LA CIENCIA DE LOS CRISTALES
Datos del Proyecto
Descripción de la Experiencia
En el presente proyecto, nos hemos dedicado a profundizar en el conocimiento de la Cristalografía y del Método Científico mediante la formación de cristales de distintas sustancias como el ADP (Dihidrógenofosfato de amonio), sulfato de cobre(II) pentahidratado, sal común y azúcar. Nuestro principal objeto de estudio ha sido la formación de cristales de ADP por la rapidez de crecimiento, como por el tamaño de los cristales obtenidos. Para ello hemos trabajado principalmente con ADP de uso agrícola (también denominado MAP, fosfato monoamónico) que es un fertilizante y también con el ADP que nos proporciona el concurso «Cristales en la escuela», ya preparado para obtener hermosos cristales.
Este proyecto ha sido dirigido a estudiantes de 4º de ESO. Durante todo el proceso los alumnos y alumnas han seguido las etapas del método científico, redactando informes en su cuaderno de laboratorio, aprendiendo a manejar los distintos equipos del laboratorio y respetando las normas de seguridad e higiene en el laboratorio. También han preparado informes de laboratorio, desarrollado un blog y finalmente defendido su proyecto en el concurso de “Cristales en la escuela”, lo que les permitió alcanzar la fase final.
Las fases en las que hemos dividido este proyecto han sido las siguientes:
1ª ETAPA: Origen
En esta primera fase se introducen los conceptos de cristal y vidrio, así como la gran diferencia entre ambos, el orden. El cristal es un material homogéneo en el que sus partículas se han ordenado lentamente hasta formar la estructura cristalina, mientras que el vidrio es un material homogéneo en el que sus partículas se encuentran dispuestas al azar debido, por lo general, al enfriamiento rápido de la muestra. También se ha estudiado la curva de solubilidad de las distintas sales para conocer la concentración idónea para la formación de cristales por enfriamiento. Se han definido las etapas en las que tiene lugar la formación de un cristal: nucleación y crecimiento. Tras tratar estas explicaciones se ha realizado un test para comprobar la adquisición de conocimiento por parte del alumnado y se ha procedido a formar un cristal de ADP comercial, tanto con aislamiento, como sin aislamiento.
2ª ETAPA: Geometría
En esta fase nos hemos centrado en el conocimiento de que distintas sustancias dopantes e impurezas hacen que la geometría del cristal cambie sustancialmente con la adición de pequeñas cantidades de estas. Para ello hemos formado cristales con 0´1, 0´3, 0´5 g de FeCl3 y se ha comparado con el cristal sin impurezas. Lo mismo se ha hecho con el Fe(NO3)3. Las conclusiones presentadas por nuestros estudiantes es que la adición de estos dopantes han desarrollado hermosas puntas en los cristales que sin ellos eran compactos. Si el proceso se lleva a cabo con aislamiento térmico se obtienen pocas puntas, de buen tamaño y transparentes, mientras que si no se aísla térmicamente se obtienen cristales con muchas puntas, de pequeño tamaño y más bien opacas.
3ª ETAPA: Cristales dulces.
En ella se han producido cristales de azúcar. Para ello se ha disuelto 1 kg de azúcar en 350 mL de agua mientras que se calentaba hasta ebullición y total transparencia. En ocasiones se ha añadido colorante alimentario para darles color. Previamente se ha preparado unos palitos impregnados en azúcar seca que actuarán como semillas en el posterior crecimiento de los cristales. Este palo se introduce en la disolución una vez que se enfría un poco. Con el paso de los días comienzan a formarse cristales de azúcar. Los estudiantes se sorprendieron mucho al ver que se disolvía tanta cantidad de azúcar en tan poca agua. También comprobaron que el crecimiento máximo de los cristales se alcanzaba a las dos semanas (frente a los 3 días del ADP). Se observó también que los cristales de azúcar se volvían opacos por el contacto con la humedad ambiental. Si se protegían con algún barniz o laca, esto no ocurría.
4ª ETAPA: Cristales de sal.
Se formaron cristales de sal por evaporación. Se preparaban disoluciones saturadas de sal y sulfato de cobre que se colocaban en cristalizadores y se dejaban evaporar. Al cabo de una semana se podía observar la formación de cristales de forma cuadrada de sal y rómbicos de sulfato de cobre. Seleccionando los mejores y repitiendo el proceso, los alumnos procedieron a recrecer los cristales hasta obtener cristales de un buen tamaño. También comprobaron que las vibraciones producidas por el viento no eran buenas para la formación de buenos cristales.
5ª ETAPA: Recrecimiento cristalino y crecimiento en gel.
