representacion audivisual de celdas electroquimicas y construcción de electrodos sencillos

Representación audiovisual de células electroquímicas y construcción de electrodos sencillos: propuesta para la enseñaza ymejoramiento de la aprehensión de los conceptos electroquímicos en la educación básica y media. Blanca Ceidy Clavijo Ortiz Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad de Ciencias y Educación Proyecto Curricular de Licenciatura en Química Bogotá 2007 1 Representación audiovisual de células electroquímicas y construcción de electrodos sencillos: propuesta para la enseñaza y mejoramiento de la aprehensión de los conceptos electroquímicos en la educación básica y media. Blanca Ceidy Clavijo Ortiz Trabajo de grado Directora: María Victoria Ruiz Arandia, profesora de fisicoquímica Codirector: Dr. Sc. Jesús Alberto Ágreda Bastidas, profesor de química analítica. Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad de Ciencias y Educación Proyecto Curricular de Licenciatura en Química Bogotá 2007 2 AGRADECIMIENTOS A Dios y mi familia, por que han sido las piedras angulares de mi vida. A mi directora, María Victoria Ruiz Arandia, profesora de fisicoquímica e investigadora principal del observatorio pedagógico de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, por su apoyo, conocimiento y experiencia, en el área didáctica y química, por acompañarme desde el primer semestre y por amar el ser educadora. A mi codirector, Dr. Sc. Jesús Alberto Ágreda Bastidas, profesor de química analítica de la Universidad Nacional de Colombia (sede Bogotá), por brindarme la oportunidad de trabajar y aprender de él, en tan prestigiosa institución, por su aporte económico y por su apoyo cognitivo durante el desarrollo del presente trabajo. A mis amigos y compañeros de la Universidad Distrital, Yenny Viviana Bernal Rivera, Paula Carolina Briñez Alfonso, Fabio Aníbal Cristiano Benítez y Raúl Alberto Arenas Carvajal, quienes me han acompañado durante este proceso. A mis compañeros de laboratorio en la Universidad Nacional, John Sadat Bernal Guerrero, Jorge Elihú Paternita y Juan Migel Árias, por compartir con migo su espacio y conocimiento. A Hernando Carvajal España, profesor de química de la Institución Educativa Distrital Manuelita Sáenz test de este proyecto. Finalmente a la Universidad Nacional de Colombia (sede Bogotá), por su aporte material y económico para el desarrollo del presente trabajo de grado y a la Universidad Distrital Francisco José de Caldas a la que he pertenecido durante 6 años, por su soporte académico. y a los estudiantes de grado undécimo (jornada tarde, promoción 2007) de la misma institución, por participar de las encuestas y de los 3 .....3 5. 47 RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS…………………........................... 6..... .......8 El documento audiovisual en las aulas de clase......................3 6.................................. 62 Titulaciones potenciométricas ..5......2 4............ 37 Procedimiento ................ 21 La informática en Colombia ..............5..... ... 36 Variables ................................ 21 Principios didácticos y funciones pedagógicas de los documentos audiovisuales…. 56 Activación de los electrodos de grafito …………………………………………………...........2 4.............................................................3 2...................................................2 1.............................1................ 44 Valoración diagnóstica .....................4...................5....................1 4................2 ANTECEDENTES ..... 27 Definición………...............3.......1......................................................................................1........................ 38 Potencial................................. 18 Enseñanza de la química .... 62 Procesos electroquímicos.......... 32 Electrodos indicadores ........3... 18 La unidad didáctica como propuesta de enseñanza-aprendizaje en las aulas de clase…………………………………………………………………………………………….................................................................................................... 43 Aplicabilidad de los potenciales de los electrodos ............................................2 6......3...................1................. 79 4 .............................…59 Aplicaciones de los potenciales de electrodos ........... ................ 21 Definición………..........................5 6................... 32 Electrodos de referencia ...............1 6........5 4....................................... 36 Instrumentos............................................1 6...... 71 Resultados didácticos.....2 6..................................................... 36 Hipótesis.......................... 48 Potencial de los electrodos indicadores ..................................4.............4 5...........................2 5............... 17 MARCO REFERENCIAL..........1 4......1.. 4.....................................1 5..........1............................. 30 Clases de electrodos ...2......... 15 OBJETIVOS ......................4 5...................................................................... 9 Construcción de electrodos .......................2 5...................4.... 46 Construcción del documento audiovisual........ 25 La electroquímica ..... 48 Potencial.....2 6....................................................................................................................4.....3..................................................................6 INTRODUCCIÓN ... 8 Enseñanza de la electroquímica......3 4...... 5.... 3...............................................................2 5.................5......................2 4.....1 4....................3................. 38 Construcción de electrodos ..........................................1 4......................................................7 1.........19 El documento audiovisual ......4 4......1 6.4...1 6.....................3......................48 Resultados químicos .........................................................TABLA DE CONTENIDO RESUMEN…………………………………………………………………………………………... 1....................................................... resistencia y estabilidad de los electrodos .......3 5.... 4..................…………..................................................... 27 Su historia……...1.........................…56 El electrodo de pirita como indicador de pH …………………………………………..........1 5...................................................5........... 33 DISEÑO METODOLÓGICO.....2................................. 12 JUSTIFICACIÓN ............1 1.. resistencia y estabilidad de los electrodos de referencia ........3 4................... .101 ANEXOS………………………………………………………………........................... 79 Test de ideas previas............105 5 .... 86 Propuesta para la enseñanza y mejoramiento de los conceptos electroquímicos en la educación básica y media desde un enfoque ambiental………………………………………………………………………………………………….100 BIBLIOGRAFÍA ...............................6................2.................... 10......... 96 7.................................2..........…… …..2 6..... 8..98 RECOMENDACIONES…………………………………………………........2.......3 6. “Hacia la electroquímica” ......1 6....4 Encuestas.. …….....…91 Documento audiovisual.....…............................................……………………………..2........... 9.............. CONCLUSIONES……………………. que tiene como principal finalidad ayudar al profesor en la ilustración de fenómenos moleculares. Adicionalmente se realizaron procesos electroquímicos. como el empleo de sales en lugar de ácidos fuertes en las células galvánicas y concentraciones bajas de fenol en las celdas electrolíticas. grafito y gelatina sin sabor. procesos electroquímicos. como el funcionamiento de un bombillo “led” (proceso galvánico) y la degradación electroquímica del fenol (proceso electrolítico) empleando los electrodos inertes (Grafito) construidos. antes de enseñar el ensamblaje y el empleo de los mismos en las aulas de clase. cloruro de sodio (NaCl). Este documento particularmente muestra tres aspectos perentorios: la representación de procesos electroquímicos. se diseñó una unidad didáctica basada en las tendencias informáticas y las ideas previas de los estudiantes de grado undécimo de la Institución Educativa Distrital Manuelita Sáenz. Adjuntamente se realizó un documento audiovisual en formato flash.RESUMEN Para facilitar la enseñanza de la electroquímica en las aulas de clase. unidad didáctica. Estos procedimientos se realizaron en el presente trabajo para asegurar el buen funcionamiento de los electrodos construidos. Palabras clave: electrodos. la construcción de electrodos y los sucesos más importantes en la historia de la electroquímica. documento audiovisual. frente al punto de equivalencia. con materias primas accesibles comercialmente como jeringas plásticas de 3 mililitros. alambre de cobre. para la enseñanza y el mejoramiento de los conceptos electroquímicos en la educación básica y media con un enfoque ambiental. De igual forma se usaron sustancias que son relativamente inocuas para la salud y seguridad de los estudiantes. También se efectuaron titulaciones potenciométricas (ácido-base y rédox) para valorar la respuesta de los electrodos indicadores en compañía de los electrodos de referencia. ideas previas. Con los resultados obtenidos de la construcción de los electrodos y el documento audiovisual. los cuales pueden ser ensamblados por estudiantes de educación básica y media. pirita natural. alambre de plata. potencial electroquímico. 6 . se ha construido y evaluado la respuesta de electrodos de referencia (Cu/CuSO4 y Ag/AgCl) y electrodos indicadores (grafito y pirita). ). en la educación básica y media de las Instituciones Educativas Distritales (I. Manuelita Sáenz. Dicha difusión se llevaba a cabo por medio de cátedras. óxido–reducción. ya que los documentos audiovisuales (aunque no precisamente las animaciones computarizadas). Además del documento audiovisual también se plantea la construcción de electrodos sencillos. Para presentar dichos fenómenos. cumplen desde hace varios años con la función de motivación y al mismo tiempo de enseñanza. es dar una nueva visión dinámica de los fenómenos moleculares. 7 . Así. que permitan el desarrollo de los experimentos ilustrados en las animaciones. no espontáneas y soluciones. empleando medios informáticos. esta situación ha ido evolucionando gracias a las políticas educativas y métodos de enseñanza-aprendizaje. generalmente dirigidas a comunidades privilegiadas. específicamente en la I. De esta forma en la actualidad se cuenta con grandes avances informáticos. que no sean tóxicos. está la preocupación de dar a conocer y aplicar los avances científicos en función de mejorar la calidad de vida y por otro lado. surge la necesidad de la búsqueda indefinida por parte de los educadores. E. el objetivo primordial de los “educadores de la ciencia” fue la simple difusión del conocimiento científico.INTRODUCCIÓN En un principio. por un lado. ni costosos y que la elaboración de los mismos ayude al estudiante en el proceso del aprendizaje de la química. se construyó un documento audiovisual (animaciones computarizadas) empleando el formato flash. no obstante y a pesar de este avance. articulando conceptos tales como: iones. Lo que se pretende en este trabajo. buscando con ello mejorar el rendimiento escolar. reacciones espontáneas. cuando se trata del proceso de enseñanza–aprendizaje en el área de química. que no son indiferentes a la comunidad educativa y que además permiten desarrollar nuevos instrumentos y métodos de enseñanza de las ciencias. E. utilizando como eje articulador la electroquímica. transporte de carga eléctrica. sin embargo en el transcurrir de la historia. como parte del diseño de una propuesta de enseñanza frente a la electroquímica. potencial eléctrico. D. de la estrategia utópica de enseñanza de los diferentes tipos de conocimiento en cualquier categoría formativa y en cualquier campo de la educación. Se busca que los electrodos sean de fácil construcción. explícitamente en la rama de la electroquímica. dichos recursos informáticos difícilmente son llevados al aula de clase. D. ANTECEDENTES 1. los profesores utilizaron una película con una duración de 72 minutos y para la segunda etapa proyectaron una película con una duración de 77 minutos. entre tres y nueve documentos por año escolar y que un gran porcentaje de estos profesores no preparaban una ficha de evaluación o un guión de lectura del documento audiovisual.1 El documento audiovisual en las aulas de clase Actualmente todos los docentes deben tener una formación profesional en el ámbito de la didáctica. Departamento de comunicación audiovisual y publicidad. el trabajo experimental proponía la utilización de las mismas películas fragmentadas en documentos cortos de 10 minutos cada uno. El montaje corto incluía un conjunto de preguntas que se indicaban al finalizar cada uno de los fragmentos de la proyección y adicionalmente. El documento audiovisual en la práctica pedagógica. se corría el riesgo de que la clase en la escuela escogida no presentara la realidad portuguesa (país donde se realizó la investigación). Alexandre. “el rendimiento escolar de los alumnos es inversamente proporcional a la duración de la película exhibida” y dividió el trabajo experimental en dos etapas: en la primera etapa de la experiencia en las clases de literatura. Alexandre Claro Loff1. 8 . Sin embargo. contribuía frecuentemente a que utilizaran películas que excedían el tiempo de clases. Cada sesión debía 1 CLARO LOFF. por lo cual proyectaban los documentos audiovisuales para motivarlos. en colaboración con los docentes. Para ello. 2002. esto conlleva a que se implementen nuevas estrategias que ayuden al estudiante y al docente en el proceso de enseñanza-aprendizaje. Estrategia para mejorar el rendimiento escolar. por lo cual se decidió ampliar el círculo de acción para la comprobación y la verificación de los resultados a alcanzar. El hecho de que ninguno de los docentes realizara montajes audiovisuales. el investigador elaboró un test de evaluación en cada una de las etapas.1. ha estudiado este aspecto expresando que los profesores portugueses usaban en sus clases. Barcelona. Facultad de ciencias de la educación. se optó por realizar la experiencia en dos escuelas con características similares y en lo posible con el mismo número de alumnos de octavo grado. Tesis doctoral. Universidad Autónoma de Barcelona. Como alternativa a la proyección completa de los largometrajes. además también creían que los alumnos tenían vivencias particulares por la imagen televisiva. una muestra de estas estrategias son los documentos audiovisuales. Frente a estas situaciones postuló la hipótesis. reportaron los siguientes errores conceptuales en estudiantes de primer año universitario: • • Los electrones se mueven a través de la solución al ser atraídos de un ión a otro. se obtuvo en los test de evaluación puntajes superiores respecto de aquellas donde se utilizó el video largo. La investigación arrojó como resultado en la primera etapa. a las notas obtenidas por ellos en la ficha de evaluación y a los registros de observación efectuados por el investigador. luego de la proyección. en cualquiera de las sesiones donde fue exhibida la versión resumida de la película. • Los electrones entran en la solución por el cátodo. Es decir. Los electrones se mueven a través de la solución uniéndose primero a los iones del cátodo y luego siendo transportados por estos (cationes) hacia el ánodo. viajan a través de la solución y el puente salino y emergen del ánodo para completar el circuito. se infiere que. 819-823. p. por lo cual. 9 .incluir una introducción a la película. Sanger y Greenbowe2. se realizaba su exploración y al final todos los alumnos respondían al mismo cuestionario. 2 SANGER. 1. pero siempre trataban el mismo tema. y en la segunda etapa estuvieron implicados 145 alumnos. No 7 (July 1997).2 Enseñanza de la electroquímica Respecto al proceso específico de enseñanza–aprendizaje de la electroquímica. su montaje y su proyección. Vol. tanto en la escuela de ecuación básica 2-3 de Vagos (EB 23 Vagos) como en la escuela de educación básica Gafanha de Encarnaçao (EB 2-3 Gafanha de Encarnaçao). Students’ misconceptions in electrochemistry: current flow in electrolyte solutions and the salt bridge. 74. Los documentos audiovisuales empleados en esta investigación. La muestra fue de 252 alumnos entre las dos escuelas. En: Journal of Chemical Education. para poder con esto. Michael and GREENBOWE. En la primera etapa participaron en el trabajo experimental 151 alumnos entre ambas escuelas (EB 2-3 Vagos y EB 2-3 Gafanha de Encarnaçao). con el video corto los alumnos alcanzan mejor rendimiento escolar. una mejora cuando fue utilizado el video corto. se exhibieron en un ambiente natural de clase y se diferenciaban por la duración. comparar al final los resultados obtenidos en las dos etapas. Los resultados de la experiencia también hacen referencia a la identificación de los alumnos. Thomas. de los cuales 235 participaron de una encuesta y gran parte de los encuestados eran adolescentes entre 13 y 14 años. 1079-1099. Res. 819-823. por ejemplo. No 7 (July 1997). 4 GARNETT. Vol. Citado por: SANGER. p. D. Thomas. N. 74. implican que la corriente es uniforme a lo largo de la célula electroquímica. pero incoherente con el uso científico. 121-142. 74. and TREAGUST. p. p. proponen las siguientes fuentes de errores conceptuales: • Los estudiantes interpretan la terminología usada en el libro de texto o por el instructor de manera consistente con el uso cotidiano. J. En: Journal of Chemical Education. Chem. 821-823. Students’ misconceptions in electrochemistry: current flow in electrolyte solutions and the salt bridge. Vol. P. J. • La discusión despreocupada de los procesos sobre los electrodos. Michael and GREENBOWE. 1992. los iones de carga negativa constituyen un flujo de corriente en el electrolito y el puente salino.. El ánodo es de carga positiva porque pierde los electrones. D. 1994. Thomas. J. 71. mientras que el cátodo es de carga negativa porque gana los electrones. • • Los estudiantes aplican la información generalizando los conceptos científicos y aplicándolos en situaciones dónde es inapropiado. Los cationes en el puente salino y en el electrolito aceptan electrones y los transfieren del cátodo al ánodo. and BRADLEY. A. OGUDE. Students’ misconceptions in electrochemistry: current flow in electrolyte solutions and the salt bridge. Adicionalmente Garnett y Treagust4 y Ogude y Bradley5. Teach. J. F. Los Solo electrones pueden fluir a través de las soluciones acuosas sin ayuda de los iones. libros de texto con errores obvios o declaraciones engañosas producen los errores conceptuales en los estudiantes. 3 Ibid. 819-823. En: Journal of Chemical Education. Citado por: SANGER. Michael and GREENBOWE. Sci. La referencia por los libros de texto o el instructor a la continuidad de la corriente y el asentamiento de la creencia de la naturaleza electrónica de la corriente. No 7 (July 1997). 5 10 . p. p.• • • • • Los aniones en el puente salino y en el electrolito transfieren los electrones del cátodo al ánodo. 29. Con el fin de prevenir estos errores conceptuales se consideró necesario emplear el documento visual (animaciones computarizadas) como herramienta en las clases para reforzar en los estudiantes la habilidad de visualizar y entender conceptos químicos moleculares3. Educ. 29-34. sus numerosas aplicaciones prácticas en la vida cotidiana y su proyección en el desarrollo de nuevas fuentes de 6 explicación molecular como una táctica para superar dichas insolvencias. Universidad de educación a distancia. Vol. con énfasis en las reacciones rédox en cada mitad de la célula no ayuda a los estudiantes. como el reto que supone la utilización creciente de fuentes alternativas de energía con las que las nuevas generaciones deberán estar cada vez más familiarizadas.En el estudio realizado por Boulabiar et al. 754 – 757 7 De la Plaza. No.7. 313-319. Además se descuida la conductividad iónica en el puente salino. Las conclusiones a las que llegaron son las BOULABIAR. departamento de ciencias y técnicas fisicoquímicas. 5 (May 2004). la motivación de los alumnos de distintos niveles educativos en relación con el medio ambiente y la vida cotidiana. Plantean la integración de varios aspectos que han estimado de gran interés. lo cual impide probablemente. • Aunque se haya empleado la enseñanza de la célula de Daniell con buenas intenciones para ayudar a la comprensión de algunas reacciones electroquímicas. En: Journal of Chemical Education. simulación y visualización microscópica y los mecanismos de las reacciones pueden facilitar la asimilación de fenómenos electroquímicos en la celda. De la Plaza et al. A historical analysis of the Daniell cell and electrochemistry teaching in French and Tunisian textbooks. tales como la interrelación de la Física y la Química. que debe promover una formación que evite que se produzca una separación cada vez mayor entre la ciencia que se explica en el aula y la ciencia presente en la vida cotidiana. así. Aspectos didácticos de la electroquímica en relación con el medio ambiente. se revelan las deficiencias en la enseñanza de la electroquímica y sugieren la siguientes: • El modelo de enseñanza de la célula de Daniell. la construcción del concepto de corriente iónica. 11 . destacando su carácter interdisciplinar entre la física y la química. Teniendo en cuenta lo anterior en el presente estudio se discuten algunos aspectos de la enseñanza de la electroquímica. la introducción de nuevos contenidos recomendados por la Asociación Nacional de Químicos de España y otras organizaciones para la enseñanza de estas materias en educación secundaria. p.6. M. Madrid (2001). aparentemente estos actos son la fuente principal de conceptos erróneos sobre la conductividad iónica. p. sin olvidar la figura del profesor. para ver la célula como un sistema completo. et al. • Finalmente conexiones se considera los que es importante explicar y los fenómenos La electroquímicos molecularmente y ayudar a los estudiantes a establecer entre procesos macroscópicos microscópicos. Ahlem et al. 81. 97-98 9 10 VAZQUEZ. tienen en la vida actual. p. ha desarrollado un electrodo de referencia de Ag/AgCl junto con un electrodo inerte de platino/nicromo. En: Journal of Chemical Education. M. 76. Easy to make Ag/AgCl reference electrode. que permite un margen de error de 46mV para KCl saturado. Vol. además una de las ventajas que presenta la construcción de este electrodo. M. G. Vol. Vol. No 1 (January 2002). 7. se debe al alto costo de los electrodos o a la toxicidad y riesgo que estos representan para la salud de los alumnos. V. también han desarrollado un electrodo de referencia de Ag/AgCl empleando como cuerpo principal una jeringa desechable de 5ml. 1. Vazquez y Tobón10. No 1 (enero de 2002). Electrodo de referencia Ag/AgCl(s). No 1 (January 1999). en particular la electroquímica. 77. para uso en las titulaciones potenciométricas. es que el alambre de Ag puede pulirse y usarse nuevamente para la reconstrucción del mismo electrodo en caso de que muestre índices de deterioro. El electrodo construido de Ag/AgCl se probó con un electrodo comercial de calomel. concluyendo que los más importante es concienciar al alumno sobre la incidencia que la ciencia y la tecnología. basados en los protocolos de las publicaciones de la revista de educación química (Journal of Chemical Education). and DEL VALLE M.3 Construcción de electrodos East y Del Valle8. A. evitando de esta forma el uso de vidrio y fuego. y TOBÓN. lo cual es recomendable para estudiantes de educación básica secundaria. En: Educación Química. p. con los estudiantes de la escuela secundaria técnica de Milwaukee. consideran que una de las razones por las cuales las prácticas de laboratorio relacionadas con la electroquímica no se llevan a cabo. A. A. p. siendo esta la labor del profesorado. Para construir este electrodo se abre un pequeño 8 EAST. 37-38 12 . pues hoy más que nunca es necesario dar a los alumnos una formación científica y tecnológica adecuada que les proporcione conocimientos para intervenir con criterio frente a los problemas a los que se enfrenta la sociedad actual. encontrando diferencias de 42 a 50 mV frente al valor teórico de un electrodo de Ag/AgCl. Ante estas dificultades Thomas9. Studen construction of a gel-filled Ag/AgCl reference electrode use in a potenciometric titration. 97 THOMAS J. D.energía y procesos industriales respetuosos con el medio ambiente. En: Journal of Chemical Education. Potenciometría con electrodos de referencia económicos “tipo-jeringa”. El salto de potencial en el punto final de la titulación de HCl. donde se sostiene el alambre previamente tratado de AgCl con la ayuda de un pegamento tipo epóxico. H3PO4 y CH3COOH. Natural monocrystalline pyrite as electrode material for potenciometric titrations in water.. Vol. se aspira solución saturada de KCl con la jeringa modificada teniendo la precaución que no quede aire en su interior. reportaron lo 11 RIYAZUDDIN. el extremo del alambre que contiene el depósito de Ag/AgCl(s) se dobla en forma de resorte antes de introducirlo en la jeringa. • En soluciones acuosas la pendiente (mV/pH) tiene un valor absoluto de 33. M. aclarando que.M. Vukanović siguiente: • El potencial del electrodo de pirita en soluciones acuosas muestra una pendiente sub-Nernstiana. no tienen diferencias significativas. VUKANOVIĆ. 