CRISTALIZACIÓN DEL SULFATO DE COBRE
Datos del Proyecto
Descripción de la Experiencia
La física y química son ciencias eminentemente experimentales. Los contenidos de estas materias se han ido consiguiendo a lo largo del tiempo gracias al trabajo incansable de investigación de miles y miles de científicos. Las investigaciones, como es lógico, han sido muy variadas, pero en todas ellas, casi siempre, ha habido un factor común, la aplicación del método científico. sin embargo los laboratorios en los institutos suelen ser lugares, casi siempre desiertos, inactivos e infrautilizados. ¡Qué pena!
Al comenzar este curso, me encontré en mi clase de física y química de cuarto de la ESO, con unos alumnos no demasiado motivados, un poco juguetones y poco trabajadores. El programa profundiza se presentaba como una excelente oportunidad para intentar revertir esta situación.
El proyecto que hemos desarrollado este curso, “factores que influyen en el crecimiento de los cristales de sulfato de cobre” se presta extraordinariamente a la realización de pequeñas investigaciones en las que poner en práctica todas o casi todas las etapas del método científico.
Nuestros alumnos de 3º y 4 de ESO aprenden rápidamente las cosas de memoria. Establecer relaciones ya les cuesta algo más. Deducir algo a partir de unos datos previos les resulta complicado. Pero todo esto no resulta suficiente para hacer ciencia. El proyecto en teoría es muy sencillo. Queremos cristalizar sulfato de cobre y queremos que estos cristales crezcan bien y rápido (en la medida de lo posible). Hacer este pequeño trabajo que en teoría parecía bastante sencillo no lo ha sido tanto y el trabajo de investigación llevado a cabo por los alumnos al final ha sido menos autónomo y más guiado de lo que yo hubiese deseado.
El programa comienza la tarde del 8 de marzo. Los alumnos implicados son de tercero y de cuarto, 16 en total. Esta primera sesión no se realizó en el laboratorio, preferí utilizar el aula más cercana que dispone de pantalla digital, recurso que este primer día nos vendrá muy bien para explicar el proyecto.
El primer día es importante para que el alumno sepa bien, donde se ha metido, que es lo que va a hacer y que se espera de él. De esta forma comenzó la tarde exponiendo los objetivos que se persiguen y las líneas generales de trabajo que íbamos a seguir durante el desarrollo del proyecto:
- Trabajar en equipo. Pocos científicos trabajan solos, por el contrario, el trabajo en equipo es fundamental y casi siempre decisivo. La mayoría de los alumnos de mi centro, no saben trabajar en grupo ni en equipo. Como mucho saben hacer un trabajo por partes, cada alumno del equipo se encarga de realizar una parte pero no participa en el resto del trabajo.
- Estimular la curiosidad. Es fundamental en un científico. ¿Por qué pasa esto o lo otro? Sin la curiosidad, difícilmente se habrían iniciado la mayoría de las investigaciones. La curiosidad permitirá a nuestros alumnos plantearse a lo largo de la vida, muchas cuestiones y la necesidad de resolverlas.
- Crear lazos de “amor” con la ciencia. La ciencia como todo, es más o menos bella dependiendo de los ojos que la miren. Muchos de nuestros alumnos en los institutos de secundaria obligatoria pierden el contacto con nuestras materias en 3º de ESO ¡Si consiguiésemos establecer una conexión con la ciencia distinta a la del aula ganaríamos tanto! En televisión hay multitud de programas con contenido científico, algunos de gran calidad. Si el alumno se aficiona a ellos o a coleccionar minerales o insectos necesitará muchos conocimientos científicos para avanzar en su afición y se establecerá entre él y la ciencia un vínculo que puede durar toda la vida.
- Adquirir destrezas en el trabajo en el laboratorio. Este apartado no es el más importante en el proyecto, aunque sí necesario para poder trabajar con eficiencia y seguridad.
En esta primera sesión, hablamos un rato y pusimos en común lo que conocían sobre los cristales, que son, para que sirven, como se crean etc. seguidamente como actividad de motivación leímos y comentamos un documento sobre la cristalización que escribí hará algunos años para un grupo de trabajo del CEP del Ejido sobre la didáctica de las ciencias a través de las actividades experimentales. A continuación expliqué cómo se desarrollaría el proyecto, que en resumen sería de la siguiente forma, siempre aplicando el método científico, base de nuestro trabajo:
Planteando una serie de cuestiones de forma ordenada, los alumnos fueron llegando a las siguientes conclusiones.
- Básicamente lo que queremos es obtener cristales de sulfato de cobre a partir de una disolución saturada de esta sal en agua.
- El proceso es el siguiente: el agua se va evaporando y el exceso de soluto que hay en la disolución va retirándose de la misma en forma de cristales.
- Si nosotros queremos acelerar este proceso deberemos tener en cuenta los factores que influyen en que el agua se evapore con más o menos rapidez.
- Buscaremos variables que creamos que influyen en la distinta velocidad de evaporación del agua y diseñaremos un experimento para demostrarlo.
- Para ello aplicaremos todas las etapas del método científico, observación planteamiento de una hipótesis, diseño de un experimento, análisis de datos, si es posible elaboración de leyes y finalmente comunicación de los resultados.
