utiliza cantidades pequeñas con ayuda de una espátula.
!
Materiales:
  1. Revisa todas las sustancias y elige una de ellas.
  2. Conoce todo el material haciendo clic sobre los elementos y lleva a la mesa lo que sigue:
    • Vaso de precipitado de 30 ml.
    • Tubos de ensayo
    • Gotero
    • Mechero de bunsen
    • Piseta con agua destilada
    • Indicador universal
  3. Arrastra el material necesario de acuerdo con la sustancia que elegiste.
¡ATENCIÓN!
Arrastra una sustancia y los materiales requeridos a la mesa de trabajo para el experimento.
¡ATENCIÓN!
No todos los materiales son los adecuados para experimentar con la sustancia que elegiste.
Revisa las características de la sustancia y recuerda que no la pondrás a fuego directo.
¡ATENCIÓN!
Necesitas 4 materiales para tomar la sustancia y evitar ponerla a fuego directo
¡ATENCIÓN!
Este es el material que necesitas:
Una cápsula de porcelana, una espátula, una rejilla con asbesto y un trípode
¡ATENCIÓN!
No todos los materiales son los adecuados para experimentar con la sustancia que elegiste.
Revisa las características de la sustancia y recuerda que la pondrás a fuego directo
¡ATENCIÓN!
Necesitas sólo un material para sostener la sustancia.
¡ATENCIÓN!
Este es el material que necesitas:
Las pinzas de crisol
¡ATENCIÓN!
No todos los materiales son los adecuados para experimentar con la sustancia que elegiste.
Revisa las características de la sustancia y recuerda que la pondrás a fuego directo
¡ATENCIÓN!
Necesitas tener el material para tomar la sustancia, otro para ponerla al fuego y dos más para guardar gases.
¡ATENCIÓN!
Este es el material que necesitas:
Una cucharilla de combustión, una espátula, un matraz Erlenmeyer y un tapón
Piseta con agua destilada
Agua Destilada

Es un frasco con pico y contenedor de sustancias líquidas. En este experimento se empleará para el agua destilada que es H2O a la cual se le han eliminado impurezas e iones (cloruros, calcio, magnesio y fluoruros) mediante la destilación. El agua destilada carece de conductividad a diferencia del agua de uso diario.

Cucharilla de combustión
Cucharilla de combustión

Sirve para someter a fuego directo pequeñas cantidades de diversas sustancias, ya que su material soporta elevadas temperaturas.

Espátula
Espátula

Es una lámina plana de metal, cerámica o plástico con mango para su manejo. Empleada principalmente para sacar sustancias de frascos.

Pinzas de crisol
Pinzas de crisol

Pinzas para sujetar los recipientes de porcelana u otros materiales y sustancias.

Vaso de precipitado de 30 ml
Vaso de precipitado de 30 ml

Sirve para medir volúmenes de líquidos, así como para calentar y mezclar sustancias.

Tubos de ensayo y gradilla
6 tubos de ensayo

Como su nombre lo indica se utilizan para efectuar pequeños ensayos de reacciones. También se emplean para calentar o mezclar pequeñas cantidades de sustancias líquidas. La gradilla se emplea para sostenerlos, ésta puede ser de metal, madera o plástico.

Cápsula de porcelana
Cápsula de porcelana

Se utiliza para llevar a cabo combustiones de pequeñas cantidades de reactivos en el laboratorio. Usualmente se utiliza con el trípode y la rejilla de asbesto.

Indicador universal
Indicador universal

Los indicadores químicos, como el indicador universal, son sustancias que se utilizan en cantidades muy pequeñas que provocan un cambio de color para determinar las variaciones de pH.

Gotero
Gotero

Es un tubo hueco que sirve para la extracción de líquidos por succión a través de una goma en la parte superior.

Mechero de bunsen
Mechero de bunsen

Es un instrumento para calentar sustancias a través de la combustión de una mezcla de gases

Trípode y rejilla de asbesto
Trípode

Es un anillo de hierro con tres patas que sirve principalmente para sostener recipientes sobre el fuego, usualmente se emplea con la rejilla de asbesto, siendo una malla de hierro de un fino regular con un círculo de asbesto en el centro, ésta se usa cuando no se requiere calentamiento a fuego directo.