342 12 ANTONIJEVIĆ. este tiempo aumentó a valores entre 1 y 2 min. tomando como materia prima el grafito contenido en las baterías secas de referencia AA. P. R. • En el transcurso de la titulación el potencial fue establecido en menos de un minuto. En: Talanta. cuando se compara el electrodo de pirita y uno de vidrio comercial. sencillo y económico que satisface las necesidades de las prácticas de laboratorios enmarcados en la electroquímica.agujero en la base del émbolo. usando un electrodo de vidrio. Posteriormente al ensamblaje del electrodo. Una vez que el émbolo está listo.9. and MIHAJLOVIĆ. No 7 (september 1991-january 1992). En: Journal of Chemical Education. Fabrication of a multipurpose graphite electrode assembly. describe el ensamblaje de un electrodo de grafito multiusos. 39. Si el montaje fue adecuado. • En las curvas de titulación. lo cual disminuye los costos. B. Antonijević.11. los saltos de potencial para los ácidos titulados obtenidos con el electrodo de pirita son más pequeños que aquellos para los mismos ácidos (de las mismas concentraciones) obtenidos. p. no es necesario emplear tapones porosos ya que la solución interna permanecerá sin gotear. Riyazuddin P. y Mihajlović12. en su investigación sobre la construcción de un electrodo indicador usando pirita monocristalina. P. en las cercanías del punto final de la titulación. La parte superior del alambre de Ag (la que no contiene el depósito de AgCl) se suelda a un alambre de Cu para no emplear un alambre de Ag demasiado largo en la construcción del electrodo. 809 – 814 13 . En una segunda publicación Antonijević. al igual que en titulaciones ácido–base en medios no acuosos (Carbonato de propileno.N–dimetilamida).• Los resultados obtenidos muestran que el electrodo de pirita puede ser aplicado con éxito como electrodo indicador en titulaciones potenciométricas de ácidos con bases. También fueron registrados saltos superiores. • La pirita como sensor es conveniente para la detección del punto final en las titulaciones rédox potenciométricas en las que se usa una solución de Mn(VII) estándar. Se obtuvieron saltos superiores con los sistemas dónde la diferencia entre los valores de los potenciales estándares eran mayores. Titrations with permanganate. en los casos dónde el medio puede influir en el equilibrio de la reacción (titulación de Fe(II) en H3PO4 o Mn(II) en medio de pirofosfato a pH 6. en el punto equivalente. El desempeño de la pirita en todos los sistemas investigados estuvo de acuerdo con lo esperado. de complexiometría y de óxido-reducción en medio acuoso. Natural monocrystalline pyrite as sensor for potentiometric redox titrations. B.. MIHAJLOVIĆ. • • Los potenciales en el transcurso de la titulación y en el punto final se establecieron rápidamente. tetrahidrofurano y piridina–N. R.y As(III) con una solución de permanganato de potasio estándar usando como sensor la pirita monocristalina: • • El punto final de la titulación se detectó con un electrodo universal cuyo sensor fue la pirita cristalina natural. M. En: Sensors. Los resultados obtenidos usando el electrodo de pirita se compararon con aquéllos obtenidos usando un electrodo de platino. Mn(II).0). 13 ANTONIJEVIĆ. No 2 (april 2002). • El electrodo de pirita puede ser usado con éxito. y se obtuvo buena concordancia tanto en reproducibilidad como en exactitud. Part I. 153-163. Fe(CN)64 -. and VUKANOVIĆ. C2O42. Mihajlović y Vukanović13. 14 . p. presentan las siguientes conclusiones respecto a los resultados obtenidos en las titulaciones potenciométricas de Fe(II). en titulaciones de precipitación. 2. aprovechando el documento audiovisual. usando vocabulario apto para estudiantes de educación básica y media. Sin embargo. las prácticas de laboratorio constituyen una herramienta complementaria a las clases magistrales y son la oportunidad para que el estudiante interactúe directamente con determinados fenómenos. Los profesores dentro de sus destrezas. Aunque son varias las innovaciones que se han desarrollado para mejorar cada día la enseñanza de la química en el aula. De otro lado. se sigue diagnosticando una posible falencia en los intentos por tratar de ilustrar el comportamiento molecular de ciertos fenómenos químicos de una forma no convencional y estática en la oratoria docente durante una clase magistral. teniendo en 15 . otros. ninguna de las dos partes (clases magistrales y prácticas de laboratorio) suple la necesidad de una explicación dinámica microscópica. y es aquí donde el desarrollo de este trabajo pretende diseñar una propuesta. Igualmente. en el que se ilustren los procesos electroquímicos moleculares fundamentales que explican los fenómenos macroscópicos. JUSTIFICACIÓN A lo largo de la existencia del hombre se han explicado fenómenos químicos tanto microscópica como macroscópicamente. que permiten realizar cálculos numéricos y predecir comportamientos. tratando de no desasir el conocimiento científico del conocimiento cotidiano de los alumnos en formación. muchos profesores se han limitado a la práctica exhaustiva de las clases magistrales y unos pocos han seguido la línea del aprendizaje significativo. han llevado gran parte del conocimiento histórico de la química al aula de clase por medio de narraciones y cortometrajes. vivenciados en las prácticas de laboratorio. empleando a menudo representaciones y modelos matemáticos como estrategia de enseñanza. como exigencia de un mundo en continuo cambio donde profesores y alumnos se ven en la obligación de evolucionar en todo aspecto. para una mejor aprehensión del conocimiento químico por parte de los estudiantes han optado por reproducir los experimentos que realizaron los autores de las teorías y las leyes más importantes. que le permiten comprender y explicar hechos reales. puntualizando. la electroquímica como eje articulador de los conceptos químicos básicos de: soluciones. pues este se suele emplear como motivación y al mismo tiempo como método de enseñanza en alumnos de cualquier edad. óxidoreducción y espontaneidad de las reacciones. se ha planteado. en que las prácticas de laboratorio de electroquímica no son usuales en el aula escolar. se pretende mostrar en este caso particular. Además. particularmente el uso del documento audiovisual en el aula de clase. con los cuales los estudiantes podrán experimentar. género. ya sea por su toxicidad o su elevado costo.cuenta que el empleo de estrategias educativas. se ha convertido en una herramienta importante para el mejoramiento del rendimiento escolar. grado e institución. la construcción de electrodos no tóxicos y económicos. debido a que los electrodos a emplear pueden ser poco accesibles. desde el uso del documento audiovisual en las clases magistrales y las prácticas de laboratorio. Teniendo en cuenta esta problemática adicional. 16 . iones. para complementar el presente trabajo. • Construir electrodos de fácil ensamblaje y económicos para llevar a cabo las prácticas de laboratorio de electroquímica. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: • Diseñar animaciones en flash para ilustrar los procesos electroquímicos moleculares y la construcción de electrodos de referencia y electrodos indicadores.3. OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL: • Diseñar una propuesta para la enseñanza y mejoramiento de la aprehensión de los conceptos electroquímicos. trabajados como ejes articuladores en las aulas de clase en la educación básica y media. 17 . requeridas para una adecuada aprehensión de la misma. sin embargo poca ciencia llegaba a la clase trabajadora. MARCO REFERENCIAL 4. mediante cursos de conferencias filosóficas y experimentos. biología y química. 18 . Historia de la Química. William. ni bibliotecas públicas”15. siendo uno de los grandes exponentes del método heurístico de aprendizaje. Uno de los primeros esfuerzos para popularizar la ciencia. 327. en el siglo XVIII existían distintos métodos a través de los cuales las personas con cierta formación podían recibir educación científica. de carácter público. que facilitasen tal labor. la aplicación de la ciencia a las finalidades comunes de la vida. lo cual influenció para que en la década de 1860. p. la naciente comunidad científica empezara a sumar un poderoso grupo de presión para formar una enseñanza más sistemática. Madrid: Alianza Editorial.4. Patricia.1 Enseñanza de la química De acuerdo a BrocK14. Gerardo y GOLDSTEIN. dedicando su vida a defender que la comprensión de las ciencias se obtenía a través de la práctica. Con todo y esto no había escuelas nocturnas. de esta forma en 1845 dos de los discípulos de Liebing fundaron y dirigieron el Royal College of Chemistry. después de un entendimiento más profundo de la física. cuyo propósito era difundir el conocimiento y facilitar la introducción general de invenciones y mejoras mecánicas útiles. Versión escrita de la contribución al Simposio Michael Faraday por los doscientos años de su nacimiento. 1998. Facultad de Ciencias. y enseñar. Universidad Autónoma de México. A principios del siglo XIX la industrialización y el desarrollo de escuelas técnicas hizo posible una enseñanza más amplia de las ciencias. empezó a hacer pública su crítica a cerca de la enseñanza de las ciencias y los métodos didácticos del aprendizaje centrados en el profesor. 15 CARMONA. 18 de septiembre de 1991. quien el 7 de marzo de 1799. fundó la Royal Institution of Great Britain. ni cursos por correspondencia. 14 BROCK. El 15 de agosto de 1884 Armstrong. fue el de: “Benjamin Thompson (conde de Rumford). así.2 La unidad didáctica como propuesta de enseñanza-aprendizaje en las aulas de clase Aun que no hay una definición universal del concepto de unidad didáctica. 19 . contribuyó notablemente a reforzar la importancia de los experimentos ilustrativos en el aprendizaje de las leyes fundamentales de la química. aún vigente en algunas partes del mundo. la filosofía. En 1930 la American Chemical Society estableció los mínimos conocimientos químicos que debían enseñar las escuelas. 4. Además la mayoría de las unidades didácticas se muestran enmarcadas en el modelo constructivista. En 1970 las nuevas ideas sobre la psicología del aprendizaje. se recalcó la importancia de la existencia de laboratorios En 1920 Ida Freund. implementando en 1939 el sistema de créditos. tratando de crear una ciencia para todo el mundo en lugar de una ciencia para unos pocos16. como un diseño organizacional de las actividades a desarrollar sustentadas a partir de los objetivos y la selección de contenidos. mujer pionera en la enseñanza de las ciencias en el Newnham College en Cambridge. de las prácticas de clase y de laboratorio. en que la construcción o readaptación de las unidades didácticas van a depender de cada profesor. 325-397. Op cit. sin dejar de lado los recursos disponibles y la evaluación de las metas propuestas y alcanzadas. 16 BROCK. donde el alumno es el responsable de la construcción de su conocimiento y el profesor se presenta como una guía en el proceso de enseñanza-aprendizaje. consigna que fundamenta la enseñanza actual de la ciencia. los diferentes autores coinciden. como de los objetivos y los planes de estudio de cada una de las instituciones. la sociología y la didáctica de la ciencia colaboraron en la reconstrucción de los planes de estudio.En 1895 en una reunión de la American Chemical Society y profesores calificados en las instituciones educativas. referente a la enseñanza de las ciencias. del contexto familiar y sociocultural del estudiante. p. las pautas metodológicas con las que trabajará. las experiencias de enseñanza-aprendizaje y los mecanismo de control del proceso. estilo y demás) debería considerarse una tarea ineludible para los enseñantes. ¿Cómo hacer unidades didácticas innovadoras? Sevilla: Diada editora. una estrategia que ordene y regule en la práctica escolar los diversos contenidos del aprendizaje. entre otros. muestran que cada diseño de unidad didáctica debe valorarse en función de los objetivos que se persignan y del contexto concreto (para qué alumnos. 39. Esta forma de organizar conocimientos y experiencias debe considerar la diversidad de elementos que contextualizan el proceso (nivel de desarrollo del alumno. para qué escuela. 15. para qué comunidad. es decir el conocimiento de las teorías de los alumnos y de sus ideas previas determinará una secuencia de actividades en la que dichos preconceptos se irán poniendo en cuestión y reelaborando. que incluye no solo los contenidos de la disciplina y los recursos necesarios para el trabajo diario. contexto. 19 . sin una separación definida y bajo la guía del profesor. concibe la unidad didáctica como una forma de planear el proceso de enseñanza-aprendizaje al rededor de un elemento de contenido que se convierte en eje integrador del proceso. 2005. sino unas metas de aprendizaje. seleccionar los objetivos básicos que pretende conseguir. medio sociocultural. España: EDELVIVES. José et al. p. donde el trabajo práctico avance en paralelo con el teórico. aportándole consistencia y significado. Desde las nuevas visiones sobre el aprendizaje y sobre la enseñanza refuerza la idea de que la creación o adaptación de las unidades didácticas de cada docente a su realidad particular (objetivos. el punto de partida es lo que los alumnos ya saben. Bogotá: Cooperativa editorial magisterio. medio familiar y recursos disponibles) para regular la práctica de los contenidos. muy influido por la psicología del aprendizaje. Adúriz et al. para qué interacción profesoralumno. que será contextual. p. 18 19 ADÚRIZ. 1993. 9-20 ESCAMILLA. p. Por tanto la unidad didáctica es un conjunto de ideas. para qué docente.) en el que se implemente. Una propuesta de trabajo en el aula.Para Fernández et al. la construcción de la unidad didáctica es una concepción ligada al pensamiento del profesor y al modelo didáctico que cada uno ejerce. Amparo Escamilla18. Amparo. 20 . Desde el modelo didáctico constructivista. Unidades didácticas en ciencias y matemáticas. 17 FERNÁNDEZ. desde el paradigma constructivista. 1999. Unidades didácticas. en el que se considera que son los propios alumnos quienes construyen su conocimiento y donde la función principal del profesorado es promover este proceso. Agustín et al. distinto para cada estudiante y para cada grupo-clase.17. El documento audiovisual en las emisoras de televisión: selección. Propuestas para la utilización del Video en los Centros. Universidad de Sevilla (1995) CABALLERO. los estudiantes se sienten atraídos por las herramientas que ofrecen los computadores y concernientes a estos como medio de transmisión.3 El documento audiovisual “Aprovechando el hecho de que los jóvenes se sienten fuertemente atraídos por la televisión. por lo cual el profesor debe interesarse por el uso del documento audiovisual. videos. transmisión. p. CABERO ALMENARA. 13 21 RODRÍGUEZ BRAVO. Julio.4. conservación y tratamiento. El Audiovisual como herramienta pedagógica. En: Biblios. percepción y comprensión. No 20 (octubre-diciembre de 2004). Porcher. sin distinción de soporte físico ni de forma de grabación y que requiere un dispositivo tecnológico para su grabación. videos interactivos y películas cinematográficas. Es claro entonces que además de la televisión. Op cit. 4. Pinto y muchos otros investigadores son perentorios al afirmar.2 Principios didácticos y funciones pedagógicas de los documentos audiovisuales Cabero22 ha establecido parámetros didácticos que deben cumplir los documentos audiovisuales llevados al aula y Alejandra Caballero23 ha determinado algunas de las funciones pedagógicas de los documentos audiovisuales. Alejandra.3. también hacen parte de la categorización de este tipo de documentos. Año 5. independientemente del área de conocimiento que se esté impartiendo. como parte de la práctica educativa.1 Definición El documento audiovisual se define según Rodríguez21.A. Se caracteriza por su dualidad o carácter mixto. p. que la escuela debería preocuparse más por el uso de los documentos audiovisuales en clase”20. 29-39. Blanca. información visual y sonido. Jacquinot. 20 CLARO LOFF. Ferrés. Alejandría S. ya que algunos programas de computador. como aquel que en un mismo soporte contiene imágenes en movimiento.3. Moderno. cualquiera que sea su presentación. Matilla. y su opacidad que le hace ser dependiente de la tecnología para el acceso al contenido. 4. 22 23 21 . su diacronía que le viene dada por el canal audio. sin embargo es necesario aclarar que el documento audiovisual no se limita a la televisión. Si bien la cualidad innovadora del audiovisual es indiscutible. o psicomotora del documento. • El alumno no es un procesador pasivo de información. organizativo y didáctico. por lo cual siempre necesitarán ir de la mano del profesor en un contexto escolar. Los documentos por sus sistemas simbólicos y formas de estructurarlos. • • • El profesor es el elemento más significativo para concretar el documento dentro de un contexto determinado de enseñanza-aprendizaje. si no se aplican con sentido y estrategias 22 . El medio comienza a desempeñar su verdadero significado. • Los documentos por sí solos no provocan cambios significativos ni en la educación en general. tiende a capturar la atención tanto del alumno como del profesor. sin embargo. cómo lo vamos a utilizar y qué pretendemos con él. • • Los documentos son transformadores vicariales de la realidad. habría que agregar que el efecto novedad es relativo y que cuando se introduce cualquier nueva tecnología en el aula. ni en los procesos de enseñanza-aprendizaje en particular. propiciando el desarrollo de habilidades cognitivas específicas. con lo que pierde los valores que inicialmente se le conceden. determinan diversos efectos cognitivos en los receptores. nunca la realidad misma. por el contrario es un receptor activo y consciente de la información mediada que le es presentada. de manera que con sus actitudes y habilidades cognitivas determinará la posible influencia cognitiva.Principios didácticos • El aprendizaje no se encuentra en función del documento. Todo documento no funciona en el vacío sino en un contexto complejo: psicológico. debemos plantearnos para quién. afectiva. de manera que el documento se verá condicionado por el contexto y simultáneamente condicionará a éste. sino fundamentalmente con base en las estrategias y técnicas didácticas que se aplique sobre él. esta eficacia disminuye naturalmente. Antes de pensar en términos de qué documento. con el uso y la costumbre. Funciones pedagógicas del documento audiovisual Innovar: la utilización de un audiovisual significará para los estudiantes una nueva situación y creará un entorno distinto con su incorporación. físico. actualidad internacional. en donde el profesor puede destacar los conceptos básicos para luego profundizar en los contenidos más específicos. 23 . El poder motivador y la capacidad para captar y mantener la atención de los receptores es una de las ventajas que destacan la mayoría de los autores. Motivar con el video consiste en actuar sobre un grupo con el fin de sensibilizarle con relación a un tema. reglas.didácticas. los cuales de otra manera no podrían se conocidos por los alumnos. debido a la semejanza con la realidad que suelen poseer. aunque también se corre el riesgo de que la predisposición sea negativa. aprovechando que la imagen suele ser más eficaz que la palabra para provocar sensaciones y sentimientos. Se le atribuyen cargas emotivas y afectivas a la imagen en particular y a los medios audiovisuales en general. acontecimientos. Aprovechar sólo esta “garantía” no dará los frutos necesarios si no va acompañada de las estrategias didácticas necesarias. actitudes determinadas o síntesis de algún tema que el alumno deba poseer antes de comenzar un aprendizaje nuevo. seres vivos. Estructurar la realidad: al ser el audiovisual un elemento mediador. principios. Los aprendizajes nuevos se ensamblan de alguna manera con las experiencias previas de los alumnos. entre otros. Permite mostrar lugares. El audiovisual posee la capacidad de comunicar de manera sintética grandes cantidades de información. posibilitando la construcción de múltiples asociaciones y relaciones. las que pueden permitir predisponer positivamente a los alumnos con un contenido en particular. Uno de los factores más importantes para que el aprendizaje significativo se produzca. partes del cuerpo. Presentar o transmitir información: transmite contenidos del currículum que pueden servir de apoyo a las exposiciones del profesor o a otras lecturas. tiende a presentar la realidad de formas específicas. Motivar: por las posibilidades que ofrecen para captar y capturar la atención de los alumnos. Introducir una temática: el audiovisual puede mostrar una visión general acerca de un tema. Se entienden como las conductas de entrada que serán necesarias para un aprendizaje posterior. es la motivación. y gracias a los diferentes sistemas simbólicos que moviliza. Recordar requisitos o apelar a experiencias previas: con un audiovisual podemos presentar información. además de indicar posibles caminos de solución de estos problemas. Reforzar: el material puede ser reutilizado para reforzar ideas. y no sólo porque permita sintetizar los contenidos trabajados. Ejercitar: si un audiovisual presenta situaciones problemáticas referidas a una disciplina en particular. también puede cumplir la función de cerrar una unidad o actividad de aprendizaje. también puede dejar abiertas las nuevas interrogantes para la unidad siguiente o para la reflexión posterior. los que pueden permitir servir de modelos en la ejercitación de habilidades y procedimientos. actitudes ó procedimientos determinados. Además de audiovisuales propiamente disciplinarios que entregan métodos o procedimientos concretos de una disciplina. por ejemplo fuera del contexto pedagógico. Ayuda a develar significados y concepciones ocultas y difíciles de abordar. herramientas intelectuales y de acción que permitan manipular y procesar información. Confrontar o contrastar ideas y enfoques: un audiovisual puede apelar a la capacidad de análisis y a la conformación de conceptos o teorías a través de la confrontación de ideas. Cerrar un tema: así como el medio nos permite introducir una temática. Puede que un medio tenga otra función potencial y que en un momento determinado sea utilizado para reforzar un aprendizaje que ha sido estimulado por otro medio. puede ser utilizado como estímulo para la ejercitación y discusión por parte del estudiante. Un audiovisual puede mostrar dominios que apelen al uso de determinadas destrezas y habilidades cognitivas.Configurar el tipo de relación entre profesores y alumnos: la utilización de un medio en particular y las estrategias didácticas que se inserten en una clase. El 24 . determinarán la relación que se establezca entre profesores y alumnos. como también. Puede promover destrezas y habilidades cognitivas o actitudinales. Formar: ayudan a la adquisición de información. Las relaciones que se establezcan determinarán también la motivación de los estudiantes y la adquisición de más o menos aprendizajes significativos. Promover problemáticas o conflictos: un audiovisual puede presentar un estudio de caso en donde se desarrolle un problema o conflicto no resuelto. y a la formación de habilidades y actitudes. el clima de aprendizaje que se produzca. Colombia. los discos duros. Se puede usar como medio evaluador. en la mayoría de los casos por donaciones de la empresa privada. El gran IBM 650 fue traído por Bavaria.html 25 . Evaluar: si se utiliza un audiovisual para estimular la comprobación del aprendizaje del alumno. el nivel y calidad de interpretar situaciones.4 La informática en Colombia Montes24 ostenta. Com / 01_INDEX/index_historia/07_ otros_ hechos_ historicos/0320_llegaron_computadores. Álvaro.alumno puede participar en la creación de las posibles soluciones o salidas al conflicto. De hecho. por lo cual la información se almacenaba en tarjetas perforadas y la memoria era un tambor en forma cilíndrica recubierto de una superficie magnética que permitía procesar la información representada en las tarjetas. ni los disquetes y mucho menos. ya sea la retención de información. las universidades fueron las primeras que empezaron a recibir poco a poco los beneficios de la computación. el 3 de marzo de 1957. tampoco las pantallas electrónicas. la empresa pionera en la sistematización del país. los ratones. con el que Colombia entró en lo que se conoce como la segunda generación de la industria informática. ya que requiere del desarrollo de múltiples habilidades y aprendizajes adquiridos. Disponible en Internet: http: // www. el primer computador con transistores que llegó al país.COM [citado en junio de 2006]. En 1961 Fabricato adquirió un IBM 1401. 