Los estudiantes usaron los cristales formados previamente para formar nuevos cristales, mediante las técnicas de semillas fijas y semillas colgantes. Los resultados fueron semillas de mejor tamaño que pudieron recrecerse a partir de las aguas madres en varias ocasiones hasta formar cristales de ADP de hasta 3 kg. Comprobaron la gran importancia del aislamiento térmico y las dimensiones del recipiente. El crecimiento en geles ha sido el gran fracaso de este proyecto, ya que no fuimos capaces de llevarlo a cabo de forma satisfactoria, pero aprendimos que hasta de los peores fracasos se pueden sacar conclusiones.
6ª ETAPA: Cristales coloreados.
A lo largo de esta fase los estudiantes probaron distintos pigmentos como: pinturas acrílicas, pinturas al agua, tinta de rotuladores fluorescentes, tinta china, colorante alimentario, azafrán, agua de col lombarda, papel pinocho, azul de metileno, … Obtuvieron distintos cristales y distintos grados de coloración. Esto fue debido a que muchos colorantes no se disolvían en el medio ácido de la disolución (pH 4-4´5) y sin embargo si lo hacen en pH neutro – básico. Esto ocurrió con la tinta china, la fluoresceína y otros pigmentos. También detectaron que la temperatura podía dificultar la disolución de pinturas plásticas.
7ª ETAPA: Microcristales.
Durante este periodo se observó el crecimiento al microscopio de las distintas sustancias trabajadas. El crecimiento es muy lento y difícil de observar en tiempo real. Por ello decidimos realizar técnicas de timelapse para grabar vídeos usando sus móviles sujetos en un soporte. Se debe de enfocar la muestra cada pocos minutos. Se obtenían vídeos de 30 segundos en periodos de grabación de más de una hora. La conclusión de los estudiantes fue que la forma microscópica de los cristales concordaba con la macroscópica. También se dieron cuenta que todos los cristales no crecían igual de rápidos. Los de ADP eran los más rápidos, seguidos de los de sal y sulfato de cobre, y por último, los de azúcar.
8ª ETAPA.
En esta parte del proyecto los alumnos y alumnas dieron rienda suelta a su imaginación a la hora de realizar cristales de distintas sustancias. Se crearon geodas de ADP y de azúcar, se crearon cristales dentro de botellas, semillas colgantes bicolor, se crecieron cristales alrededor de objetos (Reloj de arena, pelota, …) y otros tantos. Para ello aplicaron todo lo aprendido en las demás fases. Recubrieron algunas superficies con cola para mejorar el agarre de los cristales entre otras ideas inteligentes que presentaron.
CONCLUSIÓN:
El trabajo realizado por los estudiantes ha resultado fantástico. La implicación ha sido enorme. Lejos de realizar las 8 sesiones de 3 horas, hemos realizado más de 20 sesiones de participación. El resultado obtenido se ha presentado al concurso de “Cristales en el aula” siendo seleccionado para participar en la final que tiene lugar en Granada.
Los estudiantes han aprendido a trabajar en el laboratorio, respetando las normas de seguridad e higiene. Esto ha permitido que el proyecto transcurriese sin ningún problema digno de mención (algún vaso roto, sin daños personales). El trabajo colaborativo ha sido fundamental en la realización de este proyecto. Todos los alumnos y alumnas han trabajado solidariamente en los distintos proyectos realizados, aprendiendo unos de otros y compartiendo lo aprendido en todo momento. La realización de los cuadernos de laboratorio y los informes para el blog han sido detallados y rigurosamente desarrollados.
Han aprendido a documentarse y buscar información en las distintas fuentes disponibles para encontrar explicación a los fenómenos observados o resolver los problemas que se han ido presentando. Todo el trabajo ha sido recogido gráficamente en forma de fotos y vídeos que han sido subidos al blog realizado.
También han demostrado ser capaces de defender el proyecto llevado a cabo de forma magistral frente a grandes expertos en la materia durante la fase del concurso lo que ha aumentado enormemente la autoestima de los estudiantes. El dominio del lenguaje científico ha sido correcto y concreto. Otra cosa de las que me siento orgulloso ha sido que han contado todos sus descubrimientos a otros estudiantes participantes que no conocían la forma de obtener los resultados que hemos obtenido, es decir, han compartido abiertamente todos sus resultados obtenido, como debe hacerse en un concurso como éste con fase en formato de congreso científico.
En definitiva, me siento orgulloso del proyecto realizado por estos estudiantes y a pesar de todas las dificultades que podemos habernos encontrado con respecto a recursos y tiempo, los resultados han merecido la pena, tanto para mí, como para ellos. No tengo ninguna duda de que si tengo la posibilidad de repetir otro año, así lo haré.
Photo by Grant Durr on Unsplash
Sobre el colaborador
Fjamuedo Profesor de Física y Química del IES Maestro Diego Llorente en Los Palacios y Villafranca.
Entradas relacionadas
Recording Emotions →
Geometría Virtual →
Generación de electricidad a partir de plantas →
Últimos Comentarios