Matraz Erlenmeyer
Matraz Erlenmeyer

Se utiliza para contener líquidos, mezclar y calentar diversos compuestos o mezclas.

Tapones
Tapones

Dependiendo de su tamaño permiten tapar tubos de ensayo y diversos tipos de matraces.

Sodio
Sodio

Es un elemento químico metálico alcalino blando, aceitoso, de color plateado, que no se encuentra de forma libre en la naturaleza, pero está presente en la sal marina y el mineral halita.

Además de encontrarse en la sal de común (NaCl) necesaria para la vida, el sodio metálico se emplea en síntesis orgánica como agente reductor. Sirve en la fabricación de desodorantes y de celdas fotoeléctricas, en la purificación de metales fundidos, mientras que los óxidos (Na2O) generados por combustión controlada sirven para intercambiar el dióxido de carbono por oxígeno en espacios cerrados como los submarinos.

Potasio
Potasio

El potasio es un elemento químico metálico alcalino de color blanco plateado y suave. Es un constituyente esencial para el crecimiento vegetal y se encuentra en la mayoría de los suelos, pero no se encuentra de forma libre en la naturaleza. Se obtienen por electrólisis. 

Es un elemento vital en la dieta humana, pero además, los fertilizantes lo contienen usualmente como cloruro (KCl), sulfato (K2SO4) o nitrato (KNO3). El hidróxido de potasio (KOH) es usado en la preparación de detergentes líquidos. El nitrato de potasio (KNO3) y el clorato de potasio (KClO3) son usados en los fuegos artificiales

Magnesio
Magnesio

Es un elemento químico metálico, alcalinotérreo, de color blanco plateado, ligero, medianamente fuerte, que no se encuentra de forma pura en la naturaleza. En forma pulverizada es extremadamente inflamable.

En la medicina, se emplea el cloruro, el hidróxido o leche de magnesia (Mg(OH)2) y el sulfato o sales Epsom (MgSO4). El polvo de carbonato de magnesio (MgCO3) es utilizado por gimnastas y levantadores de pesas para mejorar el agarre de los objetos. Otros usos incluyen: flashes fotográficos, pirotecnia y bombas incendiarias, debido a la luz que despide su combustión.

Las aleaciones de magnesio, especialmente magnesio-aluminio, se emplean en componentes de automóviles, en llantas y en maquinaria diversa, así como en envases de bebidas. Además, el metal se adiciona para eliminar el azufre del acero y del hierro.

En el laboratorio necesitarás las pinzas de crisol para manejarlo.

Calcio
Calcio

El calcio es un elemento químico metálico alcalinotérreo color gris plateado bastante duro y que se encuentra dentro de los seres vivos, siendo un metal abundante contenido en minerales como la piedra caliza, yeso y fluorita. 

El calcio es la base de la industria del cemento, pero también está presente en muchos productos lácteos o medicamentos para el refuerzo de los huesos humanos. Funciona como agente de aleación utilizado en la producción de aluminio, berilio, cobre, plomo y magnesio. Otros usos son el carbonato de calcio (CaCO3) para la preparación de metales tales como el uranio torio, zirconio, etc

Azufre
Azufre

Es un elemento químico no metal con un olor característico y de color amarillo o anaranjado. En la naturaleza se puede encontrar en regiones volcánicas y termales. Es un elemento químico esencial para todos los organismos y necesario para muchos aminoácidos y también para las proteínas.

Se usa principalmente como fertilizante y en la fabricación de pólvora, laxantes, cerillas e insecticidas.

Carbono
Carbono

El carbono es un elemento químico no metal puede encontrarse en la naturaleza en distintas formas alotrópicas, carbono amorfo y cristalino en forma de grafito o diamante. Es el pilar básico de la química orgánica y forma parte de todos los seres vivos conocidos.

Es constituyente de los hidrocarburos del petróleo, con sus polímeros se hacen los plásticos, además es componente de la celulosa que es un polímero producido por las plantas, mientras que entre los polímeros con carbono de origen animal están la seda y lana. Se usa como lubricante, como pigmento, como electrodo, en los lápices y en muchas otras sustancias naturales y sintéticas.