4. para esa época no se había inventado entonces el transistor. En cuanto a la educación. las memorias portátiles. fueron donados a las universidades Nacional y de los 24 MONTES. colombialink. una verdadera ciencia oculta en Colombia y en la mayor parte del mundo. la informática era una disciplina desconocida. que cuando el primer computador llegó al país. © 2006 COLOMBIALINK. Llegaron los Computadores [en línea]. Se recomienda para la finalización de una unidad y la evaluación final de una unidad. El conflicto cognitivo y su solución es una excelente estrategia pedagógica. la aplicación de reglas y principios. los dos primeros IBM 650 existentes en Colombia. a inicios de la década de los 80. había una pequeña pero dinámica comunidad de desarrolladores de software. a la que el país se conectó oficialmente desde 1995 gracias a gestiones del ingeniero Hugo Sin y su equipo de trabajo de la Universidad de los Andes. "está demostrado que para desarrollar la industria del software no se requiere ser un país desarrollado. También en esta década. ingeniero de sistemas de la Universidad de los Andes. cuando un grupo de profesionales demostrando una gran visión tecnológica. en donde se crearon los primeros grupos de trabajo en sistemas informáticos de la academia colombiana. en palabras de Manuel Dávila. Manuel Dávila. lo que se necesitan son políticas y decisiones". por iniciativa de Germán Arciniegas. junto con el matemático Iván Obregón fundaron ese año Microtek. Pero las tendencias internacionales y las políticas macroeconómicas sometieron al país en el papel de consumidor de paquetes tecnológicos importados. cuando llegaron más computadores al país. especialmente la Internet. creador del primer paquete de software administrativo hecho en Colombia. el momento clave posiblemente se halla más adelante. en la actualidad colombiana. A pesar de los grandes provechos informáticos. la primera compañía formal de importación de microcomputadores establecida en el país. Los años 90 trajeron nuevas tecnologías. a pesar de que. ejecuta la propuesta a escala internacional de comercializar microcomputadores. las tasas de adquisición de computadores son muy bajas si se compara con las de países desarrollados.Andes. que también inició operaciones oficiales ese mismo año. 26 . Aunque la adquisición del IBM 1401 y la incursión de la informática en los campos académicos marcaron pautas importantes en la historia computacional del país. que aspiraba desempeñar un papel en esa industria naciente. que obtuvo la representación comercial de la marca RadioShack y aventajó en unos meses a Apple. el estudio de la estimulación muscular mediante descargas eléctricas sobre ranas disecadas. la médula espinal de cada una de ellas fue atravesada por un gancho de bronce y fueron colgadas de una barandilla de hierro en la balaustrada de su casa para secarlas. Galvani observó que las ancas de aquellas ranas se movían con torsiones y espasmos una y otra vez. un extremo del arco tocaba la médula y el otro. Historia de la electricidad. Madrid: Continente. Otro ayudante que manipulaba el generador afirmó que el espasmo había coincidido con el salto de una chispa en el aparato. Posteriormente Galvani construyó con dos metales soldados arcos metálicos que simplificaban sus experiencias. En cierta ocasión mientras Galvani experimentaba. de ahí que inicialmente concluyera que este fluido. sin más medios que un generador electrostático y una botella de Leyden. el músculo del anca de la rana.5 La electroquímica 4. del generador electrostático y de las barandillas de hierro. Electroquímica y pilas de combustible: de ataño a hogaño.1 Su historia Posiblemente Galvani fue el antecesor más notorio en la evolución histórica de la electroquímica. Después de un tiempo Galvani sacrificó y disecó una docena de ranas. 26 27 . cuenta que Galvani descubrió que los nervios de las ranas constituían un electroscopio medidor de carga. pues un ligero viento era suficiente para que los ganchos tocasen la barra de hierro. lo que hizo que Galvani interpretara el fenómeno como una consecuencia al estímulo externo provocado por la chispa. Antonio. 25 TATHALL. Galvani comenzó en la década de 1780. uno de sus ayudantes.5. que a través del bisturí incidía en el nervio de la rana y se descargaba sobre el músculo. en cuyo instante se producía el espasmo. Universidad de Alicante 1991.4. Un día sin nubes. 39–47 ALDAZ. Los espasmos se verificaban cada vez que los nervios y los músculos de las ancas se conectaban a los extremos del arco. tenía su origen en la electricidad atmosférica que se acumulaba lentamente en el interior del animal y se descargaba súbitamente como si se tratara de una botella de Leyden cuando el gancho de bronce y la balaustrada de hierro cerraban el circuito a través de las ranas. Tathall25. Edgar. tocó por azar el nervio crural de una de las ranas con la punta de un bisturí y se sorprendieron al ver que las ancas se contraían bruscamente. De acuerdo a Aldaz26. de una sensibilidad cien veces mayor que la de los aparatos más pequeños de construcción artesanal presentes en dicha época. prescindiendo por tanto. p. 1965. muchos experimentadores trabajaron en sus laboratorios para crear una pila mejor. ya que si las patas de rana se agitaban. en 1796. En 1836. donde explicaba que los animales contenían una electricidad propia generada en el cerebro que pasaba a través de los nervios hacia el centro de los músculos. Por otra parte. logró fabricar una pila diferente con una mayor utilidad. un hombre inglés. No. aún más el interés por el estudio de la electricidad. John F. aunque no veía las cosas muy claras. en el cual se sumergió una varilla de cinc y se rodeó con un cilindro de cobre lleno de una solución saturada de sulfato de cobre. 754 28 . se debía a una carga eléctrica exterior provocada por el contacto de dos metales diferentes y no por la electricidad animal como lo afirmaba Galvani. Ahlem et al. De esta forma nació. Después de Volta. Daniell. En: Journal of Chemical Education. ya que se descargaban con mucha rapidez por lo cual. El descubrimiento hecho en el laboratorio de Galvani despertó. p. el ácido sulfúrico se reemplazó por el sulfato de zinc o 27 VINAL. comenzó por admitir la teoría. 5 (May 2004). De acuerdo con Vinal27 la primera célula de Daniell fue hecha de un cuerno de buey hueco que se llenó con ácido sulfúrico diluido. profesor de Pavia. cargándolos positivamente en relación a la zona externa que era negativa. Varios de los experimentos que se llevaron acabo con ese fin se hicieron usando peligrosos ácidos como electrólitos. De esta forma publicó en 1791 su obra De viribus electricitatis in motu musculari commentarius. 81. Volta con el fin de obtener una mejor conexión eléctrica acopló discos metálicos con almohadillas de cartón o de telas humedecidas y para reforzar estas cargas insignificantes. Citado por: BOULABIAR. A historical analysis of the Daniell cell and electrochemistry teaching in French and Tunisian textbooks. Convencido de que el simple contacto bastaba para producir la carga. Este personaje. W. G. entre los investigadores. En: Dunod. construyó una batería apilando pares unos sobre otros. Les piles électriques. fue uno de los primeros científicos que trató de confirmar la teoría de Galvani. El primer invento de esta célula (la célula de Daniell) fue exitosa puesto que había mejorado el rendimiento electroquímico evitando varios problemas técnicos que presentaba la célula de Volta. Alessandro Volta. (1953). su utilidad práctica era bastante discutible. las pilas sólo tenían alguna utilidad en experimentaciones de laboratorio de física. Vol. En 1869.además de otros artilugios. En efecto. la pila de Volta. El extraño y nuevo metal era el potasio. A las cargas en movimiento a través de la solución las llamó iones. para sustancias diferentes. Davy se ocupó de la descomposición de los cuerpos compuestos. se creía que estaba formada por un solo compuesto. de pequeños glóbulos de un metal plateado. Berzelius. es proporcional a su correspondiente peso químico equivalente. p. Davy fundió potasa en una cuchara de platino. mediante el paso de una corriente eléctrica y finalmente inventó un sistema para medir con exactitud la cantidad eléctrica. Op cit. El examen cuidadoso del fenómeno de descomposición electrolítica llevó a Faraday a enunciar las leyes cuantitativas de la electroquímica. pues demostró que no eran polos de fuerza. la potasa eran una sustancia ordinaria considerada como cuerpo simple. al que nunca hasta entonces se había visto en forma de elemento28. 41 Carmona y Goldstein. algunos de los cuales ardieron inmediatamente. También hay que señalar que Faraday propuso dar el nombre de electrólisis a la ruptura de moléculas por una corriente eléctrica. Por otro lado el descubrimiento inicial de la pila ayudó a Sir Humphrey Davy a realizar diversos experimentos. Op cit. cationes29. en la masa fundida. en seguida aplicó la corriente de su batería y se vio recompensado con la aparición. La primera ley de la electroquímica establece que la masa liberada en un electrodo es proporcional a la cantidad de electricidad que se hace pasar a través de la solución. 29 29 . que quiere decir viajero en griego. y la segunda ley nos dice que. es decir. ciertas reacciones se 28 TATHALL. electrodos a las varillas de metal introducidas en la solución. llamando de esta forma a los iones que viajan en dirección al ánodo aniones y a los que se dirigen al cátodo. Al electrodo positivo le llamó ánodo y al negativo cátodo. y evitó llamarles polos opuestos. según la proporción de hidrógeno y oxígeno liberados en la descomposición del agua. un sabio sueco introduce el concepto de catálisis.el cloruro de sodio. la pila resultante era más segura para su uso. Tras los líquidos Davy estudió los sólidos. Cerca de 1835 se abre una nueva etapa en la Química. en aquella época. Como estos últimos materiales no eran peligrosos como los ácidos. el peso depositado para una cantidad de electricidad igual. Llamó electrolito a la solución a través de la cual fluía la corriente. Según este concepto. 2005 [citada en marzo de 2006].2. 40 CLAVILIER. un inventor francés de nombre Gaston Plante. 30 . en 1842 llego a la conclusión de que el funcionamiento de la nueva pila. 34–64. Profundizando en su análisis. Jean Maurice. México: 1984. Sin embargo fue Georges Leclanché quien desarrolló la primera pila seca segura de transportar puesto que estaba recubierta con láminas de acero y fue él. 4. la electroquímica además estudia la estructura. sería tanto mejor cuanto mayor fuera la superficie de contacto entre el catalizador. tanto cuando a través de ellos fluye una corriente eléctrica.2 Definición La electroquímica es la parte de la fisicoquímica que muestra “la asociación de dos realizaciones del genio creativo del hombre mediante las cuales ha modificado las condiciones de su existencia. p. De acuerdo a esto. pues el platino de los electrodos actuaba como catalizador. Electroquímica Iónica: Estudio de los Electrolios en equilibrio. desarrolló la primera pila considerada de utilidad ya que se podía recargar varias veces. Ernesto.5. Grove justifica esta obtención de corriente utilizando los principios de la catálisis recientemente descubierta por Berzelius. [España]: página mantenida por el Gabinete de Protocolo. la electricidad de una parte y la química de otra”31. como cuando se encuentran en equilibrio. Discurso pronunciado con motivo de su investidura como doctor honoris causa por la universidad de alicante [en línea].cpd. los gases y la disolución30. Posteriormente en 1839 Grove obtuvo corriente eléctrica empleando electrodos de platino. p. Carlos y PELAEZ ABELLÁN. Según Nuñez y Pelaez32. v. quien abrió el camino para que hoy se pueda tener a disposición todos aquellos objetos que funcionan con energía almacenada debido a que fue el primero en pensar en hacer electricidad portátil. En el año de 1859.es/es/congresos/protocolo 32 NÚÑEZ VALDÉS.ua.pueden producir más rápidamente en presencia de una sustancia extraña a la reacción. Disponible en http://cervantes. propiedades y fenómenos que ocurren en los electrodos y en los conductores electrolíticos. a la que dio el nombre de pila voltaica a gas. Op cit. dicha rama de la fisicoquímica está compuesta por dos grandes partes: 30 31 TATHALL. jul. Douglas y WEST. la energía eléctrica se convierte en energía química. además. Los procesos galvánicos: se caracterizan contrario a los electrolíticos. en el 33 SKOOG. en función de otros procesos como el potencial eléctrico. 1994. también en estado de equilibrio (termodinámica electroquímica) y bajo el paso de una corriente eléctrica (cinética electroquímica). 35 SKOOG. el equilibrio químico. Donald. 260-264 31 . Química analítica. sumergidos en la misma solución electrolítica o en dos soluciones electrolíticas diferentes en recíproco contacto a través de un puente salino o una membrana. coinciden en que independientemente del tipo de célula electroquímica que se tenga. es decir la energía química se convierte en energía eléctrica y la energía libre de Gibbs para este tipo de células determinará que las reacciones participantes serán espontáneas. España: Mc Graw Hill. Skoog y Leary33 diferencia dos procesos enmarcados en las células electroquímicas. Con base en los sistemas anteriores. del fenómeno de óxido–reducción y el transporte de carga. por la producción de energía eléctrica. galvánica o electrolítica. México: Mac Graw Hilll. 6 ed. 4 ed. p. Cada uno de estos procesos está acompañado principalmente. p. por lo cual. es decir.Los sistemas iónicos o teoría de los electrólitos: la cual estudia las propiedades y estructura de los electrolitos. debe existir un detector o un elemento que muestre una señal gracias a la energía generada. en estado de equilibrio y bajo el paso de una corriente eléctrica. las reacciones serán de tipo no espontáneo de acuerdo a la energía libre de Gibbs. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia. James. 1995. p. 363–368. el pH y la energía libre de Gibbs entre Clavijo34. Skoog y West35. 34 CLAVIJO DÍAZ. 2002. otros. necesaria para llevar a cabo las reacciones. Análisis Intrumental. 522–528 Alfonso. Los sistemas electródicos: la cual estudia las propiedades y estructura de los electrodos. Douglas y LEARY. Fundamentos de química analítica. Los procesos electrolíticos: se caracterizan por consumir energía de una fuente eléctrica externa. esta debe consistir de dos conductores llamados electrodos (cátodo y ánodo). p. • Electrodo de hidrógeno: el electrodo de hidrógeno puede ser utilizado como electrodo de referencia para la obtención de los potenciales relativos de media celda y como electrodo indicador de la concentración de hidrogeniones. El cátodo de una célula electroquímica.1 Electrodos de referencia En muchas aplicaciones electroanalíticas es deseable que el potencial de media celda de uno de los electrodos sea conocido.5. 535 37 32 . p.3 Clases de electrodos Esencialmente existen dos clases de electrodos: Los electrodos de referencia. Cuando este electrodo trabaja a presión de una atmósfera y a una concentración 1 M de [H+].00 voltios a cualquier temperatura.3. constante y completamente insensible a la composición de la solución en estudio. está definido como el electrodo donde se lleva a cabo la semi–reacción de reducción y el ánodo. dentro de esta clasificación se puede encontrar los electrodos de hidrógeno. 4. se denomina electrodo de referencia. los calomelanos y los electrodos de metal-ion del metal. Op cit. que son los electrodos indicadores cuya respuesta se hace intencionalmente dependiente de la concentración del analito. Un electrodo con estas características. o gracias a una fuente de energía externa requerida en las celdas electrolíticas. 553 Ibit.caso de las celdas galvánicas. proporcionar potenciales reproducibles y tener un potencial sin cambio con el paso de pequeñas corrientes36. se le asigna un valor arbitrario de 0. el cual debe ser fácil de montar.5. es el electrodo donde se lleva a cabo la semi–reacción de oxidación.38. 36 SKOOG y LEARY. 4. El presente electrodo está ensamblado con una lámina de platino dentro de un tubo de vidrio al cual se le suministra un flujo de hidrógeno37. que se utilizan para determinar el potencial de media celda de uno de los electrodos cuando este es desconocido y junto con esta clase de electrodos se emplea una segunda. donde la oxidación es la pérdida de electrones y la reducción es la ganancia de los mismos. Electroquímica Moderna. Op cit. M.3. O. 4. España: Reverté S. N. A. donde la plata y el cobre metálico están en equilibrio con una disolución que contiene iones Ag+ y Cu++ respectivamente. el tubo interior. p. y REDDY.. 38 BOCKRIS. p. 1. (figura 1) Figura 1. 1978. vol. tomada de SKOOG y LEARY. Electrodo de referencia de calomel39 • Electrodo metal-ion del metal: en este tipo de electrodos se puede encontrar los de Ag/AgCl y Cu/CuSO4. que tiene Hg. 4–33 Figura.• Electrodo de Calomel: un electrodo de calomelano está provisto de dos tubos. denominados metálicos y de membrana selectiva para iones.5. K. 556 39 33 . 18-11.2 Electrodos indicadores Los electrodos indicadores son fundamentalmente de dos tipos. Hg2Cl2 en mutuo contacto con una solución saturada de KCl que se halla en el tubo exterior. el potencial que desarrolla depende únicamente del potencial del sistema de óxido–reducción de la solución en la que está sumergido. Op cit. por ejemplo de. 562-565 LEVINE. 2. de naturaleza tal que la diferencia de potencial entre la membrana y una disolución electrolítica. Los iones positivos de los metales alcalinos pueden moverse a través del vidrio. Ira. viene determinada por la diferencia de actividades de un ión en particular a los dos lados de la membrana”41. Ca++. 555 SKOOG y LEARY. p. el método más adecuado para la medida del pH consiste en medir el potencial que se desarrolla a través de una delgada membrana de vidrio que separa dos soluciones con diferentes concentraciones de ión hidrógeno42. p. dándole una conductividad eléctrica muy débil43. 555 41 42 43 34 . • Electrodos de vidrio: desde hace muchos años. con la que está en contacto. Electrodos indicadores de membrana selectiva de iones. Op cit. 2004. Vol. Fisicoquímica. plata. 5 ed. “Un electrodo de membrana selectiva de iones contiene una membrana de vidrio. cristalina. El vidrio contiene un red tridimensional de átomos de Si y O enlazados covalentemente con una carga negativa neta. cobre y cadmio. en los espacios vacíos de la red de Si–O. ejemplo de esta clase de electrodos son los de platino y oro40. 40 Ibit. p. Li+. plomo.Electrodos indicadores metálicos • Electrodos de primer orden: se utilizan para la cuantificación del catión proveniente del metal con que está construido el electrodo. p. España: Mc Graw Hill. • Los electrodos de segundo orden: responden de forma indirecta a los aniones que forman precipitados escasamente solubles o complejos con su catión • Electrodos para sistemas rédox: este tipo de electrodos es por sí mismo inerte. polimérica o líquida. como los de mercurio. Na+. a esto se suman iones positivos. 563 LEVINE. el agua y los electrolitos no pueden pasar a través de los poros de la película por sus propiedades hidrofóbicas. En un extremo del tubo se coloca una membrana reemplazable. Op cit. Para explorar esta posibilidad. • Electrodos detectores de gases: consisten en un electrodo de referencia. los poros contienen solamente aire u otros gases a los cuales la membrana está expuesta44. una membrana que tenga sitios catiónicos semejantes. podría responder en forma selectiva a los aniones. La membrana puede estar constituida por una película microporosa de un plástico hidrofóbico. p.• Electrodo de membrana líquida: estos deben su respuesta al potencial que se produce a través de la interfase. delgada y permeable a los gases. • Electrodos de estado sólido o precipitados: la selectividad de una membrana de vidrio se debe a la presencia de sitios aniónicos en su superficie que presentan especial afinidad hacia ciertos iones con carga positiva. 44 SKOOG y LEARY. que sirve para separar la solución del electrolito interno de la solución problema. Por analogía. un electrodo específico para un ión y una solución electrolítica ubicada en un tubo de plástico cilíndrico. se han realizado esfuerzos para fabricar membranas de sales que contengan el ión de interés y un catión que precipite en forma específica dicho anión de las soluciones acuosas. De esta forma. entre la solución que se analiza y un líquido no miscible que se une en forma selectiva con el ión que se va a cuantificar. 562-567 35 . mientras que en el segundo grupo se propone que se supriman estas herramientas de la propuesta didáctica y de esta forma inferir si hay un mejoramiento significativo en la aprehensión con el empleo de las herramientas de la propuesta didáctica. enmarcadas en una propuesta didáctica. La hipótesis en el presente trabajo se plantea de forma teórica puesto que no hay una aplicación total de la propuesta didáctica y para comprobarla en un futuro.5. con el fin de implementar en uno de ellos el uso del documento audiovisual previamente diseñado y las prácticas de laboratorio donde se emplearán los electrodos construidos por los mismos alumnos. así.1 Hipótesis La construcción de electrodos sencillos. 5. frente a la supresión de las mismas. como la representación audiovisual dinámica de los fenómenos moleculares. mejora la enseñanza y aprehensión de los conceptos electroquímicos en las aulas de clase en la educación básica y media.2 Variables Dependientes • • • Independientes • • Diseño del documento audiovisual Construcción de electrodos Estrategia de enseñanza Capacidad del estudiante de aprehensión Articulación de algunos conceptos básicos de la química. se sugiere la selección de dos grupos de grado undécimo con características similares. comparando lo resultados obtenidos de los dos grupos. empleando experimentos de electroquímica 36 . no tóxicos y económicos. como complemento de las prácticas de laboratorio y de las clases magistrales de electroquímica. DISEÑO METODOLÓGICO 5. Ocean Optics Equipo de titulación Pertenecientes al área didáctica • • • • Encuesta para alumnos (anexo 1) Test de ideas previas (anexo 2) Documento Audiovisual “El Electrón” Test de evaluación sobre el documental “El Electrón” (anexo 3) 37 .5.3 Instrumentos Pertenecientes al área química Reactivos • • • • • • • Grafito Plata Cobre Pirita Sulfato de cobre (CuSO4) Nitrato de potasio (KNO3) • • • • • Yoduro de potasio (KI) Cloruro de potasio (KCl) Cloruro de sodio comercial (NaCl) Fenol Gelatina sin sabor Agar Materiales • • Tubos de Vidrio de Diferente diámetro Tubos de Plástico (Jeringas 3mL) • • • Tapones de caucho Tapas Gl14 Schott Duran Resistencia de 1500Ω Equipos • • • Multímetro ProteK 506 Agitador Magnético Batería de 9 Voltios • • Espectrofotómetro UV-Vis. Preparación del alambre de cobre: un alambre de cobre aproximadamente de una longitud de 9. Ensamblaje del electrodo: en un tubo de vidrio de 8mm de diámetro interno. Manuelita Sáenz.5. 5.5cm de longitud incluyendo el fragmento capilar. 12mm de diámetro externo en la parte superior y aproximadamente 9. 2) la construcción del documento audiovisual y 3) la valoración diagnóstica aplicada a estudiantes de grado undécimo de la I. son los que permiten construir el planteamiento de la propuesta didáctica para la enseñanza y mejoramiento de los conceptos electroquímicos en la educación básica y media. muestran una alternativa económica y no tóxica para la construcción de electrodos de referencia (Ag/AgCl y Cu/CuSO4) y electrodos indicadores (grafito y pirita) en aulas de educación básica secundaria. se depositó un poco de mezcla de Agar/KNO3.4 Procedimiento El procedimiento está basado en: 1) la construcción.5cm y un diámetro de 3mm se limpió durante un minuto con ácido nítrico concentrado (HNO3) y se dejó secar al aire libre. Construcción de electrodos de Referencia de Cu/CuSO4: para la construcción de los electrodos de referencia de cobre sulfato de cobre (Cu/CuSO4) se tuvieron en cuenta los siguientes pasos.D. Preparación de la mezcla de agar: se preparó una mezcla de agar al 5% (p/p) con una solución saturada de nitrato de potasio (KNO3). el resto del tubo se llenó con una solución saturada de sulfato de cobre (CuSO4) y se agregó cristales de CuSO4. Esta mezcla se calentó hasta que se obtuvo una contextura espesa y transparente la cual se mantuvo en caliente hasta que llegó la hora del ensamblaje del electrodo. Después de solidificada la mezcla. asegurándose que la parte capilar del tubo quedara completamente llena y evitando la formación de burbujas de aire. Finalmente. puliéndolo posteriormente con papel abrasivo fino.1 Construcción de electrodos Los protocolos empleados en el presente trabajo.4. Los resultados obtenidos del procedimiento. parte del alambre de cobre se introdujo al tubo de vidrio y se inmovilizó con el tapón de caucho previamente 38 . estudio de la estabilidad y aplicabilidad de los electrodos.E. en donde se remplaza el tubo de vidrio por el tubo de plástico. b. Ensamblaje de plástico y agar/ KNO3. c. Ensamblaje de plástico y gelatina/ KNO3.). en el cual se reemplaza el tubo de vidrio por un tubo de plástico obtenido de las jeringas comerciales de 3ml. Ensamblaje de vidrio y agar/ KNO3.). de igual forma se ha diseñado el electrodo del esquema c. Esquemas de electrodos de referencia de Cu/CuSO4 a. (figura 2. Figura 2.taladrado y la tapa Gl 14 Schott Duran. de la figura 2.) Como alternativa para llevar a cabo ensamblajes de electrodos de referencia de Cu/CuSO4 en las aulas de clase de educación básica y media. Ensamblaje de plástico y gelatina/NaCl 39 . Finalmente se diseñó el electrodo del esquema d. d.). se ha diseñado el electrodo del esquema b. (figura 2. quedando de esta forma una parte de alambre sobresaliente la cual permite el contacto eléctrico (esquema a. (figura 2. en el que se reemplaza además del tubo de vidrio. el agar por gelatina sin sabor preparada al 50% (p/p) con KNO3 saturado. el agar por gelatina sin sabor y el KNO3 por NaCl comercial. El protocolo de ensamblaje es el mismo tanto para los electrodos de tubo de vidrio como para los de tubo plástico. Op cit. Ensamblaje del electrodo: como se muestra en el esquema a. p. se preparó de igual forma que la mezcla de agar para el ensamblaje de los electrodos de cobre sulfato de cobre. Los dos alambres (Ag y Cu) y el electrodo de referencia fueron sumergidos en 50ml de KCl 0. Esquema del circuito empleado para la electrodeposición de AgCl Preparación de la mezcla de agar: la mezcla de agar para el ensamblaje del electrodo de plata cloruro de plata.Construcción de electrodos de referencia de Ag/AgCl: para la construcción de los electrodos de referencia de plata cloruro de plata (Ag/AgCl) se siguieron los pasos que se muestran a continuación. 