Finalmente la sesión acabo creando dos grupos de alumnos y para hacer una lista de todos los factores que pensaban que podrían intervenir en el proceso de evaporación del agua. Una vez hecha la lista de diez o doce factores, la pusimos en común y seleccionamos los que estudiaríamos.
La primera dificultad que nos surgió era la de utilizar el lenguaje de forma precisa para construir mensajes científicos. Esta dificultad se unió a la de separar la influencia de un solo factor del resto de factores que también pueden intervenir. Guiarlos para resolver este tipo de imprecisiones tanto en el lenguaje como en los diseños experimentales ha sido una constante a lo largo de casi todo el proyecto. Creo que muchos de los integrantes del grupo podrían analizar ahora un problema científico de parecida dificultad con un acierto aceptable. Otros sin embargo aun no lo conseguirían.
La segunda sesión la ocupamos de una forma más clásica. Toda transcurrió en el laboratorio. Primero vimos las principales características del mismo; espacios, salidas, extintores, puntos de luz y de agua, mobiliario etc. Después comenzamos a trabajar en pequeños grupos de tres personas algunas técnicas básicas de trabajo en el laboratorio: preparación de disoluciones y separación de los componentes de mezclas heterogéneas por filtración.
En la tercera sesión comenzó la parte interesante del proyecto que recuerdo que consiste en buscar una variable que influya en la velocidad de evaporación del agua, establecer una hipótesis y diseñar un experimento que lo demuestre.
No voy a describir todos los experimentos realizados que aunque muy interesantes para mi, a algunos lectores podría aburrirles y además esta entrada se haría interminable. Solo describiré de forma muy general el primero que realizamos.
La elección de la primera variable a estudiar en una actividad de este tipo no puede ser arbitraria, debe ser lo suficientemente fácil como para que los resultados obtenidos sean positivos. Pero al mismo tiempo debe constituir un reto aunque sea pequeño para que el resultado positivo sea gratificante. El alumno ganará interés por la actividad y cierto grado de autoestima. Por el contrario si este primer experimento no sale, o es demasiado complicado y se pierde, el alumno puede optar por el desanimo o la perdida de interés, sobre todo en estudiantes con bajo nivel o interés limitado. Por otra parte creo que es más estimulante demostrar que algo influye a que algo no influye. Y por último tener en cuenta que los resultados no concluyentes son casi siempre un poco frustrantes.
Teniendo en cuenta todo esto la hipótesis de partida para la primera investigación fue:
“La velocidad de evaporación del agua depende de la superficie del recipiente que la contiene, posiblemente velocidad y superficie sean directamente proporcionales.”
Cogimos cinco recipientes circulares de distintos radios, medimos su superficie y la cantidad de agua evaporada por cada uno de ellos al cabo de un tiempo. Al representar el volumen de agua evaporada en función de la superficie del recipiente comprobamos con enorme satisfacción como los puntos se alineaban sobre una recta casi perfecta. Calculando la pendiente pudimos establecer una relación de proporcionalidad directa entre volumen evaporado y superficie que se refleja en la siguiente ecuación:
Volumen evaporado (ml)= 0,7. S (cm2)
Esta ecuación naturalmente solo es válida para la temperatura a la que se realizó el experimento.
El valor de haber “descubierto” esta ecuación es inmenso y fue muy gratificante para los alumnos.
En las siguientes sesiones continuamos diseñando y realizando experiencias para confirmar o no la influencia de otros factores. Otras experiencias que hemos realizado han sido:
- La no influencia de la forma del recipiente. Hipótesis inicial confirmada.
- Influencia conjunta del volumen de agua en el recipiente y la diferencia de altura de la superficie del agua con el borde del recipiente. Los resultados no fueron concluyentes. La práctica se repitió dos veces. Hubiese sido necesario volver a repetirla con más datos iniciales.
- Influencia de la presión de la disolución en el crecimiento del cristal. Hipótesis confirmada. Más presión más crecimiento. No hemos sido capaces de cuantificar el efecto.
- Control de la velocidad de evaporación en la obtención de los primeros cristales. Hipótesis confirmada. Con evaporaciones lentas se obtienen mejores cristales
- Utilización de agua destilada o agua del grifo. Resultados no concluyentes. La experiencia se repite dos veces. El correcto seguimiento de esta experiencia hubiese implicado ocupar más recreos aun de los que ya lo hemos hecho.
- Influencia del tamaño del cristal con la velocidad con la que crece. Hipótesis confirmada aunque no con datos cuantitativos
Aunque la experiencia vivida al realizar este proyecto ha sido muy satisfactoria y estoy deseando que se nos vuelva a brindar esta oportunidad el próximo curso, mentiría si no dijese que también ha tenido sus sombras. Las más espesas posiblemente las han formado un grupo de alumnos que no han mostrado el menor interés y respeto por sus compañeros. Pienso ahora que la selección del alumnado es un elemento muy importante a la hora de planificar un proyecto de este tipo. Siempre se aprende. Para terminar señalar que proyecto quizá era demasiado ambicioso y hubiese necesitado más tiempo para desarrollarse tal como estaba planificado. En muchas ocasiones hemos tenido que echar mano del tiempo libre de los alumnos, recreos y otras clases, para llevar correctamente el seguimiento de algunos de los experimentos.
Pensando ya en el próximo curso.
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