Preparación del experimento

Activa los objetos iluminados con un clic o arrástralos y suéltalos en la región indicada en color naranja.
Vacía 20 ml de agua destilada en el vaso de precipitado y agrega una gota del indicador universal.
Preparación:
  1. Prepara la disolución.
  2. Toma una pequeña porción de la sustancia y ponla en la cápsula.
  3. Coloca la cápsula de porcelana sobre la rejilla de asbesto.
  4. Prende el mechero.
Preparación:
  1. Prepara la disolución.
  2. Toma una pequeña porción de la sustancia y ponla en la cucharilla
  3. Prende el mechero
  4. Coloca la cucharilla en la llama
  5. Recuerda que en el proceso de oxidación deberás recolectar el gas en el matraz y taparlo.
Preparación:
  1. Prepara la disolución.
  2. Prende el mechero
  3. Con las pinzas toma la cinta de magnesio
  4. Coloca la cinta de magnesio en la llama.

Preparación de la solución

Obtención de óxidos

Vista macroscópica

Vista molecular

Potasio (K)
Azufre (S)
Carbono (C)
Sodio (Na)
Calcio (Ca)
Magnesio (Mg)
Reactivos
Reacción
Producto
Na + O2
→
Na2 O
Óxido de sodio
S + O2
→
S O2
Dióxido de azufre
C + O2
→
C O2
Bióxido de carbono
Mg + O2
→
Mg O
Óxido de magnesio
Ca + O2
→
Ca O
Óxido de calcio
K + O2
→
K2 O
Óxido de potasio
Iniciar

Verificación

Vista molecular

PH
Ácido
Neutro
Base
Potasio (K)
Azufre (S)
Carbono (C)
Sodio (Na)
Calcio (Ca)
Magnesio (Mg)
Preparación:
  1. Coloca la cápsula en la mesa cuando se enfríe.
  2. Deposita la sustancia en el vaso de precipitado.
  3. Vacía la sustancia en un tubo de ensayo.
  4. Verifica el color de la sustancia en la escala de Ph.
Preparación:
  1. Destapa el matraz, vierte en él la disolución del vaso, tápalo, agítalo y destápalo
  2. Vacía la sustancia en un tubo de ensayo.
  3. Verifica el color de la sustancia en la escala de Ph.
Preparación:
  1. Coloca el MgO en el vaso de precipitado.
  2. Vacía la sustancia en un tubo de ensayo.
  3. Verifica el color de la sustancia en la escala de Ph.
INSTRUCCIONES
Activa los objetos iluminados con un clic o arrástralos y suéltalos en la región indicada en color naranja.
Reactivos
Reacción
Producto
Na2O + H2O
→
Na O H
Hidóxido de sodio
SO2 + H2O
→
H2 S O3
Ácido sulfuroso
CO2 + H2O
→
H2 C O3
Ácido carbónico
MgO + H2O
→
Mg (O H)2
Hidróxido de magnesio
CaO + H2O
→
Ca (O H)2
Hidróxido de calcio
K2O + H2O
→
K O H
Hidróxido de potasio
Iniciar

Contrastación de sustancias

Instrucciones: Completa la tabla con los resultados que obtuviste. Recuerda que debes experimentar con un metal y con un no metal.