97-98 40 . El potencial sobre el alambre de plata se midió respecto de un electrodo de referencia de Ag/AgCl con un voltímetro (figura 3).1M a una profundidad desde la punta del alambre. Posteriormente el Alambre de Ag recubierto de AgCl. dejando correr la reacción durante 20 minutos. a la terminal positiva de una batería de 9voltios. Preparación del Alambre de Plata: se conectó un alambre de plata de 5cm de longitud y 1mm de diámetro. un amperímetro y 10cm de alambre de cobre de calibre 12. de la figura 4. para el ensamblaje del electrodo de plata cloruro de plata (Ag/AgCl) se siguió el mismo protocolo usado en la construcción de los electrodos de cobre sulfato de 45 THOMAS. Figura 3. de 3cm. se lavó suavemente con agua destilada y se dejó secar durante 24 horas en la oscuridad. La terminal negativa de la batería fue conectada en serie a una resistencia de 1500Ω45. Ensamblaje en vidrio y agar/ KNO3.5cm de diámetro con 10 cm de longitud. Ensamblaje en plástico y agar/ KNO3 Construcción de electrodos indicadores de grafito: para el ensamblaje de los electrodos de grafito tan solo se requiere diámetro y cualquier longitud. cambiando la solución saturada de sulfato de cobre (CuSO4) por una solución de cloruro de Potasio (KCl 3. longitudes menores barras de grafito de cualquier de igual forma se necesita tubos de vidrio con diámetros internos similares o iguales al diámetro de las barras de grafito y de a dichas barras (figura 5).cobre (Cu/CuSO4) con ensamblaje en vidrio. Figura 4. las cuales fueron soldadas a los tubos de vidrio con resina epóxica comercial. los cristales de Cu/CuSO4 por cristales de nitrato de plata (AgNO3) como fuente de iones Ag+ y el alambre de cobre por el alambre de Ag/AgCl. Los electrodos de referencia de Ag/AgCl. evitando de esta forma que quedaran filtraciones o espacios entre el tubo de vidrio y el grafito. 41 . de igual forma pueden ser ensamblados en plástico (esquema b. b. Esquema de los electrodos de referencia de Ag/AgCl a. Sin embargo para este caso en particular se emplearon barras de grafito de 0. figura 4).5M).. Activación de electrodos de grafito: se preparó una solución de permanganato de potasio (KMnO4) 1M y fue acidificada con unas gotas de ácido sulfúrico (H2SO4) concentrado46. No. 74. 46 RIYAZUDDIN. hasta que se obtuvo un cilindro aproximadamente de 0. 1198–1199.5cm de diámetro y 1cm de altura (figura 6). el cual fue llenado con una solución de KCl 3. Esquema de un electrodo de grafito Construcción de electrodos indicadores de pirita: para construir el electrodo de pirita se pulió una pequeña porción de mineral con ayuda de una herramienta rotatoria para pulido. Vol. 10 (October 1997). fue sumergida durante 20 minutos en esta solución. P. Figura 5.5M. D. p. la superficie del grafito que se predestinó para hacer contacto con los diferentes analitos. Finalmente se introdujo un alambre de cobre que se acopló al tubo mediante un tapón de caucho. Potentiometric acid–base titrations with activated graphite electrodes.3cm de longitud del cilindro de pirita se fijaron con resina epóxica a un tubo de vidrio de 8cm de altura y un diámetro similar al de la pirita. Posteriormente. Posteriormente 0. En: Journal of Chemical Education. 42 . and DEVICA. Como electrodos de trabajo se usaron los electrodos restantes construidos en el laboratorio (Cu/CuSO4 ensamblaje en vidrio.1 M usando como electrodo de referencia un electrodo de Ag/AgCl construido previamente en el laboratorio y aplicando un potencial de 0. se midió la variación del potencial de cada electrodo en el tiempo.1M de la celda estuvo en constante agitación y fue cambiada cada cuatro ensayos. resistencia y estabilidad de los electrodos Para determinar la estabilidad de los electrodos construidos.5 voltios entre ellos. Cu/CuSO4 ensamblaje en plástico-gelatina/NaCl. 8. También se hizo un seguimiento de la señal a la misma celda durante el mismo tiempo. 6.2 Potencial. 10 y 12) Posteriormente se midieron las resistencias (figura 7) de los electrodos de referencia en una solución de KCl 0. haciendo un seguimiento de la señal durante 1 hora a una celda de KCl 0. En el caso del electrodo indicador de pirita se realizó un seguimiento de la señal durante 1 hora a una celda con diferentes soluciones de pH (2.1M*. grafito activado y sin activar). empleando electrodos de la misma especie en el cátodo y el ánodo. Cu/CuSO4 ensamblaje en plástico-agar/KNO3.4. esperando que el potencial medido fuera igual a cero (0). cada uno de una hora. Esquema de un electrodo de pirita 5. * La solución KCl 0. 4. Cada lectura se tomó después de 3 segundos de aplicado el potencial. 43 .47empleando como referencia los electrodos de Ag/AgCl construidos en el laboratorio (ensamblaje en vidrio y en plástico) y un electrodo de Ag/AgCl comercial. Cu/CuSO4 ensamblaje en plástico-gelatina/KNO3.Figura 6. donde se valora la utilidad de la energía que se produce o que se emplea dentro de los procesos electroquímicos. Esquema del circuito empleado para medir resistencias 5. 44 .1M y 0. potencial eléctrico y fenómenos de óxdio-reducción. se realizaron titulaciones potenciométricas ácido base y titulaciones de óxido-reducción con un sistema de captura de datos como se muestra en la figura 8. conceptos como la concentración de las soluciones. Titulaciones potenciométricas Para determinar la aplicabilidad en el aula de clase de los potenciales de electrodos indicadores en compañía de los electrodos de referencia (ambos de fácil construcción).Figura 7. la respuesta en laboratorio. realizando los electrodos indicadores potenciométricas titulaciones construyendo una pila galvánica y una celda electrolítica. transporte de electrones.00165M. energía libre de Gibbs. y Con construidos cualitativa y cuantitativamente.003M con permanganato de potasio (KMnO4) 0.2M y para el segundo caso se titularon alícuotas de 10ml de V4+ 0.1M con ácido clohídrico (HCl) 0. Para el primer caso se titularon alícuotas de 10ml de hidróxido de sodio (NaOH) 0.4.3 Aplicabilidad de los potenciales de los electrodos los siguientes el procedimientos se evalúa de de forma experimental. articulando adicionalmente. 1cm y alturas de 4.7M y 20mL de hipoclorito de sodio comercial 0.7M en las respectivas semi-células. Esquema de una pila galvánica con 5 celdas en serie 45 .Figura 8. cada celda contenía 20mL de yoduro de potasio (KI) 0. Esquema de captura de datos para titulaciones potenciométricas Procesos galvánicos y electrolíticos Para ilustrar la aplicabilidad y la importancia de los procesos electroquímicos. Figura 9. Proceso galvánico: se construyó una pila con cinco celdas en serie conectadas entre sí por medio de electrodos de grafito (figura 9). las cuales estuvieron en mutuo contacto por medio de puentes salinos (tubos de vidrio en U con diámetros de 1.1cm) a base de agar al 10%(p/p) con KNO3 saturado. Para ver la aplicabilidad de los procesos galvánicos se conectó un bombillo “led” (Light Emitting Diode) y se midió el potencial con un multímetro. se han planteado los siguientes procedimientos que pretenden ser de fácil montaje y contextualizados dentro de un marco ambiental en la propuesta didáctica. secundaria y media técnica en las áreas de tecnología y química ambiental48. 48 Institución Educativa Distrital Manuelita Sáenz. D. hace parte de los 13 entes educativos oficiales de la localidad de San Cristóbal en Bogotá. La Institución Educativa Distrital Manuelita Sáenz ubicada entre la carrera 3 Este y la calle 18 Sur. Manual de convivencia. E. Manuelita Sáenz. Figura 10. KCl 0. 2006. de la jornada tarde de la I.01M como electrolito soporte y una fuente de energía la cual proporcionó 4 voltios. p. cuenta con 133 profesores en las dos jornadas (mañana y tarde) y ofrece los niveles de básica primaria. con una trayectoria educativa de 27 años.7 ppm. esta estuvo en continua agitación y se tomaron espectros UVVisibles cada 15 minutos durante 5 horas con un espectrofotómetro UV-Vis marca Ocean Optics.4. Bogotá. 3-34 46 . 50ml de una solución de fenol de 26. Esquema de una celda electrolítica 5.4 Valoración diagnóstica Para la valoración diagnóstica se aplicó una encuesta y un test de ideas previas.Proceso electrolítico: se construyó una celda electrolítica (figura 10) con dos electrodos de grafito (10cm de longitud y 0. Durante la degradación electroquímica de la muestra de fenol.5cm de diámetro). a estudiantes (mujeres y hombres) de grado undécimo entre 14 y 20 años. los documentos audiovisuales en el proceso de enseñanzaaprendizaje. Además de la encuesta. en el cual se han ilustrado tres aspectos importantes dentro de la electroquímica. movimiento iónico y transporte de electrones. se aplicó a dos grupos (grupo experimental con 27 estudiantes y grupo de comparación con 31 estudiantes) paralelos al grupo de estandarización. y 3) los experimentos de Luigi Galvani y Alessandro 47 . donde se abarca la representación de fenómenos de óxido– reducción. 5. 2) los protocolos empleados para la construcción de electrodos de referencia (Cu/CuSO4 y Ag/AgCl) Volta como fuente del desarrollo histórico de la electroquímica. y electrodos indicadores (grafito y pirita). la espontaneidad de las reacciones y el pH. así como la forma de enseñanza de los fenómenos moleculares que ejerce el profesor el las clases de química. 1) el comportamiento molecular de los procesos electroquímicos (células electrolíticas y células galvánicas).4. se realizó la estandarización del test de ideas previas a un grupo de 32 estudiantes de la misma institución y una vez estandarizado el test.5 Construcción del documento audiovisual El documento audiovisual se realizó bajo el formato de flash. potencial eléctrico.En esta institución. 119 estudiantes de los 5 cursos de grado undécimo (jornada tarde) participaron de la encuesta para determinar las tendencias acerca de la informática. resistencia y estabilidad de los electrodos de referencia Potencial: Petrucci49 concibe básicamente el potencial celular (E0Cel) ó la fuerza electromotriz (fem) como una diferencia de potencial relativa entre dos electrodos (electrodo de referencia y electrodo de trabajo).1 Potencial. la cual genera un flujo de electrones desde el electrodo con una mayor acumulación de densidad de carga electrónica. electrodos de Cu/CuSO4 como ánodo (electrodo de referencia) y electrodos de Cu/CuSO4 como cátodo (electrodo de trabajo). 227-228.1 Resultados químicos Los resultados pertenecientes al área de química.6. 1999. o electrodos de Ag/AgCl contra electrodos de Ag/AgCl. hacia el electrodo con una densidad de carga eléctrica menor.1. 7 ed. España: Prentice Hall. 48 . antes de la enseñanza de la construcción de los mismos en las aulas de clase de educación básica y media. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS 6. Ralph y HARWOOD. 6. E0Cel = E0Cátodo – E0Ánodo (1) La gráfica 1 muestra la variación de este potencial celular. William. Principios y aplicaciones modernas. Química General. fueron obtenidos para asegurar la estabilidad y funcionalidad de los electrodos en procesos electroquímicos y galvánicos. empleando en cada caso. 49 PETRUCCI. es decir. en una celda electroquímica que se calcula de acuerdo a la ecuación 1. dos electrodos de referencia de la misma especie construidos en el laboratorio. p. D. Introducción a la electroquímica.025 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tiempo (s) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • • • • • • Cu/CuSO4 (plástico–agar/KNO3) vs Cu/CuSO4 (vidrio–agar/KNO3) Cu/CuSO4 (plástico–gelatina/KNO3) vs Cu/CuSO4 (vidrio–agar/KNO3) Cu/CuSO4 (plástico–agar /KNO3) vs Cu/CuSO4 (plástico–gelatina/KNO3) Ag/AgCl (plástico–agar/KNO3) vs Ag/AgCl (vidrio–agar/KNO3) Ag/AgCl (vidrio–agar/KNO3) vs Ag/AgCl (comercial) Ag/AgCl (plástico–agar/KNO3) vs Ag/AgCl (comercial) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ Se esperaría que el potencial de cada sistema de electrodos fuera cero (0). 57-59 53 49 . Programa Regional de Desarrollo Científico y Tecnológico. 50 NÚÑEZ y PELAEZ. p. 1980. México: Limusa S.. y EWING.Gráfica 1.005 E (V) 0 -0.01 -0. W.A. B.02 Potencial de electrodos de referencia de la misma especie en función del tiempo 0. 1987.C: Secretaría General de la Organización de los Estados Americanos. Daniel.02 -0. Waschington D.52. debido a que en su interfaz se origina una redistribución de especies por medio de la difusión y es esta redistribución la que provoca una diferencia de voltaje llamada potencial de unión líquida. Electroquímica Analítica.53. Op cit.A. en la tendencia de los datos del sistema Cu/CuSO4 (plástico-agar/KNO3) vs Cu/CuSO4 (plástico-gelatina/KNO3) de la primera gráfica. sin embargo la desviación del potencial respecto del punto cero se debe entre otros al potencial de unión líquida (Eul) y al potencial óhmico (IR) (ecuación 2). Por ejemplo. p.. 6-9 VASSOS. ya que en principio las parejas de electrodos son iguales.01 0. 646–673.51. 0. 2 ed. 2001.015 -0. HARRIS. E0Cel = (E0Cátodo – E0Ánodo ) + Eul + IR (2) Potencial de unión líquida: este potencial se produce al poner en contacto dos soluciones distintas.005 -0. p.015 0. H. en español. p. G. Barcelona: Reverté S. Análisis Químico Cuantitativo. 373-375 51 52 POSADAS. que genera medidas inexactas50. los iones SO4= muestran una menor movilidad frente a los iones NO3¯. los iones K+ tienen mayor movilidad que los iones NO3¯. los iones Cu++ y SO4= de la solución saturada de CuSO4 se difundirán hacia el gel/KNO3 (gelatina o agar) y los iones de K+ y NO3¯ del gel se difundirán hacia la solución de CuSO4. de la movilidad de los iones (tabla1) y no de la concentración.1M de la celda (figura 11). Esquema de la movilidad de los iones que causa la formación del potencial de unión líquida en los electrodos de referencia de Cu/CuSO4 En la primera interfaz. esperando de esta forma que los iones NO3¯ carguen negativamente el lado CuSO4. sin embargo. Como las dos soluciones para esta interfaz están saturadas las cargas de los lados dependerán. Figura 11.para cada uno de los electrodos se generan dos interfases. al comparar las movilidades por unidad de carga. por lo cual el lado CuSO4 se carga positivamente y el lado KNO3 se carga negativamente. una entre el agar/KNO3 o gelatina/KNO3 y la solución de sulfato de cobre saturada del electrodo y otra entre el agar/KNO3 o gelatina/KNO3 y la solución de KCl 0. Los iones K+ tienen mayor movilidad que los iones Cu++. de ahí que se corrobore la carga positiva del lado CuSO4 y la carga negativa del lado KNO3. que la solución CuSO4 en iones Cu++. 50 . de esta forma la solución KNO3 se empobrece más rápidamente en iones K+. Además. por efecto de mayor concentración). Tabla 1. que están en mayor concentración en el gel se difunden más rápidamente hacia el lado del KCl.1 movilidades de los iones en agua a 25 ºC. que los iones Cl¯ en el lado gel/KNO3 (a pesar de la mayor movilidad del Cl-. los iones K+ del lado gel/KNO3 como están en mayor concentración que los iones K+ de lado KCl pasarán más rápidamente que los iones K+ del lado del KCl. Cu/CuSO4-plástico-agar (cátodo) vs Cu/CuSO4 plásticogelatina (ánodo) es igual.42 5. la cantidad de iones que se difunden difiere dependiendo del uso de agar o gelatina. HARRIS.56 5.19 20. puesto que la velocidad de los iones K+ es mayor que la velocidad de los iones NO3¯ y en consecuencia el lado KNO3 queda cargado negativamente además de los anterior. porque algunos iones Cl¯ pueden pasar a la región del KNO3. por lo cual. Un análisis más preciso de la anterior situación. Op cit. de acuerdo a esto se establece que el lado del KCl queda cargado positivamente. sin embargo.50 8. Movilidades de los iones en agua a 25ºC54 Ion Movilidad [m2/(s·V)] x 10–8 H+ K + + 36. requiere cálculos que van más allá del objetivo del presente escrito.62 6.30 7. p. los iones NO3¯.40 Ag Cu ++ + Na OH¯ SO4= Cl¯ NO3¯ La dinámica de difusión de los iones de los dos electrodos en el sistema que inicialmente se nombró. 374 51 .91 7.En la segunda interfaz (KNO3–KCl) las cargas de los lados dependerá tanto de la movilidad de los iones como de la concentración de los mismos. lo cual es evidenciado por los que se obtuvieron de diferencia entre los dos geles.27 7. de esta forma se esperaría que el lado del KCl quedara cargado negativamente y el lado del gel/KNO3 quedara cargado positivamente. Para determinar la carga de los lados de la interfaz se compara la movilidad entre los iones K+ y NO3¯ que pasan al lado del KCl. Este potencial Valores tomados de la tabla 15. no +5mV 52 obstante. 253 0. conocido como potencial óhmico o caída IR. 549-550 52 .82 18. Este potencial es igual al producto de la corriente (A) y la resistencia (Ω).26 17.14 23. Otro punto que ayuda a explicar este potencial positivo generado.98 12. Para ver el efecto de la caída IR de los electrodos sobre el potencial de la celda del sistema en mención.01 16. Esto busca aportar elementos que expliquen el mecanismo del funcionamiento del electrodo. el cual es la fuerza necesaria para vencer la resistencia de los iones al movimiento hacia el ánodo ó el cátodo respectivamente55. donde los resultados obtenidos muestran que el electrodo de Cu/CuSO4 (Gelatina/KNO3) presenta una mayor resistencia frente al electrodo de Cu/CuSO4 (Agar/KNO3).34 8. se pretende demostrar la estabilidad de los electrodos de referencia construidos en el laboratorio. se determinaron experimentalmente las resistencias de los diferentes electrodos (tabla 2). para entender y simplificar las situaciones experimentales.51 12. Tabla 2. de ahí que el primer electrodo en cuestión usado como ánodo implica un menor paso de especies positivas hacia el. lo cual fundamenta de manera adicional y cualitativa el potencial positivo observado.26 55 Skoog y Leary.98 19. un potencial adicional al de unión líquida.280 0. p. es la resistencia eléctrica de cada electrodo.293 19.45 17. Resistencia eléctrica: la resistencia de los electrodos.240 0. genera en el circuito. Op cit.197 0.248 0. generada por un mayor flujo de la misma carga hacia dicho electrodo. la cual depende particularmente del empleo de agar o gelatina.64 13. Además en este punto con el seguimiento de la señal de las celdas representadas por lo potenciales ilustrados en cada gráfica.resultante indica de igual forma que el cátodo es positivo respecto del ánodo debido a una acumulación de carga positiva sobre la superficie del cátodo.85 16. Electrodo Resistencias de los electrodos de referencia Potencial aplicado (V) Corriente medida (A x 10¯6) Resistencia calculada (KΩ) Cu/CuSO4 plástico-agar/KNO3 Cu/CuSO4 plástico-Gelatina/KNO3 Cu/CuSO4 plástico-Gelatina /NaCl Cu/CuSO4 vidrio-agar/KNO3 Ag/AgCl plástico-agar/KNO3 Ag/AgCl vidrio-agar/KNO3 0. 09 0. Valor esperado Ecel =0. Cu/CuSO4 plástico–agar/KNO3 vs Ag/AgCl comercial y Cu/CuSO4 plástico–gelatina/KNO3 vs Ag/AgCl comercial). Por otro lado. pero constantes.11 0.084.115 0. Electrodo de Cu/CuSO4 vidrio-Agar/KNO3 (electrodo de trabajo) vs electrodos de Ag/AgCl (electrodos de referencia) 0.1 0. teniendo en cuenta que van a existir diferencias sistemáticas. si se comparan los sistemas de las gráficas 2 a 5 en los cuales se ha empleado el electrodo de referencia de Ag/AgCl comercial (Cu/CuSO4 vidrio– agar/KNO3 vs Ag/AgCl comercial. Las tendencias de los datos de todos los sistemas de electrodos (gráficas 1 a 5) presentan una variación promedio del potencial de 2mV en una hora. los otros electrodos siguen siendo útiles para fines didácticos.075 0.065 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tiempo (s) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Ag/AgCl (plástico–agar/KNO3) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Ag/AgCl (vidrio–agar/KNO3) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Ag/AgCl (comercial) 56 Ibit. p.07 0. 553 53 .Estabilidad de los electrodos: un electrodo de referencia ideal se caracteriza principalmente por tener un potencial constante al paso de pequeñas corrientes eléctricas56. el sistema Cu/CuSO4 (vidrio–agar/KNO3) vs Ag/AgCl (comercial) de la gráfica 2 muestra una mejor correspondencia frente al valor esperado (valor experimental Ecel =0.113V). respecto de otros electrodos como los comerciales. serán los materiales recomendados para la construcción de los electrodos.08 0. demostrando así. por lo que el vidrio y el agar/KNO3.085 0. No obstante.105 0.095 E (V) 0. Gráfica 2. la gran estabilidad de los electrodos de referencia construidos en el laboratorio en comparación con un electrodo de Ag/AgCl comercial. 075 E (V) 0.1 0.065 0.Gráfica 3.085 0. Electrodo de Cu/CuSO4 plástico-Agar/KNO3 (electrodo de trabajo) vs electrodos de Ag/AgCl (electrodos de referencia) 0.085 0.075 0.09 0.035 0.045 0.115 0.11 0.025 0. 0.08 0.095 0.015 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tiempo (s) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Ag/AgCl (plástico–agar/KNO3) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Ag/AgCl (vidrio–agar/KNO3) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Ag/AgCl (comercial) Gráfica 4.105 0.095 0.07 0 Electrodo de Cu/CuSO4 plástico-gelatina/KNO3 (electrodo de trabajo) vs electrodos de Ag/AgCl (electrodos de referencia) E (V) 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tiempo (s) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Ag/AgCl (plástico–agar/KNO3) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Ag/AgCl (vidrio–agar/KNO3) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Ag/AgCl (comercial) 54 .105 0.055 0. (Gráfica 2) estudiantes de colegio útil más largo Desventajas Electrodo Cu/CuSO4 Agar/KNO3 Vidrio 55 . 0.07 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tiempo (s) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Ag/AgCl (plástico–agar/KNO3) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Ag/AgCl (vidrio–agar/KNO3) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Ag/AgCl (comercial) Se debe tener en cuenta que el electrodo comercial.075 0. se presentan las principales ventajas y desventajas que los electrodos de referencia construidos en el laboratorio pueden llegar a presentar a la hora de ser ensamblados por estudiantes de educación básica y media. la solución de relleno se filtra menos lo que hace que tenga un tiempo de vida El tuvo de vidrio con las características capilares es más difícil de adquirir y es más costoso para El potencial generado por el sistema Cu/CuSO4 Vidrio vs Ag/AgCl comercial es más próximo al valor esperado. como elementos didácticos en el aula de clase Ventajas Al tener la parte capilar.095 E (V) 0.1 0.Gráfica 5.105 0. puesto que se asume que este tiene mayor estabilidad de su señal en el tiempo. Ventajas y desventajas de los electrodos de referencia construidos en el laboratorio.11 Electrodo de Cu/CuSO4 plástico-gelatina/NaCl (electrodo de trabajo) vs electrodos de Ag/AgCl (electrodos de referencia) 0. se toma como referencia frente a los otros electrodos de Ag/AgCl ensamblados en el laboratorio. Finalmente en el cuadro 1. con base en los resultados y los análisis anteriores.08 0. menor resistencia al paso de los iones y menor potencial de unión líquida.09 0.085 0. Cuadro 1. (2001).1.. p. La secuencia de empaquetamientos de estas capas de átomos de carbono permite diferenciar varios tipos de grafito: grafito hexagonal o Bernal. para formar diferentes capas que permanecen acopladas entre si. Cálculo de parámetros electrónicos para el grafito Bernal. lo que Es más costoso implica un menor error sistemático en el potencial leido. Propiedades mecánicas y mecanismos de rotura de grafito y compuestos C/C a 77K y 300K. es decir genera mayores potenciales óhmicos y de unión líquida. 2..1 Activación de los electrodos de grafito En los grafitos. vol. 57 SALAZAR.2. y LLORCA. N. por medio de fuerzas de Van der Waals57. 5. 18. Cu/CuSO4 Plástico Su tiempo de vida útil es más prolongado que el tiempo de vida del electrodo Cu/CuSO4 Agar/KNO3 El potencial en el sistema Ag/AgCl Plástico vs Ag/AgCl Agar/KNO3 Plástico Ag/AgCl comercial se aleja más del punto cero Es más económico (Gráfica 1). grafito rombohedral y grafito hexagonal simple58.Al no poseer un capilar.1. M. y LUIGGI. VILLAQUIRÁN. GÓMEZ. (agosto 2001-marzo 2002). En: Anales de mecánica de la fractura. la solución de relleno se Cu/CuSO4 Agar/KNO3 Plástico El tubo de plástico es de fácil filtra más. 155. alrededor de 8 días Gelatina/KNO3 La gelificación de la mezcla gelatina/ KNO3 KNO3. Vol.2 Potencial de los electrodos indicadores Frente a la construcción de los electrodos indicadores. se evalúa el potencial generado por los electrodos de grafito cuando estos son sometidos a una activación y de otro lado se valora la respuesta de los electrodos de pirita a diferentes pH. Plástico Gelatina/NaCl La mezcla gelatina/NaCl dura en gelificarse a temperatura ambiente. J. A. 247. PASTOR. C. La gelatina permite menos filtración de la solución de relleno que el agar La gelatina y el NaCl son de fácil adquisición. No. J. 6. El potencial en el sistema Ag/AgCl Ag/AgCl Agar/KNO3 Vidrio Vidrio vs Ag/AgCl comercial es más cercano a cero (Gráfica 1). p. 58 56 . En: Materials research. es adquisición y es más económico más lenta que la gelificación de la mezcla agar/ 6. lo que genera un error sistemático en la medida del potencial. los átomos de carbono se agrupan creando estructuras hexagonales planas unidas por fuertes enlaces covalentes. por lo cual tiene un tiempo de vida útil menor en comparación con el electrodo ensamblado en vidrio La gelatina es más fácil de adquirir y Cu/CuSO4 Plástico más económica que el agar. 113 (1972) citado por: SELIG.145 0.Consecuentemente. M.185 E (V) 0.205 0. J. vol. Electrodo de grafito no activado 0. En: Anal. Gráfica 6. p. Potenciometric titrations using pencil and graphite sensors. el potencial que genera en una celda electroquímica es mayor. 57 . 261. muestra este suceso como resultado de la formación de un sistema rédox de responde a cambios de concentración de los analitos en hidroquinona en la superficie del electrodo durante el proceso de activación. and CARKT. Walter. 1.125 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tiempo (s) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Grafito vs Ag/AgCl (vidrio-agar/KNO3) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Grafito vs Ag/AgCl (comercial) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Grafito vs Cu/CuSO4 (plástico-agar/KNO3) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Grafito vs Cu/CuSO4 (vidrio-agar/KNO3) 59 BERCIK. el grafito suele exponerse como un electrodo idealmente inerte. Berkic y Carkt59. frente al valor generado por un quinonatitulaciones electrodo de grafito sin activar (gráficas 6 y 7). (January 1984). En: Journal of chemical education. que potenciométricas ácido-base y rédox. Sin embargo cuando este es activado sumergiéndolo en una solución de KMnO4. como se muestra más adelante. 61. ya que generalmente no reacciona con las sustancias químicas.225 0. 81. Chem. No.165 0. 1M con los electrodos de referencia de Cu/CuSO4 y Ag/AgCl por medio de la ecuación 1. es menor en comparación con la diferencia entre el electrodo de Ag/AgCl y el electrodo de grafito (activado y sin activar).65 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tiempo (s) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • • Grafito vs Ag/AgCl (vidrio-agar/KNO3) Grafito vs Cu/CuSO4 (plástico-Agar/KNO3) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • • Grafito vs Ag/AgCl (comercial) Grafito vs Cu/CuSO4 (vidrio-agar/KNO3) Por otro lado si se observa el esquema de la figura 12. la diferencia entre el electrodo de Cu/CuSO4 y el electrodo de grafito (activado y sin activar).9 0.75 0.Gráfica 7.85 0. lo cual justifica que en las gráficas 6 y 7 los potenciales de celda con los electrodos de Cu/CuSO4 sean menores. El potencial de grafito que se muestra en la figura 12 se determinó experimentalmente. empleando en la celda una solución de KCl 0.8 E (V) 0. Electrodo de grafito activado 0. 58 . que los potenciales de celda generados por los electrodos de Ag/AgCl.7 0. 2.Figura 12. 59 .1.2 El electrodo de pirita como indicador de pH La gráfica 9 muestra una caída de potencial significativa hasta los 500 segundos para pH 4. 6. también muestra que a medida que decrece la acidez de las soluciones los potenciales se vuelven más bajos. 8 y 10. Potencial de un electrodo de grafito 6. la ecuación se puede simplificar de la siguiente manera: E = (Const) – 0. p. 62-64 Ibid.1 0. E=Eref(int)-Eref(ext)+Easimetría+0.0592pH (4) 62 60 Skoog y Leary.3 -0.25 -0. Seguimiento de la señal del potencial de una celda a diferente pH con el electrodo de pirita y un electrodo de referencia de Ag/AgCl vidrio-agar/KNO3 0. Op cit.. p. 264-570 VASSOS y EWING. 63-64 61 62 60 .35 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 E (V) Tiempo (S) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • pH 2 pH 8 _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • pH 4 pH 10 _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • pH 6 pH 12 _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Para analizar la respuesta del electrodo de pirita en función del pH es preciso recordar el funcionamiento de un electrodo de vidrio.05 0 -0.2 -0.Gráfica 8. el cual está provisto de un electrodo de referencia de Ag/AgCl interno no sensible al pH en una solución de HCl y una delgada membrana de vidrio externa que es la que responde a cambios de pH.15 -0.0592(pHint-pHext) (3)62 Como los términos de esta ecuación pueden ser asumidos como constantes a excepción del pH exterior (pHext). 61..1 -0.05 -0. Op cit. ajustando el potencial a la siguiente ecuación60. p. sino la diferencia del mismo en el punto equivalente.Para efectuar mediciones de pH con este tipo de electrodos. el electrodo de pirita se puede utilizar en titulaciones potenciométricas ácido-base como electrodo indicador.0374 lo que significa que el Gráfica 9.3 -0. Efecto del pH sobre el potencial del electrodo de pirita Buffer de Glicina 0. ** Los datos de la gráfica 9 fueron tomados a los 30 minutos de la tendencia de los datos para cada pH de la gráfica 8 61 . todos los electrodos comerciales indicadores de pH están sujetos a este valor. el potencial de este electrodo cambia en función del pH. además.25 -0.9957 4 5 6 7 8 9 10 11 12 pH Sin embargo la pendiente de la ecuación 4 puede ser reemplazada teóricamente por la pendiente determinada en la gráfica 9. una de un valor absoluto de 0. de acuerdo a la siguiente ecuación: pHdesc = pHamort + Eamort – Edesc _________________ 0.0592V por unidad de pH representa la pendiente de la ecuación de Nernst.35 1 2 3 Buffer de Citrato Buffer de Fosfato Buffer de Glicina E (V) y = -0. No obstante para los datos de la gráfica 9**63 se encontró pendiente sub–Nernstiana electrodo de pirita no se ajusta al modelo propuesto. dado que en una titulación no es importante el valor absoluto del potencial.1 0. ya que como se ve en las gráficas 8 y 9.0592 (5) 62 El factor 0.05 -0.1432 R2 = 0.15 -0. se puede usar el método de una sola solución reguladora de pH.0374x + 0.1 -0.2 -0. es decir.05 0 -0. Op cit. La pirita y el grafito no activado generan potenciales bajos cuando son sometidos a pH básico.6.3 Aplicaciones de los potenciales de electrodos Un potencial de electrodo se define de acuerdo a Skoog y West64 . Op cit. que implica un electrodo de referencia de voltaje 0.1M con HCl 0.. p. el potencial de una celda electroquímica. 12 y 14 muestran el registro del potencial cada segundo para titulaciones de 10mL de NaOH 0. se emplean regularmente para elaborar las curvas de titulaciones potenciométricas. grafito sin activar y grafito activado.1 Titulaciones potenciométricas Como resultado. A pesar de su nombre. p. 64 SKOOG y WEST. como el potencial de una celda formada por el electrodo en cuestión. esta es ligeramente soluble en soluciones acuosas dando como resultado iones Fe++ de acuerdo a la siguiente ecuación65. 285-293. que actúa como cátodo (electrodo de trabajo) y el electrodo estándar de hidrógeno que actúa como ánodo.. un potencial de electrodo es en realidad.2M.1. empleando electrodos de pirita. a medida que la titulación va ocurriendo el potencial de la celda aumenta hasta obtener un salto significativo cuando se llega al punto de equivalencia.. ANTONIJEVIĆ. 269.00. Titulaciones ácido–base: las gráficas 10. and MIHAJLOVIĆ. 811-812 65 62 . Si se analiza el caso particular de la pirita. 6.1.3. VUKANOVIĆ. debido a que los electrodos indicadores responden a cambios de potencial en función de la concentración de los analitos o titulantes. los potenciales de las celdas electroquímicas. como efecto de la siguiente reacción66. Santiago de Chile 2002. se determinó el punto de inflexión de las titulaciones empleando el método de la primera derivada teniendo en cuenta el potencial registrado cada 60 ó 30 segundos (gráficas 11. Facultad de ciencias físicas y matemáticas. P. de ahí que el aumento del potencial esté ligado con el aumento de la concentración del ion férrico.5mL). 50-92 63 . Los diferentes sistemas coinciden en el salto de potencial cuando se llega al punto de equivalencia (4. Adicionalmente y para tener una mayor certidumbre del volumen del punto de equivalencia. Universidad de Chile. aunque existen diferencias de potencial entre uno y otro sistema propias de las diferentes resistencias de los electrodos y de los potenciales de unión particulares. 15 y 17) 66 MERUANE. Departamento de ingeniería química. Gabriel. 13. Fe++ + ¼O2 + H+ → Fe+++ + ½H2O Por otro lado las respuestas de las titulaciones empleando los diferentes electrodos de referencia de Cu/CuSO4 y Ag/AgCl son similares entre sí.FeS + 8H2O → Fe++ + 2SO4= + 16 H+ + 14e¯ Consecuentemente el ión Fe++ es oxidado a Fe+++ utilizando el oxígeno disuelto como aceptor final de electrones y consumiendo protones. Los rangos de los saltos de potencial cuando se alcanza el punto de equivalencia para las titulaciones ácido-base se muestran en la tabla 3. Oxidación bacteriana de sulfato ferroso con acidithiobacillus ferrooxidans. Tesis doctoral. 1 -0.5 E (V) 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960 1020 Tiempo (S) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ • • Cu/CuSO4 plástico-agar/KNO3 Cu/CuSO4 plástico-gelatina/KNO3 • _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ • Cu/CuSO4 plástico-gelatina/NaCl Cu/CuSO4 vidrio-agar/KNO3 Gráfica 11.2 -0.5 8 8.3 -0.Gráfica 10.5 0.5 6 6.9 0.2M 1 0.5 5 5.7 0.9 0 0 0.4 0.1 0.5 7.8 0 0.6 0.5 7 7.5 3 3.6 -0.5 1 1.5 7 7.5 6 6.5 5 5.5 8 8.1 -0. Medición del potencial cada minuto de la titulación de NaOH con HCl 0.5 -0.8 0.5 4 4.5 2 2.5 4 4.2M empleando un electrodo de pirita y electrodos de referencia de Cu/CuSO4 mL de HCl agregados 0 1.5 1. empleando un electrodo de pirita y electrodos de referencia de Cu/CuSO4 mL de HCl agregados Medición del potencial cada segundo de la titulación de NaOH con HCl 0.7 -0.5 3 6 3.3 E (V) 0.4 -0.5 2.5 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960 102 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960 1020 Tiempo (s) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • • Cu/CuSO4 plástico-agar/KNO3 Cu/CuSO4 plástico-gelatina/KNO3 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ • _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Cu/CuSO4 plástico-gelatina/NaCl Cu/CuSO4 vidrio-agar/KNO3 64 .5 3 2 4.2 0 -0.5 0 1 1. 2 0.45 0.05 0 -0.5 3 3.5 3 2 2.5 4. Medición del potencial cada segundo de la titulación de NaOH con HCl 0.5 1 1.5 1 1.Gráfica 12.15 0.4 0.5 7 7.5 6 6.5 5 5.1 -0.3 0.5 8 E (V) 0.1 0.5 4 7.5 7 7.5 1.5 8 E (V) 0.35 0.5 5 5.15 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 Tiempo (s) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Ag/AgCl vidrio-agar/KNO3 _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Ag/AgCl comercial 65 .5 6 6.05 0 -0.15 0.3 0.2M empleando un electrodo de grafito sin activar y electrodos de referencia de Ag/AgCl mL de HCl agregados 0.2 0.5 0.25 0 0 0.5 3 6 3.1 0.2M empleando un electrodo de grafito sin activar y electrodos de referencia de Ag/AgCl mL de HCl agregados 0.15 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 Tiempo (s) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Ag/AgCl vidrio-agar/KNO3 _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Ag/AgCl comercial Gráfica 13.05 -0.25 0 0.35 0. Medición del potencial cada 30 segundos de la titulación de NaOH con HCl 0.1 -0.45 0.5 2 2.5 0.5 4.05 -0.5 4 4.4 0. 5 7 7.66 0.5 3 3.78 0.5 8 0.5 4.6 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 Tiempo (s) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Ag/AgCl vidrio-agar/KNO3 _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Ag/AgCl comercial 66 .5 2 2.5 6 6.5 6 6. Medición del potencial cada segundo de la titulación de NaOH con HCl 0.5 4.78 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 0.66 0.96 0.5 2 3 2.84 E (V) 0.5 3 3.Gráfica 14.96 0.5 1.9 0.5 1 1.72 0.2M empleando un electrodo de grafito activado y Electrodos de referencia de Ag/AgCl mL de HCl agregados 0 0.6 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 Tiempo (s) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Ag/AgCl vidrio-agar/KNO3 _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Ag/AgCl comercial Gráfica 15.9 0.5 4 4.5 6 4 7.5 5 5.5 0 1 1.5 7 7.5 8 0.84 E (V) 0.2M empleando un electrodo de grafito activado y electrodos de referencia de Ag/AgCl mL de HCl agregados 0 0. Medición del potencial cada 30 segundos de la titulación de NaOH con HCl 0.72 0.5 5 5. 333—0. el electrodo de pirita como indicador y los electrodos de Ag/AgCl como referencia y en otro caso. Además es necesario precisar.708 0. Saltos de potencial para las titulaciones ácido–base Electrodo indicador Intervalo (E) ∆E Electrodo de Referencia Cu/CuSO4 Plástico-Agar/KNO3 Cu/CuSO4 Plástico-Gelatina/KNO3 Cu/CuSO4 Plástico-Gelatina/NaCl Cu/CuSO4 Vidrio-Agar/KNO3 Ag/AgCl Vidrio-Agar/KNO3 Ag/AgC comercial Ag/AgCl Vidrio-Agar/KNO3 Ag/AgC comercial Pirita Pirita Pirita Pirita Grafito grueso sin activar Grafito grueso sin activar Grafito grueso activado Grafito grueso activado -0.176 Titulaciones rédox: las gráficas 16. de manera que la cinética de la reacción queda registrada luego de la adición del titulante. puede ser usada para realizar futuros estudios cinéticos de esta u otras reacciones. el cual posteriormente desciende.348 -0.554 0.82 0. 18 y 20 muestran titulaciones rédox de 10mL de V4+ con KMnO4 0.134 0.221 -0. mostrando la utilidad de los electrodos construidos.3349 -0.Tabla 3. mostrándose como la disminución de las oscilaciones.631—0.598 -0. ya que en cada adición de agente titulante se presenta un aumento significativo en el potencial.3715 0.686—0. empleando en un caso. aunque el mismo queda inmerso en la complejidad de la curva de titulación. que el punto equivalente de la titulación es claro. Para estas titulaciones.368 0.0035—0.233—0. Dicha observación.581 0.00165M. es importante destacar el comportamiento observado.562 0. no esperada.807 0.11—0.102—0. empleando como indicador los electrodos de grafito activado y sin activar y como referencia el electrodo de Cu/CuSO4 ensamblado en vidrio-agar/KNO3. 67 .3613 0.0264—0. Esto se debe a que la velocidad de la reacción rédox es más lenta que la velocidad de respuesta del electrodo.46 -0. 5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 8 8. 68 . 18 y 20). si se tienen en cuenta solo los puntos mínimos en el potencial durante cada adición. Medición del potencial cada segundo de la titulación de V4+ con KMnO4 0. lo que corresponde a 30 segundos de estabilización de la señal. es necesario realizar alguna manipulación razonable a los datos originales (gráficas 16.Gráfica 16.1 -0.5 2 2.5 1 1.4 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720 750 Tiempo (s) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Ag/AgCl plástico-agar/KNO3 _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Ag/AgCl vidrio-agar/KNO3 _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Ag/AgCl Comercial No obstante.2 0.5 6 6. se obtienen las gráficas 17.5 4 4.5 12 12.3 -0. para calcular el punto de inflexión. 19 y 21.5 3 3.00165M empleando un electrodo de pirita y electrodos de referencia de Ag/AgCl mL de KMnO4 agregados 0. cuya forma es la usual.2 -0.5 5 5. por ejemplo.5 7 7. si se quiere aplicar el método de la primera derivada.3 0 0.1 E (V) 0 -0.5 0. 5 7 7.5 7 7.012 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 Tiempo (s) 69 .048 0.5 0.1 0 E (V) -0.002 -0.5 2 2.5 6 6.5 9 5 5.00165M.5 3 4.5 4 4.Gráfica 17.5 1. Medición del potencial cada segundo de la titulación de V4+ con KMnO4 0.5 6 4 7.5 2 3 2.3 0 0.5 6 12 6.018 0.00165M empleando un electrodo de pirita y electrodos de referencia de Ag/AgCl mL de KMnO4 agregados 0.038 0.5 0 1 1. Medición del potencial cada 30 segundos de la titulación de V4+ con KMnO4 0.5 9 9.028 E (V) 0.5 1 1.5 8 8.2 -0.2 0.3 -0.5 10 10.5 4. empleando un electrodo de grafito sin activar y el electrodo de referencia de Cu/CuSO4 vidrio-agar/KNO3 mL de KMnO4 agregados 0 0.5 3.5 10.5 8 0.008 -0.5 5 5.1 0 90 180 270 360 450 540 630 720 -0.4 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720 750 Tiempo (s) _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Ag/AgCl plástico-agar/KNO3 _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Ag/AgCl vidrio-agar/KNO3 _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ • Ag/AgCl Comercial Gráfica 18.5 12 12.5 11 11.5 3 3. 035 0.01 -0.63 0.83 0 0.5 6 6.5 6 6.015 0.5 3 2 4.5 7.43 0.045 0.5 8 E (V) 0.5 1.13 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 Tiempo (s) 70 .5 3 6 3. Medición del potencial cada segundo de la titulación de V4+ con KMnO4 0.005 0 -0.005 -0.00165M.5 1 1.33 0.04 0. empleando un electrodo de grafito sin activar y el electrodo de referencia de Cu/CuSO4 vidrio-agar/KNO3 mL de KMnO4 agregados 0.5 4 4.01 0.5 7 7.5 5 5.02 0.05 0.025 0 0 0.5 7 7. Medición del potencial cada 30 segundos de la titulación de V4+ con KMnO4 0.015 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 Tiempo (s) Gráfica 20.5 5 5.5 2.Gráfica 19.03 0. empleando un electrodo de grafito activado y el electrodo de referencia de Cu/CuSO4 vidrio-agar/KNO3 mL de KMNO4 agregados 0.23 0.53 E (V) 0.5 3 3.5 2 2.5 4 4.5 1 1.5 8 0.00165M.73 0. 5 3 3.5 6 6. Medición del potencial cada 30 segundos de la titulación de V4+ con KMnO4 0.5 5 5.01656—0.00165M.5 4.3.73 0.1762 0.01825 0.Gráfica 21.1362 0.231 0.288—0.63 0.143 -0.Agar/KNO3 Ag/AgCl Comercial Cu/CuSO4 Vidrio-Agar/KNO3 Cu/CuSO4 Vidrio-Agar/KNO3 Pirita Pirita Pirita Grafito delgado sin activar Grafito delgado activado -0.235 6. 71 .5 2 3 2.33 0.144—0.13 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 Tiempo (s) Respecto a los intervalos de los saltos de potencial cuando se alcanza el punto de equivalencia para las titulaciones rédox.1.088—0.5 4.5 0 1 1.23 0.5 8 0.0322 0. Electrodo de referencia Saltos de potencial para las titulaciones rédox Electrodo indicador Rango ∆E Ag/AgCl Plástico Ag/AgCl Vidrio.43 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 0.5 1.5 7 7. Tabla 4. estos se pueden observar y comparar en la tabla 4.53 E (V) 0. empleando un electrodo de grafito activado y el electrodo de referencia de Cu/CuSO4 vidrio-agar/KNO3 mL de KMnO4 agregados 0.83 0 0.523 0.5 6 4 7.2 Procesos electroquímicos Con los potenciales de los electrodos y la ecuación de Nernst es posible calcular el potencial que tendría una celda galvánica o el potencial necesario para que funcione una celda electrolítica.109—0.03481 0.0272 -0. de reacciones y de semi–reacciones: Ecuaciones de disociación KI + H2O → K+ + I¯ NaClO + H2O → HClO + NaOH Reacción total ocurrida en la celda HOCl + 2I¯ + H+ → I2 + Cl¯ + H2O Semi-reacción de oxidación (ánodo): I2 + 2 e¯ → 2I¯ Eº +0.Proceso Galvánico: se calculó teóricamente y a condiciones estándar.49V– 0. por lo cual hay una producción de energía eléctrica a partir de la energía química de dicha reacción.99 J ≈ -167. 72 .620 Semi-reacción de reducción (cátodo): HClO + H+ + 2e¯ → Cl¯ + H2O Eº +1.49 Cálculo del potencial estándar de la célula Eºcel = Eºred cátodo – Eºred ánodo Eºcel = 1.870V Cálculo de la energía libre de Gibbs ∆Gº = -nFEº ∆Gº = -2 (96485 C mol-1) 0.620V Eºcel = 0. grafito: Grafito(s) | I¯(ac) | KNO3 | HClO | Grafito(S) Para ello se tuvieron en cuenta las siguientes ecuaciones de disociación. el potencial y la energía libre de Gibbs de una celda galvánica de yoduro de potasio e hipoclorito de sodio.884 kJ (6) El signo negativo de la energía libre de Gibbs indica que la reacción se lleva a cabo espontáneamente.870V ∆Gº = -167883. usando como electrodos. 7M (8.__________________________________ ln __________________ [HOCl] [I¯]2 (2)(96485 C mol-1) E = 0.7M el potencial alcanzado fue de 0.866V (2)(96485 C mol-1) [I ][Cl¯] __________________________________ ln 2 __________________ [HOCl] [I¯]2 Experimentalmente para la celda Grafito(s) |I¯(ac)|KNO3|HClO|Grafito(S) a una concentración 0. el potencial generado en la celda es mayor como se muestra el potencial de una celda en función de la concentración. que permite determinar E = Eº - ______ RT nF ln _______________ [C]c [D]d [A]a [B]b (7) E cuando la concentración de las semi-células es 0.La producción de energía eléctrica para este proceso puede verse afectada principalmente por 4 aspectos: la concentración de las sustancias electrolíticas.739V. la diferencia frente al valor teórico unión.31J k-1 mol-1)(273+19)K E = 0. el potencial de unión (solución electrolítica–puente salino) y salinos.31J k-1 mol-1)(273+19)K [I2][Cl¯] E = 0.870V . Concentración de las sustancias electrolíticas: el potencial para la celda galvánica en mención es proporcional a las concentraciones de la sustancias electrolíticas. De acuerdo a esto. donde se ha empleado la ecuación 7. cuando se aumenta la concentración de los en los reactivos. se debe esencialmente a la doble capa eléctrica y al potencial de 73 . la resistencia de los puentes siguientes cálculos.841V E cuando la concentración de las semi-células es 0.1M (8. el potencial de interfase entre electrodo-solución (doble capa eléctrica).870V E = 0. Doble capa eléctrica: los electrodos de grafito de la celda contribuyen a generar una diferencia de potencial. 14-24 BOCKRIS y REDDY.. se llama doble capa eléctrica. 69 . que para el mismo caso. la semi-célula descrita. La unión entre los dos planos constituye la capa compacta. La figura 13 muestra la distribución de las cargas en la interfaz generada entre el electrodo de grafito y la solución acuosa de 67 POSADAS. es la zona donde se encuentran la mayoría de los aniones I ¯(ac). México: Addison-Wesley Iberoamericana. Figura 13. mientras que la capa después del plano exterior. pasa por el centro de los iones K+(ac) que tocan la superficie del electrodo de grafito y 2) Plano exterior de Helmholtz (OHP). cada vez que se pone en contacto un electrodo de grafito con las sustancias electroquímicas de cada semi-célula. p. Esta redistribución espacial. Fisicoquímica. en la cual se forman dos zonas iónicas. p. 285-288. que para el caso del ánodo. p. Op cit. En la interfase se genera una redistribución de cargas eléctricas. 1) Plano interior de Helmholtz (IHP). 661-695 ATKINS. que provoca una diferencia de potencial en la zona límite que separa las fases del electrodo de grafito y la solución acuosa. se llama capa difusa67. Doble capa eléctrica 68. 68 69 74 .. donde se encuentran cationes y aniones propios del cuerpo de la solución. 3 ed. Op cit. 1985. 79 70 WILCHES.1 3.222 0.1 3. de manera que 1 mol de electrones tiene una carga de 9. por lo que los primeros y de acuerdo a la ecuación 2.1 0. Estos dos potenciales contribuyen al potencial total de la celda. Tabla 5.364 28 4.602x10-19C.2 0.1 0.8 7. Resistencia de los puentes salinos: el ampere (A) es la unidad de corriente.29 95.7 3. 1996. Puente No Altura (cm) Resistencias de puentes salinos (agar/KNO3) Diámetro Interno (cm) Potencial aplicado (V) Corriente medida (Ax10-6) Resistencia calculada (KΩ) 1 2 3 4 5 4.203 0. La carga eléctrica de un electrón corresponde a 1.9 1. que corresponde al flujo de un coulomb por segundo70.239 0. Módulos de clase de electroquímica. aportan una mayor caída del potencial óhmico a la celda. De acuerdo a lo anterior el diámetro y la longitud de los puentes salinos afecta el transporte de iones y por tanto el posterior transporte de electrones que a su vez afecta el amperaje producido por una celda galvánica.1 <0. El empleo de los puentes salinos genera dos potenciales de unión.219 0. uno en la interfaz de la sustancia electrolítica del ánodo y un extremo del puente y el otro potencial en la interfaz de la sustancia electrolítica del cátodo y el segundo extremo del puente. 