Óxido de sodio Óxido de sodio
Hidróxido de sodio Hidróxido de sodio
Óxido de magnesio Óxido de magnesio
Hidróxido de magnesio Hidróxido de magnesio
Óxido de calcio Óxido de calcio
Hidróxido de calcio Hidróxido de calcio
Óxido de potasio Óxido de potasio
Hidróxido de potasio Hidróxido de potasio
Dióxido de azufre Dióxido de azufre
Ácido sulfuroso Ácido sulfuroso
Bióxido de carbono Bióxido de carbono
Ácido carbónico Ácido carbónico
Sustancia Calentamiento (oxígeno del medio ambiente O2) Agua destilada (H20) Tipo de sustancia Indicador Universal Resultado final
Sodio (Na)
Óxido de sodio Na2O 4Na + O2 → 2Na2O
Hidróxido de sodio NaOH Na2O + H2O → 2NaOH
Metal Morado Base
Magnesio (Mg)
Óxido de magnesio MgO 2Mg + O2 → 2MgO
Hidróxido de magnesio Mg(OH)2 2MgO + 2H2O → 2Mg(OH)2
Metal Morado Base
Calcio (Ca)
Óxido de calcio CaO 2Ca + O2 → 2CaO
Hidróxido de calcio Ca(OH)2 2CaO + 2H2O → 2Ca(OH)2
Metal Morado Base
Potasio (K)
Óxido de potasio K2O 4K + O2 → 2K2O
Hidróxido de potasio KOH K2O + H2O → 2KOH
Metal Morado Base
Azufre (S)
Dióxido de azufre SO2 2S + 2O2 → 2SO2
Ácido sulfuroso H2SO3 SO2 + H2O → H2SO3
No metal Rojizo Ácido
Carbono (C)
Bióxido de carbono CO2 2C + 2O2 → 2CO2
Ácido carbónico H2CO3 CO2 + H2O → H2CO3
No metal Rojizo Ácido
Revisar aciertos
Elige un metal Elige un no metal Sigue experimentando Conclusiones

Conclusiones

Anota tus conclusiones acerca de las reacciones que obtuviste, además contrástalas con tu hipótesis y con la respuesta del experto

  1. Los metales con el oxígeno y el agua
  2. Los no metales con el oxígeno y el agua
Imagen de encabezado

Química I

Unidad 2. "Oxígeno, componente activo del aire"

Tema: Acción del oxígeno del aire sobre los elementos.

Hipótesis:

Sustancias metálicas:

Sustancias no metálicas:

Conclusiones:

1. Los metales con el oxígeno y el agua.

2. Los no metales con el oxígeno y el agua.

Imagen de pie de pagina
Imagen de encabezado

Contrastación de sustancias

Sustancia Tipo de sustancia Calentamiento (oxígeno del medio ambiente O2) Agua destilada (H20) Indicador Universal Resultado final
Imagen de pie de pagina

Limpieza

Después de realizar cualquier experimento limpia tu área de trabajo, así como el instrumental y material utilizado. Se sugiere especialmente si se trabajó con sustancias de riesgo para la salud. En este caso deberás seguir los siguientes pasos:

  1. Neutraliza los hidróxidos producidos combinándolos con los ácidos que formaste. Al reaccionar los hidróxidos con los ácidos se produce una sal y agua.
  2. Vierte al lavabo las sales producidas y lava tus materiales.
  3. Entrega todos los materiales limpios a tu laboratorista.
  4. Limpia con un trapo húmedo el área de trabajo y lávalo para su uso posterior. Es importante no dejar residuos corrosivos.

Conclusiones

¿Cuáles son las características
de los metales y no metales ?

INSTRUCCIONES
Arrastra y sitúa las características de los metales y no metales en la tabla.
Característica Metales
Ver ejemplo		 No metales
Ver ejemplo
Brillo
Tienen brillo
Son opacos
Maleabilidad
Se pueden convertir en láminas delgadas
No se pueden convertir en láminas delgadas
Ductibilidad
Se pueden convertir en hilos
No se pueden convertir en hilos
Conductor de calor y electricidad
Son excelentes conductores de electricidad y calor
Son aislantes o semiconductores
Tenacidad
Son duros y resistentes
Son frágiles y quebradizos
En contacto con 02
Forman óxidos básicos
Forman óxidos ácidos
Ejemplo de elemento
Na(Sodio)
S(Azufre)
No se pueden convertir en láminas delgadas
Son frágiles y quebradizos
Son excelentes conductores de electricidad y calor
Na(Sodio)
Forman óxidos básicos
No se pueden convertir en hilos
Son opacos
S(Azufre)
Ejemplos de Metales
Ca Ca
Mg Mg
Na Cu
Ejemplos de No Metales
S S
C C
Esperamos te haya gustado estar en el laboratorio virtual de Reacciones de elementos metálicos y no metálicos con el Oxígeno. Si te quieres quedar para volver a experimentar con otra sustancia, sólo da clic en la flecha y accederás a la última fase. Ahí encontrarás la barra de la secuencia del experimento para que navegues por el laboratorio. ¡Hasta luego!
Sigue experimentando

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