7-8 75 . lo que conlleva a una producción mayor de amperaje. por tanto el amperaje se verá directamente afectado por el transporte de electrones a través de los conductores eléctricos (electrodos y cables) y es de notar que esta conducción de electrones no es posible si no hay un transporte de iones entre las soluciones de las dos semicélulas que se efectúa por medio de los puentes salinos y viceversa.25 48. es decir cuando se usan puentes salinos con diámetros grandes y alturas pequeñas el transporte de iones será mayor que cuando se usan puentes salinos de diámetros pequeños y alturas grandes y si hay mayor transporte de iones habrá mayor transporte de electrones. Por otro lado los puentes salinos con diámetros menores constituyen una mayor resistencia que los puentes salinos con diámetros grandes (tabla 5).1 0.63 58. Cali: corporación universitaria autónoma de occidente.67 51. Julio.5 4.3 4.4 3.p.7 3.649x104C (constante de Faraday).Potencial de unión: generalmente las células galvánicas están provistas de un puente salino para evitar una reacción inmediata entre las dos soluciones electrolíticas de las semi-células (ánodo y cátodo). hidroquinonas y algunos ácidos orgánicos como el ácido maleico y el ácido succínico entre otros71.739V x 3 = 2. Es evidente entonces.00V ∆Gº = 0. sin embargo experimentalmente se necesitó de 5 celdas para generar un potencial de 2.00 kJ . Reaction pathways and mechanisms of the electrochemical degradation of phenol on different electrodes. Proceso electrolítico: el fenol se degrada electroquímicamente hasta CO2 pasando por productos intermedios como las quinonas.Lo anterior se refleja cuando se quiere encender un “led” ya que el voltaje necesario para que este funcione es de 2V y como los potenciales son aditivos se esperaría que aritméticamente con tres celdas en serie. que la resistencia al paso de corriente es la causante del valor experimental más bajo de lo esperado. 1972–1981 76 .Por convención.119V. p. se genere un potencial suficiente (0. En: Elsevier water research 39 (2005). Cálculo de la energía libre de Gibbs a condiciones estándar de la semi-reacción del ánodo 71 XIAO-YAN. Li et al.217V). El cálculo teórico a condiciones estándar del potencial y la energía libre de Gibbs para este proceso se muestra a continuación de acuerdo a las siguientes ecuaciones: Reacción total C6H6O + 11H2O → 6CO2 + 14H2 Semi-reacción de oxidación (Ánodo) 6CO2 + 28e¯ + 28H+ → C6H6O + 11H2O Semi-reacción de reducción (Cátodo) 2H3O+ + 2e¯ → 2H2O + H2 Cálculo de la energía libre de Gibbs a condiciones estándar para la semi-reacción del cátodo ∆Gº = -nFEº ∆Gº = -2 ( 96485 C / mol e¯ ) 0. progresivamente se convierte en un pico perteneciente a otro compuesto. A medida que el fenol se degrada.394 kJ Por supuesto al sumar esta energía libre de Gibbs de la semi-celda.0 kJ/mol x 14mol)] . se encuentra correspondencia entre el valle del fenol y el pico de mayor absorbancia de la quinona. obtenemos para la reacción global. C6H6O + 11H2O → 6CO2 + 28e¯ + 28H+ C6H6O + 11H2O → 6CO2 + 14H2 ∆Gº = ∆Gº . un valor con signo positivo que corrobora la no espontaneidad de la celda.∆Gº (8) productos reactivos ∆Gº = [∆Gº CO2 + ∆Gº H2]-[ ∆Gº C6H6O +∆Gº H2O] ∆Gº = [(-394. mientras ocurría la degradación electroquímica del fenol en la celda electrolítica antes descrita. se van formando nuevos compuestos que presentan mayor absorbancia. como se muestra a continuación. por lo cual es necesario convertir la energía eléctrica en energía química para generar el proceso de degradación del fenol. de esta forma se puede observar en la gráfica 23 que el valle del espectro del fenol durante la oxidación. Degradación electroquímica del fenol: la gráfica 22 muestra los espectros UV-visible del fenol. la cual es cero. Al comparar los resultados de las gráficas 22 y 23.36kJ /mol x 6mol)+ (0.[(-46.124kJ /mol x 1mol) + (.273.Como no se tiene el valor teórico del potencial estándar del fenol y teniendo en cuenta que la energía libre de Gibbs para los iones hidronio y el hidrógeno molecular es cero (0) se asume la semi-reacción de oxidación como una reacción total para realizar el cálculo. con la de la otra semi-celda en cuestión. 77 .13kJ/mol x 11mol)] ∆Gº = 288. quinona e hidroquinona consultados en la literatura y la gráfica 23 muestra los espectros UV-visible tomados experimentalmente cada 15 minutos durante 5 horas. Gráfica 22. Espectros UV-Visible consultados en la literatura72 UV/VIS SPECTRUM 4.2 3.7 Logarithm epsilon 3.2 2.7 2.2 1.7 210 230 250 270 290 310 330 350 370 390 Wavelength (nm) _ _ _ __ _ _ _ • Fenol _ _ _ __ _ _ _ • Quinona _ _ _ __ _ _ _ • Hidroquinona Gráfica 23. 1,5 Espectros UV-Visible experimentales de la degradación electroquímica del fenol con electrodos de grafito 5h 1,3 3h 1,1 Absorbancia 0,9 0,7 1h 0,5h 0,5 0,3 0h 0,1 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 λ (nm) 72 Espectros tomados de UV/Visible Spectrum in Nists Chemistry Web Book, V. Talrose, E. B. Stern, A.A. Goncharova, N.A. Messineva, N. V. Trusova, M. V. Efimkna, A. N. Yermakov, A. A. Usov y A. A. Leskin, NIST Standard Reference Database Number 69, Eds. P. J. Listrom and W. G. Mallaerd, June 2005, Nacional Institute of Standards and Technology, Gaitherburg MD, 20899 (http://webbook.nist.gov) 78 A pesar del potencial aplicado y del tiempo, no se pudo tener un rendimiento del 100% en la degradación del fenol. Los 50ml de fenol no se degradan en su totalidad a quinona, por lo cual posiblemente se tenga una mezcla de fenol, hidroquinonas y quinonas, con bandas de absorbancias solapadas entre sí. Por otro lado la solución al final del proceso presentó una coloración café, que corresponde a productos intermedios, quizá polímeros de la quinona, los cuales aparentemente, están en mayor concentración hasta este punto de la degradación. 6.2 Resultados didácticos Los resultados didácticos respecto a la encuesta aplicada, ayuda a ubicar y a caracterizar a los estudiantes dentro de un contexto social, familiar y educativo frente a las tendencias informáticas y audiovisuales, permitiendo concluir de esta forma el para quién de la propuesta de enseñanza-aprendizaje, mientras que el test de ideas previas particularmente determina los conceptos que los alumnos posiblemente ya han adquirido y frente a los resultados deja ver las falencias o fortalezas que estos presentan, a partir de las cuales y en compañía de los resultados químicos, se plantean las actividades que enmarcan el como de la propuesta de enseñanza-aprendizaje de conceptos electroquímicos. 6.2.1 Encuestas Con los resultados obtenidos de la encuesta aplicada a los estudiantes (anexo 7) se pretende estudiar someramente tres aspectos principales: el contexto informático familiar, el contexto informático y audiovisual educativo y escenarios propios de la química respecto a la enseñanza de temas relacionados con la electroquímica en el aula de clase. Frente al primer aspecto se realizaron preguntas de información personal y de contexto social para inferir de este modo en los resultados obtenidos en el contexto informático familiar del estudiante (tablas 6 a 13). los fenómenos moleculares y prácticas de laboratorio, así como la posible ilustración de algunos 79 La tabla 6 indica el número de alumnos de ambos géneros que se encuentran entre los 14 y 20 años. La tabla 7 describe el porcentaje de estudiantes de la institución pertenecientes a cuatro de las 20 localidades que conforman Bogotá. Las tablas 8 a 13 detallan la edad en la que los alumnos comenzaron a utilizar un computador, el número de computadores que se tienen en la casa, el número de horas semanales de manejo del computador, su uso, el lugar y las personas que con mayor frecuencia lo utilizan. Tabla 6. Edad y género Edad 14 15 16 17 18 19 20 Σ Número de alumnos Género % Femenino % Masculino 1 21 50 33 10 2 2 119 0 10.10 25.21 15.97 2.52 0.84 1.68 56.83 0.84 7.56 16.81 11.78 5.88 0.84 0 43.71 Tabla 7. Localidad 1-Usaquén ¿En qué parte de Bogotá vive? Barrio Unicerros Juan Rey Aguas Claras Ramajal Manila Triangulo Alto El manantial Granda Sur San Blas Amapola La Mercedes Santa Rita Quindío San Cristóbal La Castaña La Sagrada Familia San Pedro Otros Santa Inés Buenos Aires Santa Ana Quinta Ramos 20 de Julio Danuvio Azul Patio Bonito Giraldilla Carimagua Atanasio Girardot Estrato 2 Número de estudiantes 1 1 3 4 1 2 1 8 26 3 4 3 5 4 8 4 3 21 4 1 2 1 2 2 1 1 2 1 % por localidad 0.84 1 4-San Cristóbal 2 93.29 3 7-Bosa 8-Kenndy 2 2 2.52 3.36 Σ 119 100 80 20 0.65 10.68 100 Tabla 11.72 2.20 100 Tabla 13.92 12.Tabla 8.00 100 1a5 6 a 10 10 a 15 15 a 20 Más de 20 Σ 77 21 13 6 2 119 64.27 Juego 1113 0 1 0 1 11.09 81 . en su casa qué otras personas usan el computador? Ocupación Ama de casa Σ Parcial Estudiantes Técnico Profesional Independiente Trabajador % Hermanos Mamá Papa Otros 84 0 0 7 1 1 3 0 3 2 4 1 0 2 2 1 11 4 9 3 0 2 0 1 99 11 18 13 83.52 100 Colegio Casa Centros de Internet Otro Σ 27 38 49 5 119 22.78 41.04 1.93 41. para qué y en qué lugar? Motivo Clase de informática 5811147 10 13 15 28 45 13 0 0 0 0 0 0 0 0 0 28 45 13 0 72.18 5.71 17. ¿A qué edad Utilizó por primera vez un computador.76 Consulta 81110 13 7 0 5 0 2 3 14 3 15.24 15. ¿Cuántas horas a la semana usa el computador? Número de estudiantes % estudiantes Número de Computadores Tiempo en horas 0 1 2 3 Más de 3 Σ 64 49 6 0 0 119 53.92 Ninguna 37 31.92 5. Persona ¿Además de usted.78 13.97 Lugar Edad Colegio Casa Centros de Internet Σ % 57 6 3 0 9 810 0 4 0 4 1415 0 0 0 0 57 0 0 0 0 1415 0 2 0 2 Σ 99 15 5 119 0.61 6.00 0. ¿Cuántos computadores hay en su casa? Número de estudiantes % de estudiantes Tabla 10.13 10. juego y otro Σ 64 16 13 15 8 3 119 53.00 100 Tabla 9.00 % 83.18 4.69 31.04 0.61 4.19 9.45 10. ¿Para qué usa más frecuentemente el computador? Número de estudiantes % estudiantes Tabla 12 Actualmente utiliza el computador en: Número de estudiantes % estudiantes Uso Lugar Estudio Juego Otro Estudio y juego Estudio y otro Estudio.19 12. el conocimiento de programas computacionales propios de la química. con el siguiente grupo de preguntas se pretende determinar los hábitos informáticos. D. convirtiendo esta herramienta en una fuente de información unidireccional. probablemente como forma de consulta. la forma en que se puede usar los computadores en la clase de química y las principales dificultades que se presentan al hacer uso de los computadores en el aula escolar. y adicionalmente que la intervención de los padres respecto al manejo del computador sea tan solo de un 9.De a cuerdo a los resultados ilustrados en la tablas anteriores.29% de los estudiantes de la I. el manejo de los mismos. Bajo estas circunstancias el 41. si los estudiantes consideran la informática como una herramienta que puede llegar a mejorar su rendimiento escolar.78% de estudiantes no tenga computador. 82 . E. El hecho de que un bajo porcentaje de los padres haga uso del computador.27% de los mismos halla interactuado con el computador por primera vez en el colegio durante las clases de informática especialmente entre los 8 y 10 años. de ahí que el 72. De otro lado la distribución de instituciones educativas por localidades hace que el 93. Las tablas 14 a 16. Manuelita Sáenz pertenezcan a la localidad cuarta (San Cristóbal). donde el porcentaje femenino supera levemente al porcentaje masculino. frente al aprendizaje y uso del estudiante en cuanto al área informática. y el posible uso de los documentos audiovisuales.13%. de estratos 1 y 3. con las que cuenta el colegio y las áreas y asignaturas donde frecuentemente son empleados.24 y 15. muestran las clases de documentos audiovisuales que conocen los estudiantes. mientras que las tablas 17 a 21 infieren en el uso de los computadores en las diferentes asignaturas. Respecto al segundo aspecto. dentro de un ámbito escolar (tablas 14 a 21). los alumnos del grado undécimo presentan una edad promedio de 16 años.8% de los estudiantes usa el computador en los centros de Internet entre 1 y 5 horas semanales principalmente para el estudio. lo cual ayuda a comprender que el 53. sugiere que hay ínfima supervisión. que empleando la informática en las clases de química se aprende más y de mejor forma? Opción Número de estudiantes % estudiantes Opción Número de estudiantes % estudiantes Si No Σ 0 119 119 0. Además de la clase de sistemas.68 1.22 27.20 2.06 41.84 100 Tabla 18. ¿Qué clase de documentos documentos audiovisuales conoce? Σ parcial % Tabla 15.01 100 83 .18 38.88 1.68 0.35 56. con qué frecuencia y qué clase de documento audiovisual ha empleado los profesores en el presente año Documento Audiovisual Video-Documental Película 1 vez 2 veces 3 o más veces 1 vez 2 veces 3 o más veces Σ parcial Asignatura % Área Área Frecuencia Asignatura Humanidades Ciencias Arte Ética Filosofía política Química Física 24 7 3 0 6 4 0 0 0 0 3 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 4 7 8 0 3 0 5 15 2 0 0 0 33 29 13 1 13 7 79.99 21.83 Tabla 17.00 100 100 Si No Σ 94 25 119 78.72 5.52 1. ¿Considera usted. En qué asignatura.66 15. ¿Conoce programas computacionales específicos de química? Tabla 19. ¿en qué otra clase usan los computadores? Asignatura Número de estudiantes % Estudiantes Ninguna Inglés Tecnología Español Ciencias políticas Química Matemática Σ 71 35 5 3 2 2 1 119 59.30 47.17 20.13 6.66 29.68 Documentales Películas Videos 56 55 33 47. ¿Con qué clase de documentos audiovisuales cuenta el colegio? Σ parcial % Documento audiovisual Documento audiovisual Documentales Películas Novelas Noticieros Videos Seriados Realities Deportes Comerciales 73 67 56 49 46 18 8 7 2 61.06 46.73 Tabla 16.Tabla 14.41 4. Tabla 20. que existe cierta apatía o falta de conocimiento por parte de los profesores.66 12. Estas clases de documentos son empleados en un 79. videos y películas.89 20. sino. se pueden usar los computadores en la clase de química? Posible forma de uso Número de estudiantes % estudiantes fuente de información Herramienta de exposiciones Simuladores de reacciones Software de ejercicios químicos Laboratorios virtuales Repaso del tema De ninguna forma Σ 46 15 11 7 6 6 28 119 38. el 71% coincidió que en ninguna. superando en un 58. que son las principales dificultades que se presentan al utilizar los computadores en las diferentes clases exceptuando la de informática? Dificultad Número de estudiantes (parcial) 42 37 32 24 15 4 12 % estudiantes 35.04 23. mientras que en el área de ciencias son presentados entre 1 y 2 veces.04 5.64 % al área de ciencias. Esto conlleva a que un porcentaje superior de estudiantes no tenga conocimiento de programas específicamente hablando de la asignatura de química. ¿Cuáles considera usted.61 3.24 5.08 Falta de conocimiento de los programas Falta de salas adecuadas Falta de interacción con el profesor durante las clase en la sala de sistemas Dispersión de los alumnos frente a la clase Manejo de los computadores Conocimiento de inglés Ninguna En la tabla 14 se muestra una lista de los documentos audiovisuales que los alumnos manifestaron conocer y de esa lista el colegio cuenta con documentales.17% en el área de humanidades.36 10. ¿De qué forma considera.53 100 Tabla 21.09 26. es decir. 3 o más de 3 veces al año. 2.88 5.61 9. lo cual deja ver que no solo los estudiantes y las familias a las que pertenecen los estudiantes usan poco los sistemas. De igual forma cuando se les preguntó a los estudiantes que además de la clase de informática en cual otra clase hacían uso de la sala de sistemas. de igual forma el área de ciencias es superado en cuanto a frecuencia. los documentos audiovisuales son presentados en el área de humanidades 1.17 12.29 31. bien sea por falta de interés o por falta de conocimiento de programas por parte del profesor. Para seguir encaminando la encuesta hacia el estudio de la informática en el aula de clase de química se preguntó a los estudiantes si ellos consideraban que la 84 . 91 100 85 . seguido de la falta de espacios adecuados y el temor de la extinción de la interacción profesor-alumno. ¿Cómo representa el profesor de química un fenómeno molecular? Número de estudiantes % estudiantes Opción Lo dibuja en el tablero Lo describe pero no lo dibuja Muestra un video Hace un prototipo a escala Otro Σ 74 32 8 2 3 119 62. Finalmente de acuerdo al tercer aspecto. ¿Explique brevemente cómo se llevan a cabo las prácticas de laboratorio de química? Número de estudiantes % estudiantes Forma en que se llevan a cabo las prácticas de laboratorio Por medio de una guía Por medio de la explicación del profesor Estudiantes que no respondieron Σ 12 25 82 119 10.08 21. es decir revelaron el temor a la falta de interacción humana entre el profesor y los estudiantes. El 25% que respondió no. de lo cual se obtuvo un sí de un 78%. De ahí que los estudiantes superficialmente vean la informática como una fuente de información antes de verla como una herramienta interactiva dentro de su proceso de enseñanza-aprendizaje.01 68. el siguiente grupo de preguntas en la encuesta pretender visualizar el desempeño del profesor frente a las explicaciones de interacción molecular (tabla 22). los procesos que se llevan a cabo para el desarrollo de las prácticas de laboratorio (tabla23). de acuerdo a las respuestas emitidas por los alumnos son: la falta de conocimiento de los programas específicos de cada asignatura.informática mejoraba o no el aprendizaje de ellos mismos frente a la química.72 1. encontrando que las principales dificultades que se tienen a la hora de usar la informática como herramienta en este proceso. manifestaron que un ordenador no podría solventar dudas como lo hace regularmente el profesor. y de igual forma se pretende indagar si a los estudiantes se les ha impartido algún tipo de conocimiento referente a la electroquímica (tabla 24).68 2. Tabla 22. justificando que era una forma de motivación y al mismo una herramienta que les permitía obtener más información de una forma inmediata y sencilla.19 26.52 100 Tabla 23.89 6. 77 12.77 11. implementando nuevos conceptos como la energía libre de Gibbs. Esto hace que durante el proceso probablemente se obvie información o simplemente que el estudiante no desarrolle la habilidad de interpretación de fenómenos microscópicos. o que lo describía pero no lo dibujaba. En cuanto al desarrollo de las prácticas de laboratorio los alumnos dejaron ver dos tendencias: una donde el profesor limita las prácticas a una guía y otra donde el profesor es el encargado de dar instrucciones antes de iniciar el laboratorio sin la necesidad de dicha guía. la construcción de electrodos y la construcción de celdas electroquímicas. Test de ideas previas El test de ideas previas (anexo 2) hace referencia explícitamente a fenómenos de óxido-reducción que conllevan a una transferencia de carga basada en los electrones de valencia. puesto que de acuerdo a la tabla 24.61 11. soluciones.06 32.36 Los estudiantes respecto a estas tres últimas tablas manifestaron que el profesor la mayoría de veces dibujaba un fenómeno molecular en el tablero. Por otro lado en la lista de temas visto por los estudiantes durante su vida escolar no se encontraron temas explícitos de la electroquímica. sin embargo con el desarrollo futuro de la propuesta didáctica se pretende que el estudiante con el listado de la tabla 24 pueda articular y profundizar en los temas de reacciones.26 47. Mencione los principales temas de química que ha visto durante su vida escolar Tema Número de estudiantes % estudiantes Nomenclatura Reacciones Átomos Balance de ecuaciones Estequiometría Materia Medidas Mezclas y soluciones Enlaces químicos Otros 61 56 39 15 14 14 12 10 8 4 51.40 6. dichos fenómenos son aspectos fundamentales en los procesos electroquímicos que no son claramente expuestos en el presente cuestionario. proceso electrolítico y concernientes a estos.77 10. átomos y medidas. en función del documento audiovisual. la 86 . por ello se ve la necesidad de emplear una serie de interrogantes que evalúen aproximación de los conceptos que los alumnos tienen frente a la electroquímica.Tabla 24. 6.72 3. los alumnos no tienen una formación académica frente a este tema específico en la signatura de química. balance de ecuaciones.08 8. proceso galvánico. se espera determinar la capacidad del alumno de interpretar que en todas las clases de reacciones químicas. posiblemente. es de esperar que posteriormente esté en la capacidad de articular los fenómenos de óxido-reducción con la electroquímica y contextualizarlos con su entorno. de ahí que si el alumno tiene claro el concepto de ion en cuanto a la estructuración y carga del mismo. ocurre este fenómeno y como es la estructura posterior intervinieron en el proceso de óxido-reducción.Con la primera pregunta del test se pretende determinar el grado de apropiación. Con base en los puntos 4 y 5 se espera valorar la habilidad de identificación y aplicación. de cual es el papel que juegan los estados de oxidación y los electrones de valencia en este proceso. protón y electrón) y que las puede caracterizar de acuerdo a su carga. las implicaciones que se tienen cuando un átomo cede electrones y otro los acepta. Los resultados obtenidos se exponen en la tabla 25. ionización y disociación que podrían llevarse a cabo dentro de un proceso electroquímico. donde los datos en rojo muestran 87 . en cuanto a su carga y función dentro de un proceso electroquímico. de los átomos o iones que Estandarización: la estandarización del test de ideas previas (anexo 8) se llevó a cabo en un grupo de 32 estudiantes de la misma institución paralelo a los dos grupos en estudio (grupo experimental y grupo de comparación). Con el interrogante dos. Si el alumno maneja los aspectos concernientes. La pretensión de la pregunta 6 es la de identificar las representaciones que pueden llegar a hacer los alumnos sobre la transferencia de cargas en una reacción. dicha pregunta resulta de importancia en la medida que los electrones son las subpartículas fundamentales en los procesos electroquímicos. estará en la capacidad de inferir en los procesos de óxido-reducción. que tiene el alumno frente a las partículas subatómicas. Si la respuesta por parte del alumno es correcta. La pregunta 3 hace referencia a la posible carga atómica o molecular adquirida cuando se pierden o ganan electrones. hay una redistribución de carga y masa que conducen a una transformación y por tanto este acontecimiento no implica que haya una descompensación de masa o carga neta. que presentan los alumnos frente a las reacciones de óxido-reducción. si en realidad están en la capacidad de exponer cómo. además. se asume que diferencia y ubica dentro del átomo las subpartículas básicas (neutrón. 4 Para calcular el índice de dificultad (ID).637 0. la cantidad de preguntas muy difíciles.109 0.492 73 LA TORRE.453 0. 142-176 88 . Ítems Índices Índices De Dificultad Preguntas 1 2 3 4 5 % Ideal Muy Fáciles Fáciles Dificultad Media Difícil Muy Difícil > 0. y SANÍS. Teniendo en cuenta los resultados.74 0. de dificultad media.1 5 c 6 19 0 d 19 59 e 3 9.74 0.la cantidad de estudiantes y el porcentaje de los mismos que respondieron acertadamente las preguntas y el HR que hace referencia al número de alumnos que no alcanzaron el ítem y por tanto no trataron de resolverlo ó a las respuestas que fueron anuladas por escoger más de una opción. con el fin de determinar que preguntas debían ser reemplazadas o eliminadas del test. difíciles. fáciles o muy fáciles.25 10 20 40 20 10 0.4 b 1 3. Pregunta Opciones n % HR a 4 13 b 1 3 1 c 22 69 1 d 3 9 e 1 3 a 9 41 b 18 44 2 c 1 3 0 d 1 3 e 3 9 Resultados de la estandarización 3 a 9 28 b 5 16 c 9 28 0 d 2 6 e 6 19 a 10 31 b 13 41 4 c 4 13 0 d 5 16 e 0 0 a 3 9. Técnicas de investigación en ciencias sociales. A. Tabla 25.44 < 0. A. p. Madrid 1995. de cada pregunta de opción múltiple con única respuesta se empleó la ecuación 9.45 a 0.258 0. E A – __________ n–1 N – HR ID = .25 a 0. Anal No 7.54 0. (9) Donde: ID A E n N = = = = = Índice de dificultad Número de aciertos Número de errores Número de opciones de los ítems Número de alumnos evaluados Tabla 26. están dentro del porcentaje ideal para pruebas objetivas73 como se muestra en la tabla 26.55 a 0. Pregunta Opciones n % HR a 3 10 b 0 0 1 c 27 87 0 d 1 3 e 0 0 a 9 29 b 8 26 2 c 9 29 0 d 1 3 e 4 13 a 13 42 Grupo de comparación 3 b 4 13 c 5 16 3 d 5 16 e 1 3 a 6 19 b 13 42 4 C 3 9.4 b 7 26 4 c 8 30 0 d 8 30 e 2 7.2 a 6 19 b 4 13 5 c 3 9. Tabla 27. muestra que el estudiante no tiene claro el fundamento tanto del balance de masa y carga (que es lo que nos permite realizar el balance de las ecuaciones). sin llegar a intercambiarlos. respectivamente) relacionó balance de ecuaciones con la formación de enlaces. Este resultado. ya que el 56% y el 42% de 89 . que los alumnos no identifican la estructura atómica de los iones. se concluye. que aunque relacionado no es indispensable para realizar el balance de una ecuación química.4 a 3 11 b 3 11 5 c 4 15 0 d 14 52 e 3 11 Tabla 28. Se requiere por tanto que el estudiante precise estos conceptos y conozca para que sirve cada uno y en que contexto se deben aplicar.7 0 d 8 26 e 1 3. En la pregunta 2 el 29% y el 37% de estudiantes de ambos grupos el (grupo experimental y grupo de comparación. Respecto a la pregunta número 3.7 De acuerdo a dichos resultados. como el concepto de enlace químico. Aplicación: los resultados obtenidos de la aplicación del test de ideas previas (anexo I) al grupo experimental con 27 estudiantes y el grupo de comparación con 31 estudiantes se muestran en las tablas 27 y 28 respectivamente. no se incluye en la anterior estadística puesto que es de tipo abierto. 2.7 1 d 14 45 e 3 9. Pregunta Opciones n % HR a 1 4 b 1 4 1 c 18 67 1 d 4 15 e 2 7 a 10 37 B 9 33 2 c 1 4 0 d 0 0 e 7 26 a 15 56 Grupo experimental 3 b 3 11 c 3 11 1 d 4 15 e 1 4 a 2 7.La pregunta número 6 del anexo 2. se identificaron tres grandes falencias en los alumnos de los dos grupos: 1. Sin embargo los estudiantes no identificaron los átomos que se reducen o que se oxidan. no mostraron explícitamente los realizan el balance de ecuaciones exitosamente. pero no lo relacionan con el concepto de óxido-reducción y la carga 90 . mientras que el 26% y 42% respondieron correctamente la pregunta 4 (opción b. pero son incapaces de inferir en el porqué de la carga otorgada. los alumnos pueden conocer la carga de los cationes o de los aniones. es que los profesores quizá omitan este aspecto a la hora de enseñar la aplicación y el concepto de óxido-reducción. 3. no interpretan el fenómeno de óxido-reducción en términos de cargas o simplemente no tienen conocimiento de su aplicación. Lo que se pretendía era que el alumno mostrara explícitamente los electrones de valencia de cada uno de los átomos que intervenía en este proceso de óxido-reducción así como la cantidad de electrones que se transferían y el posible modelo de la estructura posterior al fenómeno de transferencia de electrones.).. Como consecuencia de la falencia anterior los alumnos en la pregunta 4 A pesar de que los alumnos pueden llegar a presentan dificultad al relacionar la pérdida o ganancia de electrones con la carga posterior del átomo. 9 relacionan la carga de un átomo con la ganancia o pérdida de electrones y este fenómeno. En cuanto a la pregunta número 6 de tipo abierta. de ahí que no estén en la capacidad de representar gráficamente en un modelo atómico. que muestra los átomo neutros de litio y cloro. memorizar que la oxidación es la pérdida de electrones y que la reducción es la ganancia de los mismos. lo que confirma que los alumnos pueden llevar a cabo exitosamente ciertos procesos como el balance de ecuaciones sin tener en cuenta la influencia del concepto de óxido-reducción en la carga del átomo. tan solo 8 personas. dicha carga. Una posible causa de este hecho. de las 58 personas que participaron del test de ideas previas. es decir. con el balance de ecuaciones de reacciones de óxidoreducción. entre los dos grupos intentaron interpretar la transferencia de electrones de la ecuación HI + HclO → I2 + HCl + H2O. El 52% y el 45% de estudiantes de los dos grupos respondieron acertadamente la pregunta número 5 (opción d). A partir de los resultados anteriores se encontró que 3 personas del grupo experimental y 6 del grupo de comparación respondieron correctamente las dos preguntas 4 y 5. 11 relacionan la carga del átomo con el fenómeno de óxido-reducción pero no con el balance de la ecuaciones y 19 del átomo.estudiantes seleccionó la opción a. es decir. La unidad didáctica se diseñó como propuesta para la enseñanza y mejoramiento de los conceptos electroquímicos.electrones de valencia y no tuvieron en cuenta la cantidad de electrones transferidos. se presenta la Propuesta para la enseñanza y mejoramiento de los conceptos electroquímicos en la educación básica y media desde un enfoque ambiental.2. Problema de la unidad didáctica ¿Cómo los procesos electroquímicos se convierten en un eje articulador de transporte de carga? temas como. Teniendo en cuenta lo anterior.. 15 75 91 . balance de ecuaciones. Op cit. et al.. que los criterios y las formas de elaborar las unidades didácticas van a depender de las personas implicadas en el proceso y de la gestión del mismo74. cualquier propuesta de modelo de enseñanza debe ser valorada como un marco orientador a partir del cual cada profesor o profesora. medidas de concentración. energía libre de Gibbs y Tema: PROCESOS ELECTROQUÍMICOS 74 FERNÁNDEZ.3 Propuesta para la enseñanza y mejoramiento de los conceptos electroquímicos en la educación básica y media desde un enfoque ambiental Para este punto es necesario precisar.. 18. 6. reacciones químicas. p. p. et al. a acepción de una de las actividades de iniciación (observación del documental El Electrón) de primer núcleo problémico. ADÚRIZ. para estudiantes de estratos 1 a 3 de grado undécimo. pertenecientes a una institución que desarrolla en su media técnica programas educativos ambientales. reelabora y reinventa según su criterio para adaptarse a sus contextos75. a continuación. en función de cada situación concreta de enseñanza. Adicionalmente se hace la observación de que esta propuesta no ha sido aplicada en el presente trabajo. Op cit.. ni la estructura atómica final del proceso. Consecuentemente. profundizar y articular los conceptos básicos de la electroquímica a partir de la contextualización de la misma Objetivos Específicos • Implementar en el aula de clase la construcción de instrumentos fundamentales como los electrodos. para llevar a cabo prácticas de laboratorio básicas electroquímicos. intenciones y/o finalidades de la unidad didáctica. 92 . Promover destrezas cognoscitivas frente a la caracterización y divergencias entre los procesos galvánicos y los procesos electrolíticos. • Nuestro ambiente se ve afectado positiva y negativamente por el empleo y desarrollo de los procesos electroquímicos. objetivos.Objetivos de la unidad didáctica Objetivo General Enseñar. Desarrollar actitudes críticas frente al beneficio y perjuicio de los procesos electroquímicos en el ambiente. • Promover en los alumnos habilidades de crítica y proposición frente a los efectos de los procesos electroquímicos referentes a los procesos Ideas fuerza de la unidad didáctica • De forma controlada la producción o gasto de energía de las reacciones químicas es empleada en sistemas tecnológicos. • • • • • Conocer la función de los electrodos dentro de un proceso electroquímico. Promover actitudes de proposición de alternativas frente a los detrimentos del ambiente causados por los procesos electroquímicos. Principios. Lograr una perspectiva general de la implementación de los procesos electroquímicos en la vida diaria. pirita. Conceptuales • Estructura Atómica Partículas subatómicas ° Estados de oxidación ° Estructuras iónicas ° Ecuaciones químicas Ionización ° Disociación ° Reacciones de neutralización ° Reacciones de óxido-reducción ° Transporte de carga en reacciones de óxido-reducción ° Balance de ecuaciones ° Procesos electroquímicos Componentes de una celda ° Clases de electrodos ° Proceso galvánico ° Proceso electrolítico ° Trasporte de carga y masa en un circuito electroquímico ° Voltaje y amperaje ° Potenciales estándar ° Energía libre de Gibbs ° Titulaciones potenciométricas ° • • 93 . metodologías de debate y socialización de documentos audiovisuales.Recursos didácticos Relacionados con las fuentes de información • • • Libros de química básica Lecturas relacionadas con el tema central Páginas electrónicas especializadas Documentos audiovisuales Relacionados con la dinámica de trabajo • Instrumentos de evaluación diagnóstica (encuestas y test de ideas previas). agar.) Contenidos a desarrollar y profundizar en los estudiantes con el desarrollo de la unidad didáctica. fuentes de poder. tubos plásticos. consultas y resultados • Materiales específicos referentes a la construcción de electrodos y a la aplicación de procesos electroquímicos (voltímetros. entre otros. alambre de cobre. Consulta. Titulaciones potenciométricas para el análisis de acidez y basicidad en aguas. AD actividades de desarrollo. socialización y debate del uso de procesos electroquímicos en nuestro entorno. Formulación de procesos electroquímicos alternativos que conserven el equilibrio entre el desarrollo industrial y el ambiente. Situaciones problémicas y temporalización. Presunción de los fenómenos químicos que se llevan a cado dentro de los procesos electroquímicos. AE Test de ideas previas sobre la aproximación al concepto de electroquímica.Procedimentales • • • • • Construcción de electrodos indicadores y electrodos de referencia. de la unidad didáctica Problema 1 ¿Por qué al dejar una carrocería a la intemperie esta se oxida? 9 horas Problema 2 ¿Cómo y para qué se emplea la energía que producen las reacciones químicas? 9 horas Problema 3 El fenol es un contaminante proveniente de la mayoría de las industrias. ¿Cómo eliminar el fenol del agua empleando la corriente eléctrica? 21 horas Problema 4 ¿Por qué las pilas se descargan? 5 horas Secuencia de actividades de la unidad didáctica AI actividades de iniciación. Sensibilización frente a los prejuicios ocasionados por los procesos electroquímicos. AA actividades de acabado. Generación y consumo de energía para el beneficio de la humanidad. 94 . AP actividades de profundización y AE actividades de evaluación. Actitudinales • • • Crítica frente a beneficios y perjuicios de los procesos electroquímicos en el ambiente. AI Identificación de las partes de una celda galvánica. AA Crítica sobre los beneficios y perjuicios de las técnicas de recubrimiento. AE Informe: produciendo energía eléctrica a través de la energía química. AE Informe sobre acidez y alcalinidad del agua. AI subproblema: ¿Cuánta energía gasta o produce un proceso de óxido-reducción? AD Elaboración de una lista de reacciones de óxido-reducción que se presenten con frecuencia en nuestro entorno. AE Cuestionario sobre fenómenos de óxido-reducción. AD Exploración ¿Qué sucede con el fenol cuando electrizamos el agua? (anexo 5) AA Observación de una animación de procesos electrolíticos. AI Consulta. AA Subproblema: ¿Cómo se recicla una pila? AE Formulación de alternativas frente a la contaminación ocasionada por el empleo de pilas en la vida diaria.Problema 1: ¿Por qué al dejar una carrocería a la intemperie esta se oxida? AI Observación del documental EL ELECTRÓN. Problema 3: El fenol es un contaminante proveniente de la mayoría de las industrias. AI Principales procedimientos para la remoción del fenol de las aguas. AD Cálculo de la energía que gastan o producen las reacciones de óxido-reducción que se presentan frecuentemente en nuestro entorno. Problema 4: ¿Por qué las pilas se descargan? AI Lectura sobre la importancia de las pilas en la vida diaria. AP Planteamiento de alternativas en los procesos industriales para disminuir la contaminación del agua. AD Exploración: construcción de electrodos de referencia y electrodos indicadores (anexo 4). Problema 2: ¿Cómo y para qué se emplea la energía que producen las reacciones químicas? AI Observación de una animación sobre la historia de la electroquímica. AI El grafito como conductor de electrones. AI Observación de una animación sobre la construcción de electrodos de referencia y electrodos indicadores. AE Cuestionario: divergencias entre procesos galvánicos y electrolíticos. socialización y crítica de las principales fuentes de emisión del fenol como agente contaminante del agua. AD Exploración: construcción de puentes salinos AD Exploración: produciendo energía eléctrica a través de la energía química. AI Sudproblema: ¿Qué tan ácida o básica es el agua de nuestro entorno? AI Consulta y socialización sobre los parámetros físicos del agua. AA Análisis y crítica de los procesos galvánicos en nuestro entrono. AI Subproblema: ¿Por qué unas pilas son recargables y otras no? AD Crítica y sensibilización sobre el empleo de las pilas. AD Subproblema: ¿Qué métodos se pueden emplear para evitar la corrosión de las carrocerías? AA Análisis de técnicas de recubrimiento. 95 . AD Exploración: construcción de electrodos de grafito (anexo 4). ¿Cómo a partir de una reacción entre el yoduro de potasio y el hipoclorito de sodio comercial (blanqueador) se puede prender un bombillo led? (anexo 5) AA Caracterización del proceso electroquímico correspondiente a una celda galvánica. Observación de una animación sobre la construcción de electrodos de grafito. ¿Cómo eliminar el fenol del agua empleando la corriente eléctrica? AI Análisis de los efectos contaminantes del fenol en el agua. AP Elaboración de una lista de procesos electrolíticos que emplea el hombre en su vida diaria. AP Observación de una animación sobre procesos galvánicos. AD Exploración: determinación de la acidez y alcalinidad de una muestra de agua por el método Potenciométrico (anexo 6) AA Sensibilización sobre las consecuencias de la contaminación del agua. permite al usuario tomar la decisión de manipular el orden de la proyección a su conveniencia. que se construyó en el presente trabajo para hacer parte de las actividades de la unidad didáctica. Documento audiovisual. Para esta actividad de iniciación. generando de esta forma mayor interactividad entre el documento y el usuario.7. Temporalización del documento audiovisual Conjuntamente el diseño en flash y el medio de proyección (los computadores) del documento. se ha desarrollado el primer núcleo problémico y de esta forma justificar el diseño fragmentado del documento audiovisual “Hacia la electroquímica”. “Hacia la electroquímica” El documento audiovisual construido bajo el formato flash. Figura 14. muestra 3 contenidos principales (figura 14): los procesos electroquímicos. la construcción fácil de electrodos y parte de la historia de la electroquímica. dejando de lado la linealidad de los documentos audiovisuales clásicos. En el grupo experimental se realizaron pausas durante la presentación del documental. para esta sesión el número de estudiantes aumentó en 7 en el grupo experimental. Adicionalmente con el fin de dar una visión general del posible uso correcto de los documentos audiovisuales particularmente en las aulas de química. se presentó un documental obtenido comercialmente llamado “El Electrón” que tiene una duración de 30 minutos y trata el portento de la óxido-reducción en el contexto ambiental e industrial. donde no se superan los 15 minutos de proyección entre uno y otro contenido. con el fin de aclarar dudas respecto a la información 96 . con el fin de promover dinamismo en un contexto escolar respecto al documento. El documental fue proyectado a los mismos grupos donde se aplicó el test de ideas previas. 5 a 18 58 3 b 8 26 1 Grupo de comparación 4 c 4 13 a 2 6. hace referencia a que los documentos por sí solos no provocan cambios significativos ni en la educación en general. han mejorado la interpretación. ni en los procesos de enseñanza-aprendizaje en particular77. 330 y 332 CABERO.proporcionada por el video.9 a 2 5.7 a 13 42 b 9 29 1 5 c 5 16 d 3 9. necesitarán ir de la mano del profesor en un contexto escolar. Al final de cada sesión se realizó un test (anexo 11) a los dos grupos donde participaron 34 alumnos en el grupo experimental y 31 en el grupo de comparación. los dos grupos frente a las preguntas 1 y 2 del test de por lo cual siempre evaluación del documento audiovisual. muestra que el grupo experimental tuvo un mayor porcentaje de alumnos que respondieron correctamente las preguntas del test. Op cit. p.5 7 6 c 7 23 d 7 23 La tabla 29. 77 97 . Pregunta Opciones n % HR a 5 16 1 b 12 39 0 c 14 45 a 15 48 2 b 13 42 1 c 2 6. pues se debe enfatizar en uno de los principios didácticos de los documentos audiovisuales. frente al grupo de comparación (tabla 30) . que tratan sobre las estructuras y cargas atómicas cuando se han perdido o ganado electrones. Pregunta Opciones n % HR a 2 6 1 b 8 24 1 c 23 68 a 18 53 2 b 11 32 0 c 5 15 a 18 53 3 B 8 24 0 Grupo experimental 4 c 8 24 a 12 35 b 16 47 0 c 6 18 a 4 12 b 19 56 0 5 c 10 29 d 1 2. lo que confirma la hipótesis de Alexandre Claro Loff76 que hace referencia a una mejora en el rendimiento escolar cuando se presentan documentos audiovisuales cortos. mientras que en el grupo de comparación el video fue visto sin interrupciones (anexo 10). Los resultados obtenidos se muestran en las tablas 29 y 30.5 b 26 84 0 c 3 9. De otro lado.7 a 8 26 b 2 6. 76 CLARO LOFF. sin embargo en el primer grupo (grupo experimental) este rendimiento es más significativo. en comparación a las preguntas 3 y 4 del test de ideas previas. Tabla 29. Op cit.9 b 9 26 13 6 c 4 12 d 6 18 Tabla 30. que pueden ser adaptados a las necesidades y recursos de los diferentes entes educativos. económicos y no tóxicos. siendo necesario aclarar que esta última condición puede cambiar. Op cit. La valoración diagnóstica respecto a la caracterización de los estudiantes y las ideas previas de los mismos. la construcción de electrodos de referencia y electrodos indicadores de fácil ensamblaje. el de mejorar el rendimiento escolar de los estudiantes a través del correcto uso del documento audiovisual y 3. contexto social de los estudiantes y características de cada grupo de estudiantes. el documento audiovisual como herramienta en la práctica pedagógica con tres objetivos principales: el ayudar al profesor en la ilustración de fenómenos moleculares. 98 . que se basa en la difícil adquisición de los electrodos. . frente a la clase de institución educativa. el de motivar y al mismo tiempo. para que se produzcan cambios significativos en el contexto escolar respecto a las diferentes 78 FERNÁNDEZ. este documento audiovisual se formula como herramienta para el mejoramiento de la aprehensión de conceptos electroquímicos con base en los resultados obtenidos con el desarrollo de la actividad de iniciación del primer núcleo problémico. donde se demuestra que debe existir una intervención por parte de los profesores frente a la proyección de documentos audiovisuales y de esta forma suscitar en los estudiantes la participación e interacción entre la información y el estudiante. En este caso particular se diseñó con forme a los resultados obtenidos en el campo químico y el campo didáctico. 2. CONCLUSIONES • La propuesta de aprehensión y mejoramiento de los 78 conceptos electroquímicos desde un enfoque ambiental en la educación básica y media. et al. sustentando tres ejes centrales: 1. construcción de electrodos de referencia (Cu/CuSO4 y Ag/AgCl) e indicadores (grafito y pirita). • El documento audiovisual diseñado para la unidad didáctica ayuda a los así como propone una pequeña guía animada y sencilla para la profesores en la ilustración de fenómenos moleculares dentro de la práctica pedagógica. Además. en la cual se plantean las actividades a partir de las ideas previas de los estudiantes. usando como canal los documentos audiovisuales fragmentados siempre en compañía de los enseñantes. se fundamentó en el modelo de unidad didáctica de Fernández et al.8. con el fin de superar uno de los principales inconvenientes a la hora de realizar prácticas electroquímicas. en compañía del documento audiovisual que se construyó. 99 . independientemente del formato de proyección y la información incluida. Por otro lado los electrodos de pirita son estables frente a los cambios de pH. Adicionalmente. en procedimientos de neutralización y en los procedimientos de óxido-reducción. demostrando su eventual empleo como sensor. lo que hace que sean confiables para las medidas potenciométricas en el aula de clase. transporte de carga y masa. económicos y de mínima toxicidad para estudiantes de educación básica y media. pueden llegar a ser útiles a la hora de explicar y articular la energía libre de Gibs y la influencia de esta en las reacciones espontáneas y no espontáneas. la activación del electrodo de grafito genera un potencial mayor frente a aquellos que no han sido activados. sin embargo los electrodos ensamblados en vidrio tienen una mejor respuesta frente al valor del potencial estándar. concentración.asignaturas particularmente la de química. auque muestren valores de potenciales celulares diferentes entre si. que se presentan en los diferentes procesos electroquímicos. los procesos galvánicos y electrolíticos. En cuanto a los electrodos indicadores. • Los electrodos de referencia ensamblados en plástico proporcionan economía frente a los electrodos ensamblados en vidrio. no obstante todos los electrodos de referencia construidos en el laboratorio tiene una variación de potencial entre 1 y 3mV. En las titulaciones potenciométricas. así como los fenómenos moleculares de óxidoreducción. los electrodos tanto de referencia como indicadores mostraron repuestas satisfactorias. aunque no cumple con el modelo propuesto para un electrodo de esta clase. debido a la pendiente sub-Nerstiana. Los materiales de ensamblaje de los diferentes electrodos permiten que sean de fácil construcción. como un cubo o una pirámide con el objetivo de que resulte más fácil para los estudiantes de secundaria dar esta forma al mineral. ya que está demostrado por los resultados obtenidos en la investigación de Alexandre Claro Loff en el área de español con alumnos de octavo grado en Portugal y por los resultados obtenidos en el presente trabajo en la signatura de química con alumnos de grado undécimo de una institución pública de Bogotá.8. A modo de reflexión para los docentes. En la construcción de los electrodos de pirita se sugiere que sea pulida con una forma definida. de ahí que se hace necesario usar una fuente de refrigeración externa que acelere el proceso de gelificación. igualmente si se pule con la forma indicada anteriormente. se recomienda que el electrodo se construya de forma plana para que su geometría no interfiera de forma significativa en la señal de los potenciales. se propone. se debe tener en cuenta que éstos tienen un proceso de gelificación más prologado que los electrodos que contienen agar. que los documentos audiovisuales deben ser presentados de forma fragmentada. RECOMENDACIONES Si se decide optar por el ensamblaje de los electrodos de referencia de Cu/CuSO4 plástico-gelatina/KNO3 o NaCl. que el rendimiento escolar mejora cuando se reduce el tiempo de la proyecciones audiovisuales. 100 . Natural monocrystalline pyrite as electrode material for potenciometric titrations in water. William. vol. Vol. Fisicoquímica. CABERO ALMENARA. 2002. ANTONIJEVIĆ. 2005. Alejandría S. España: Reverté S. B. BOULABIAR.9. Part I. BIBLIOGRAFÍA ALDAZ. 5 (May 2004). and MIHAJLOVIĆ. A historical analysis of the Daniell cell and oten electrochemistry teaching in French and Tunisian textbooks. Alexandre. CABALLERO. No. --------. Electroquímica Moderna.. BROCK. Facultad de Ciencias. Ahlem et al. 1978. En: Journal of Chemical Education. No 2 (April 2002) ATKINS. VUKANOVIĆ. Vol. O. Barcelona. K. R. M. Tesis doctoral. 1998. CLARO LOFF. Bogotá: Cooperativa editorial magisterio. Gerardo y GOLDSTEIN. El documento audiovisual en la práctica pedagógica. A. 1. Historia de la Química. Unidades didácticas en ciencias y matemáticas.. 18 de septiembre de 1991. Electroquímica y pilas de combustible: de ataño a hogaño. Universidad Autónoma de México. N. Estrategia para mejorar el rendimiento escolar. Patricia. 39. 1985. Versión escrita de la contribución al Simposio Michael Faraday por los doscientos años de su nacimiento. 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Reaction pathways and mechanisms of the electrochemical water research 39 degradation of phenol on different electrodes. Douglas y WEST. En: Educación Química. 1. y TOBÓN. (2005). V. México: Limusa S. M. SKOOG. J. Potenciometría con electrodos de referencia económicos “tipo-jeringa”. A. 1965. B. W. 155. México: Mac Graw Hilll. No 1 (enero de 2002). Li et al. V.SELIG. Historia de la electricidad. VILLAQUIRÁN. 61. C.A. Mallaerd. 7. No 1 (January 1999). June 2005. y LUIGGI. No. España: Mc Graw Hill. H. A. Usov y A. vol. E. V. NIST Standard Reference Database Number 69. Edgar. Douglas y LEARY. 4 ed. M. N. (agosto 2001-marzo 2002). XIAO-YAN. TATHALL. p. En: Materials research. Leskin. Eds. 81. Walter. En: Elsevier 104 . GÓMEZ. Madrid: Continente. Cálculo de parámetros electrónicos para el grafito Bernal. 6 ed. En: Journal of chemical education. WILCHES. Efimkna. N. No. Módulos de clase de electroquímica. 76. Talrose.gov) VASSOS. N. M. THOMAS J. A. Cali: corporación universitaria autónoma de occidente. A. VAZQUEZ. Studen construction of a gel-filled Ag/AgCl reference electrode use in a otenciométrica titration. y EWING. G.. Listrom and W. N. UV/Visible Spectrum in Nists Chemistry Web Book. A. Trusova. V. Stern. Messineva. Nacional Institute of Standards and Technology.A. En: Journal of Chemical Education. Donald. P.A. 20899 (http://webbook. Julio. 1987. Química analítica. SKOOG. D. (January 1984). 5. G. Vol. Gaitherburg MD. Yermakov. Electroquímica Analítica. M.nist. 2. Vol. p. 1994.. 1995. Análisis Instrumental. A. Goncharova. B. Electrodo de referencia Ag/AgCl(s). James. Vol. Potenciometric titrations using pencil and graphite sensors. 1996. Formato de encuestas para alumnos Formato de test de ideas previas Formato del test de evaluación del documental “El Electrón” Protocolo para la construcción de electrodos de referencia y electrodos indicadores Protocolo para la ilustración de procesos electroquímicos Protocolo para titulaciones potenciométricas ácido-base Aplicación de encuestas para alumnos Estandarización del test de ideas previas Aplicación del test de ideas previas Bitácora del desarrollo del primer núcleo problémico Aplicación del test de evaluación del documental “El Electrón” Los anexos 7. Anexo 8. químico puro de la Universidad Nacional De Colombia (sede Bogotá). Anexo 7. Anexo 6. Anexo 2. Anexo 10. La construcción de los electrodos. se realizó en paralelo al estudio “Construcción y caracterización mínima de electrodos para estudios potenciométricos” realizado por John Sadat Bernal Guerrero. 10 y 11 están incluidos en el CD adjunto al presente trabajo escrito. ANEXOS Anexo 1. 8. Anexo 4. Anexo 11.10. Anexo 9. 9. Anexo 5. 105 . Anexo 3. Anexo 1. Formato de encuesta para alumnos 106 107 108 Anexo 2. Formato del test de ideas previas 109 . 110 . Anexo 3. Formato del test de evaluación del documental “El Electrón” 111 . 821 112 . cit. Op.79 *** Esta pregunta fue formulada con base en la pregunta número 1 del test de ideas previas realizado por SANGER. p. and GREENBOWE. Esto junto con el potencial medido de la pila. algunos ejemplos de este tipo de electrodos son: • • • • Electrodo Electrodo Electrodo Electrodo de de de de hidrógeno Calomel o de amalgama plata.Los protocolos del los anexos 4. Anexo 4. sujetas a modificaciones de acuerdo a las necesidades y a los planes de estudio de las instituciones educativas. nos permite determinar un potencial desconocido en la otra semi-célula. denominados metálicos y de membrana selectiva para iones. 1994) (Posadas 1980). Los electrodos indicadores son de dos tipos. en la cual se usa un electrodo indicador cuya respuesta depende de la concentración del analito. Un electrodo de referencia está constituido por dos sustancias que contienen una misma especie química en dos estados de oxidación diferentes. Introducción El papel que juegan los electrodos en una celda electroquímica.cloruro de plata cobre. 1997)( Skoog y Leary. 5 y 6 pretender ser una guía para el profesor en las prácticas de electroquímica. Los electrodos se clasifican en dos grandes grupos. Para la elección de las sustancias que conforman un electrodo de referencia se debe tener en cuenta que en la solución en la cual se produce la transferencia de cargas no se modifique la concentración de la misma. Electrodos de referencia Los electrodos de referencia se utilizan para fijar el potencial de media celda de una pila electroquímica. que a su vez pueden subdividirse en otras categorías.sulfato de cobre Electrodos indicadores Un electrodo indicador es en algunas veces un elemento conductor prácticamente inerte frente a los cambios en estado de oxidación que se producen en el analito y frente a la solución de trabajo. 113 . corresponde fundamentalmente a la de conductores de la carga eléctrica. (Núñez y Peláez. los electrodos de referencia y los electrodos indicadores. Protocolo para la construcción de electrodos de referencia y electrodos indicadores Objetivo Implementar en el aula de clase de educación básica y media la construcción de electrodos de referencia y electrodos indicadores como estrategia para enseñar electroquímica a partir de la aplicabilidad y manejo conceptual de los mismos. Electrodos indicadores de membrana selectivos de iones Un electrodo de membrana selectivo de iones contiene una membrana de vidrio. 2004). con la que está en contacto. el cual puede ser determinado directamente del potencial en función del volumen en forma visual cuando se denote un salto significativo de potencial. el potencial de un electrodo indicador puede usarse para establecer el punto de equivalencia en una titulación (titulación potenciométrica). aunque estos dos últimos no son específicamente electrodos metálicos. el potencial que desarrolla depende únicamente del potencial del sistema de óxido–reducción de la solución en la que está sumergido. ejemplos de este tipo de electrodos son: • • • • Electrodos de vidrio Electrodo de membrana líquida Electrodos de estados sólidos o precipitados Electrodos detectores de gases. (Skoog y Leary. plata. de naturaleza tal que la diferencia de potencial entre la membrana y una disolución electrolítica. cobre y cadmio. ejemplo de esta clase de electrodos son los de platino. polimérica o líquida. • Electrodos de segundo orden: Responden de forma indirecta a los aniones que forman precipitados escasamente solubles o complejos con su catión • Electrodos para sistemas rédox: Este tipo de electrodos es por sí mismo inerte. De otro lado. oro.Electrodos indicadores metálicos • Electrodos de primer orden: Se utilizan para la cuantificación del catión proveniente del metal con que está construido el electrodo. como los de mercurio. viene determinada por la actividad de un ión en particular (Levine. cristalina. grafito y pirita. plomo. 1994) Materiales • • • • • • • • • • • • • • • • Jeringas de 3ml con tapón de caucho Tapones de caucho de 1cm de diámetro Tubos de vidrio de 3mm de diámetro y 6cm de longitud Tubos de vidrio de 1cm de diámetro y 7cm de longitud Conectores caimán-caimán Conectores caimán-banana Hojas de papel abrasivo fino Resistencia de 1500 Ω Mecheros o planchas de calentamiento Vasos de precipitado de 250mL Vasos de precipitado de 40mL Balón aforado de 100mL Balón aforado de 500ml Espátulas Agitadores manuales Resina epóxica 114 . Reactivos • • • • • • • • • • Equipos • • • • Voltímetro Amperímetro Fuente de 9 voltios Balanza Alambres de cobre de 3mm de diámetro y 10cm de longitud Alambres de plata de 2mm de diámetro y 5cm de longitud Barras de grafito de 3mm de diámetro y 10cm de longitud Cubos de pirita Agua destilada Agar o gelatina sin sabor Solución de sulfato de cobre (CuSO4) saturada Solución de nitrato de potasio (KNO3) saturada o cloruro de sodio (NaCl) Solución de cloruro de potasio (KCl) 0.1M Solución de cloruro de potasio (KCl) 3.5M Procedimiento Construcción de electrodos de referencia de cobre-sulfato de cobre (Cu/CuSO4) ƒ ƒ ƒ Preparar una solución saturada de sulfato de cobre (CuSO4) Preparar una solución saturada de Nitrato de potasio (KNO3) Limpiar con papel abrasivo fino un alambre de cobre aproximadamente de una longitud de 10cm y un diámetro de 3mm. Preparar una mezcla de agar al 5% (p/p) con una solución saturada de nitrato de potasio (KNO3). Calentar esta mezcla hasta que se obtenga una contextura espesa y transparente (la mezcla se bebe mantener en baño María hasta que llegue la hora del ensamblaje del electrodo). Llenar 1mL de un tubo de plástico obtenido de las jeringas de 3ml con mezcla de Agar/KNO3, evitando la formación de burbujas de aire. Dejar solidificar la mezcla durante 20minutos y después llenar el resto del tubo con la solución saturada de sulfato de cobre. Introducir el alambre de cobre dentro del tubo inmovilizándolo con un tapón de caucho previamente perforado, dejando una parte del alambre sobresaliente y evitando la remoción del agar. ƒ ƒ ƒ ƒ Construcción de electrodos de referencia de plata cloruro de plata (Ag/AgCl) • • • • Preparar una solución de cloruro de potasio (KCl) 0.1M Preparar una solución de cloruro de potasio (KCl) 3.5M Pesar y conectar un alambre de plata de 5cm de longitud y 1mm de diámetro, a la terminal positiva de una batería de 9voltios para la electrodeposición de Ag/Cl. Conectar en serie a la terminal negativa de la batería, una resistencia de 1500 Ω, un amperímetro y 10cm de alambre de cobre de calibre 12. 115 • • Medir el potencial sobre el alambre de plata respecto de un electrodo de referencia con un voltímetro, como se muestra en el esquema de la figura 1. Sumergir durante 10 minutos, los dos alambres (Ag y Cu) y el electrodo de referencia en 50ml de KCl 0.1M a una profundidad de 3cm (figura 1.) Figura 1 Esquema del circuito empleado para la electrodeposición de AgCl • • • • • Lavar suavemente con agua destilada y dejar secar durante 24 horas en la oscuridad el alambre de plata ahora recubierto de AgCl. Preparar de igual forma una mezcla de agar/KNO3 empleada para el ensamblaje de los electrodos de referencia de cobre sulfato de cobre. Llenar 1mL con mezcla de Agar/KNO3, un tubo de plástico obtenido de las jeringas de 3ml, evitando la formación de burbujas de aire. Dejar solidificar la mezcla durante 20minutos y después llenar el resto del tubo con la solución de cloruro de potasio (KCl) 3.5M. Introducir el alambre de Ag recubierto de AgCl dentro del tubo inmovilizándolo con un tapón de caucho previamente perforado, dejando sobresaliente la parte no recubierta del alambre, evitando la remoción del AgCl y el agar (figura 2.) Figura 2. Esquema general de electrodos de referencia de Cu/CuSO4 y Ag/AgCl 116 Construcción de electrodos indicadores de grafito • • Fijar con resina epóxica una barra de grafito de cualquier diámetro y 10cm de longitud a un tuvo de vidrio de diámetro similar, pero de menor longitud. Dejar secar durante una hora Construcción de electrodos indicadores de pirita • • • • • • Preparar una solución de KCl 3.5M Pulir una pequeña porción de pirita hasta obtener una superficie lisa, que se pueda introducir en un tubo de vidrio de 1cm de diámetro. Fijar la pirita al tubo de vidrio con resina epóxica, cuidando de no dejar pirita sobresaliente y evitando huecos entre la pirita y el tubo de vidrio. Dejar secar durante una hora Llenar el tubo con la solución saturada de cloruro de potasio (KCl) 3.5M Introducir e inmovilizar un alambre de cobre de 3mm de diámetro y 10cm de longitud con un tapón de caucho previamente perforado, dejando parte del alambre sobresaliente (figura 3). Figura 3 Esquema de electrodos indicadores a. Electrodo de grafito b. Electrodo de pirita Nota: el agar puede ser reemplazado por gelatina y el KNO3 puede sustituirse por NaCl Comercial teniendo en cuenta que el proceso de gelificación de la gelatina es más lento, por lo cual es necesario refrigerar el tuvo de plástico con la mezcla Gelatina/ KNO3 o gelatina/NaCl. Adicionalmente se recomienda que los electrodos de Ag/AgCl sean almacenados en la oscuridad para evitar la oxidación del recubrimiento de AgCl. 117 77. Vol. SKOOG. No 2 (April 2002) BOCKRIS. v. 1980. En: Journal of Chemical Education. 4 ed. 1978. Ira. A. Fisicoquímica.2. En: Talanta. y REDDY. Douglas y LEARY. G.. vol. En: Journal of Chemical Education. Electroquímica Iónica: Estudio de los Electrolios en equilibrio. España: Mc Graw Hill. B. En: Sensors.Literatura Citada ANTONIJEVIĆ. K. Programa Regional de Desarrollo Científico y Tecnológico. Vol. Natural monocrystalline pyrite as electrode material for potenciometric titrations in water. LEVINE. NÚÑEZ VALDÉS. Introducción a la electroquímica. R. O. --------. España: Mc Graw Hill. Part I. Titrations with permanganate. Easy to make Ag/AgCl reference electrode. En: Journal of Chemical Education. México: 1984. P. Waschington D. Vol. 1. RIYAZUDDIN. and DEL VALLE M. Vol. A.. EAST. N. No 7 (September 1991-January 1992). España: Reverté S. Análisis Instrumental. M. 5 ed. Natural monocrystalline pyrite as sensor for potentiometric redox titrations. THOMAS J. M. D. Studen construction of a gel-filled Ag/AgCl reference electrode use in a potenciometric titration. No 1 (January 1999). James. Ernesto. M. No 1 (January 2002). POSADAS.C: Secretaría General de la Organización de los Estados Americanos. 76. and MIHAJLOVIĆ.M. 2. Electroquímica Moderna. VUKANOVIĆ. A. Fabrication of a multipurpose graphite electrode assembly. 1994. 118 . 39. 2004. Carlos y PELAEZ ABELLÁN. está definido como el electrodo donde se lleva a cabo la semi–reacción de reducción y el ánodo.6%) Yoduro de potasio (KI) 0. transporte de carga y energía eléctrica. del fenómeno de la óxido– reducción y el transporte de carga. Procesos electrolíticos: Las células electrolíticas contrario a las galvánicas se caracterizan por consumir energía de una fuente eléctrica externa. donde la oxidación es la pérdida de electrones y la reducción es la ganancia de los mismos. es decir la energía química se convierte en energía eléctrica. el pH y la energía libre de Gibbs entre otros. energía libre de Gibbs. por lo cual las reacciones participantes será espontáneas. el equilibrio químico. además de un detector.Anexo 5. Introducción Independientemente. Protocolo para la ilustración de procesos electroquímicos Procesos Electroquímicos Objetivo Contextualizar y articular los conceptos referentes a la óxido-reducción. Las células electroquímicas son esencialmente de dos clases. presentando reacciones de tipo no espontáneo. (Clavijo 2002) (Skoog y Leary 1994). en función de otros procesos como el potencial eléctrico. sumergidos en la misma solución electrolítica o en dos soluciones electrolíticas diferentes en recíproco contacto a través de un puente salino o una membrana. Cada uno de estos procesos está acompañado principalmente. esencialmente debe consistir de dos conductores llamados electrodos (cátodo y ánodo). es el electrodo donde se lleva a cabo la semi–reacción de oxidación. necesaria para llevar a cabo las reacciones. a través de la aplicabilidad de los procesos electroquímicos. la células galvánicas y células electrolíticas. Procesos galvánicos: las pilas o células galvánicas se caracterizan por la producción de energía eléctrica. El cátodo de una célula electroquímica.7M Solución de fenol (26ppm) 119 . del tipo de célula electroquímica que se tenga. circuito eléctrico. Materiales • • • • • • • • • Tubos en U de 1cm de diámetro y 4cm de altura Vasos desechables Electrodos de grafito Conectores caimán-caimán Conectores caimán-banana 1 bombillo “led” (Light Emitting diode) Balones aforados de 200mL ó 250mL Vasos de precipitado de 40mL Espátulas Reactivos • • • • • • Agua destilada Agar o gelatina sin sabor Solución de nitrato de potasio KNO3 saturada o cloruro de sodio (NaCl) Hipoclorito de sodio comercial (5. es decir la energía eléctrica se convierte en energía química. solamente con puentes salinos como se muestra en la figura 2 Medir el potencial de la anterior pila Construir una pila con 5 celdas en serie con base en el esquema de la figura 3.7M Preparar una mezcla de agar al 5% con una solución saturada de nitrato de potasio Calentar la mezcla hasta ebullición Llenar los tubos en U con la mezcla anteriormente preparada y dejar gelificar durante 20 minutos Construir una celda con 20mL de KI 0.7M y 20mL de NaClO 0. Las semi-células deben estar en mutuo contacto por medio del puente salino Medir el potencial de la celda usando electrodos de grafito como se muestra en la figura 1 Construir una pila con 4celdas en serie conectadas entre si.Equipos • • • • • Fuentes que generen un potencial de 4 voltios Agitadores magnéticos Amperímetro Voltímetro Balanza Procedimiento Proceso Galvánico: produciendo energía eléctrica a través de la energía química • • • • • • • • • • • Preparar una solución de yoduro de potasio 0. Conectando las células con los electrodos de grafito y las semi-células con puentes salinos. Medir el potencial de la pila anterior Conectar a los electrodos de los extremos de la pila un bombillo “led” Figura 1 Esquema de una celda galvánica 120 .7 en las respectivas semi-células. Esquema de una pila con cuatro celdas en serie conectadas por medio de puentes salinos Figura 3. • • • • Retirar la base metálica del bombillo Cortar la base plástica o de porcelana del bombillo Retirar el sistema de circuitos y desgasificar el bombillo Cortar los tubos del bombillo 121 .Figura 2. Esquema de una pila con cinco celdas en serie conectadas por medio de puentes salinos y electrodos de grafito Proceso Electrolítico: ¿Qué sucede con el fenol cuando electrizamos el agua? • • • • Conectar dos electrodos de grafito a las terminales respectivas de la fuente de 4 voltios Sumergir los electrodos en la solución de fenol Mantener en continua agitación la muestra de fenol Observar los cambios de coloración al cabo de 5 horas Cuestiones a resolver • • • • • • Describa la reacción que sucede en la celda galvánica Diga que sustancia se reduce y que sustancia se oxida en el proceso galvánico Qué función tienen los electrodos de grafito y los puentes salinos en el proceso galvánico Por qué el potencial generado en la pila de 4celdas en serie (figura 2) es igual o similar al potencial generado en la pila de una celda (figura 1) Qué sucedería si los puentes salinos de la pila con 5 celdas en serie (figura 3). tuvieran un diámetro de 0. de la siguiente manera (figura 4).5cm A qué se debe el cambio de color en la solución de fenol (proceso electrolítico) Nota: los tubos en U puede ser obtenidos a partir de los bombillos ahorradores desechados. James. Química General. México: 1984. 7 ed. 6 ed. Ralph y HARWOOD. 1994. Obtención de tubos en U Base metálica Base plástica o de porcelana Tubo en U Literatura Citada CLAVIJO DÍAZ. Principios y aplicaciones modernas. William. 122 . Bogotá: Universidad Nacional de NÚÑEZ VALDÉS. v.2. Ernesto. Alfonso. SKOOG. España: Prentice Hall. PETRUCCI. México: Mac Graw Hilll. 1995. 4 ed. Análisis Instrumental.Figura 4. Douglas y LEARY. Electroquímica Iónica: Estudio de los Electrolios en equilibrio. España: Mc Graw Hill. Douglas y WEST. En: Elsevier water research 39 (2005). Donald. Fundamentos de química analítica. Carlos y PELAEZ ABELLÁN. XIAO-YAN. Química analítica. 1999. Reaction pathways and mechanisms of the electrochemical degradation of phenol on different electrodes. Li et al. SKOOG. 2002. Colombia. frete a la titulación usando como indicador la fenolftaleína o metacresol púrpura y frente a la titulación usando como indicador naranja de metilo o el bromocresol verde mg/dm3 CaCO3 = Va * Na * Eqg CaCO3 * (1000/Vm) Donde: Va = Volumen en mililitros gastado del ácido Na = Concentración del ácido Eqg CaCO3 = equivalente–gramo del carbonato de calcio Vm = Volumen en mililitros de la muestra Con base en las ecuaciones siguientes y el razonamiento hecho sobre las curvas de titulación.5. definidas por los puntos de equivalencia para los bicarbonatos y el ácido carbónico. el metil de naranja es de color amarillo en presencia de las formas de alcalinidad. Los iones H+ procedentes de la solución 0. es decir.02N y se expresa como mg/L de carbonato de calcio equivalente a la alcalinidad determinada. 123 . empleando electrodos indicadores de pirita y grafito y electrodos de referencia de Ag/AgCl y Cu/CuSO4 Introducción Alcalinidad: de acuerdo a Romero (1996) la alcalinidad del agua puede definirse como su capacidad para neutralizar los ácidos.3. Protocolo para titulaciones potenciométricas ácido-base Determinación de acidez o alcalinidad en aguas por medio del método potenciométrico Objetivo Determinar la acidez o alcalinidad de una muestra de agua por medio de titulaciones potenciométricas. La fenolftaleína y el metil de naranja o el metacresol púrpura y el bromocresol verde son los indicadores usados para la determinación de la alcalinidad. sin embargo. La titulación se efectúa en dos etapas sucesivas. En aguas naturales la alcalinidad es debida generalmente a la presencia de tres clases de compuestos • • • Bicarbonatos Carbonatos Hidróxidos En algunas aguas es posible encontrar otras clases de compuestos (boratos. La alcalinidad del agua se determina por titulación con ácido sulfúrico 0. suponiendo que las alcalinidades por hidróxidos y carbonatos no pueden coexistir en la misma muestra.02N de H2SO4 neutralizan los iones OH¯ libres y los disociados por concepto de la hidrólisis de carbonatos y bicarbonatos. en la práctica la contribución de estos es insignificante y puede ignorarse. el metacresol púrpura cambia de color a pH 8. se deduce las ecuaciones para las cinco condiciones posibles de alcalinidad incluidas en la tabla 1. a pH mayos de 4. como su capacidad para reaccionar con los iones hidrógeno. como su capacidad para aceptar protones o como la medida de su contenido total de sustancias alcalinas (OH)¯. El método clásico para el cálculo de la alcalinidad total y de las distintas formas de alcalinidad (hidróxidos.3 y vira a incolora por valores de pH menores de 8. carbonatos y bicarbonatos) consiste en la observación de las curvas de titulación para estos compuestos.3 y el bromocresol verde a pH 4.5 Para calcular la alcalinidad de se emplea la siguiente ecuación.Anexo 6. La determinación de la alcalinidad total y de las distintas formas de alcalinidad es importante en los procesos de coagulación química. ablandamiento. control de corrosión y evaluación tampona del agua. y vira a color naranja en condiciones ácidas. silicatos fosfatos y demás) que contribuyen a su alcalinidad. La fenolftaleína da un color rosado a pH mayores de 8. El CO2 se combina con el agua para formar un ácido débil el cual se descompone fácilmente. La determinación de la acidez es de importancia en ingeniería sanitaria debido a las características corrosivas de las aguas ácidas y el costo que supone la remoción y el control de las sustancias que producen corrosión. clorhídrico y demás. Tabla 1. como su capacidad para ceder protones o como medida de su contenido de sustancias ácidas. El factor de corrosión en la mayoría de las aguas es el CO2 especialmente cuando está acompañado de oxígeno. Resultado de la titulación F=0 F<½M F=½M F>½M F=M Relaciones de alcalinidad OH 0 0 0 2F – M M CO3= 0 2F 2F 2 (M – F) 0 CaCO3 . como su capacidad para reaccionar con iones hidroxilo.02N Ácido sulfúrico (H2SO4) 0. pH 4.F = OH¯ + (1/2) CO3= M = OH¯ + CO3= + HCO3¯ Donde F = volumen del reactivo necesario para hacer virar la fenolftaleína de rosado a incoloro. pH 8. En aguas naturales la acidez puede ser producida por el CO2 por la presencia de iones H+ libres.02N. HCO3¯ M M – 2F 0 0 0 Acidez: la acidez de un agua puede definirse como su capacidad para neutralizar bases.3 M = Volumen de reactivo necesario para hacer virar el metil naranja de amarillo a naranja. La acidez se titula mediante adición de iones OH¯ provenientes de una solución de NaOH 0.5. pero en residuos industriales es la acidez industrial. por la presencia de acidez mineral proveniente de ácidos fuertes como el nítrico. sulfúrico. Para calcular el valor de acidez en muestras de agua se emplea la siguiente ecuación mg/dm3 CaCO3 = Vb * Nb * Eqg CaCO3 * (1000/Vm) Donde: Vb = Volumen en mililitros gastado de la base Na = Concentración de la base Eqg CaCO3 = equivalente–gramo del carbonato de calcio Vm = Volumen en mililitros de la muestra Materiales Bureta Matraz de 100ml Balón aforado de 200ml Soporte universal Pipeta de 10ml Pinza Nuez doble Papel indicador universal ó pH-metro Electrodos indicadores y de referencia ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ Reactivos ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ Fenolftaleína Metil Naranja Vaselina Hidróxido de sodio (NaOH) 0.02 N Blanco (agua destilada) Muestra (agua recolectada) 124 . Conecte el electrodo de referencia y el electrodo indicador al voltímetro (figura 1) Sumerja los dos electrodos en la muestra de agua Cada vez que se agregue 0. Repita este procedimiento hasta que la muestra de agua vire a color rosa agitando continuamente. agitando continuamente. Llene la bureta con NaOH. En seguida agregue 4 gotas de metil naranja y titule con ácido hasta el cambio de color de amarillo a color naranja.5mL de H2SO4 deje estabilizar la señal 30 segundos y anote la lectura del potencial registrada por el voltímetro. titule la muestra con el ácido contenido en la bureta. • • • • • Procedimiento para la determinación de acidez • • • • • • • Obtenga el valor del pH de la muestra con papel indicador universal o con el pH-metro. Agregue 5 gotas de fenolftaleína Conecte el electrodo de referencia y el electrodo indicador al voltímetro Sumerja los dos electrodos en la muestra de agua Titule con NaOH.5mL de NaOH deje estabilizar la señal 30 segundos y anote la lectura del potencial registrada en el voltímetro. Realice el mismo procedimiento con el blanco y anote los mL de NaOH gastados en cada titulación. Realice el mismo procedimiento con el blanco y anote los mL de H2SO4 gastados en cada titulación. la alcalinidad es igual a cero (0). si no aparece coloración. Cada vez que agregue 0. Repita el procedimiento hasta la desaparición del color. Transfiera con una pipeta 20ml de la muestra de agua a un matraz de 100ml. si por el contrario aparece un color rosa. Llene la bureta con H2SO4. Transfiera con una pipeta 20mL de la muestra de agua a un matraz de 100ml Agregue 5 gotas de fenolftaleína. Esquema de una titulación potenciométrica 125 .Procedimiento para la determinación de alcalinidad • • • • Obtenga el valor del pH de la muestra con papel indicador universal ó con un pH-metro. registrando la señal del voltímetro de igual forma que en el paso anterior. • Figura 1. Alfonso.Literatura citada CLAVIJO DÍAZ. Douglas y LEARY. México: 1984. Electroquímica Iónica: Estudio de los Electrolios en equilibrio. Bogotá: Escuela colombiana de ingeniería. España: Mc Graw Hill. Bogotá: Universidad Nacional de 126 . Principios y aplicaciones modernas. Colombia. William. España: Prentice Hall. Ralph y HARWOOD. Acuiquímica. 1999. 1994. SKOOG. NÚÑEZ VALDÉS. Ernesto. Jairo Alberto. ROMERO ROJAS. 2002. 4 ed. Fundamentos de química analítica. v. PETRUCCI. 7 ed. Química General. James.2. Análisis Instrumental. Carlos y PELAEZ ABELLÁN.