“Concretemos nuestros sueños diciendo Sí a todo lo bueno”
Fundación Chaminade Colegio Parroquial San Miguel Departamento de Ciencias Prof. Cecilia Sandoval Infante
Jardín de Cristales
Melisa Espinosa 4to medio A Prof. Cecilia Sandoval Infante 29 de Abril del 2014
Índice Introducción
Pág. 3
Objetivos del trabajo
Pág. 4
Marco Teórico
Pág. 5
Planteamientos
Pág. 6
Desarrollo Experimental
Pág. 7
Observaciones
Pág. 9
Resultado y Análisis
Pág. 10
Conclusión
Pág. 12
Bibliografía
Pág. 13
2
Introducción En este trabajo se dará a conocer uno de los más bellos experimentos que se pueden hacer en un laboratorio, el jardín químico. Un jardín químico o jardín de cristales es una especie de “bosque” que se forma cuando se añaden ciertas sales en estado sólido, como por ejemplo el sulfato de cobre (CuSO4 ) a una disolución acuosa de silicato sódico, más conocido como vidrio soluble. Se realiza con el fin de conocer y experimentar reacciones químicas de una manera simple y sencilla, evidenciando como una sal puede reaccionar con el silicato sódico obteniendo como resultado una membrana alargada, dando origen a una especie de “bosque” o jardín químico, gracias a las reacciones ya mencionadas. Se presentaran los elementos que conforman la elaboración de los cristales junto con sus funciones e imágenes de los resultados. Encontraremos además los materiales, procesos y explicaciones exactas de cómo realizar nuestro Jardín Químico, incluyendo las conclusiones encontradas al cabo de todo el proyecto.
3
Objetivos del trabajo
Comprender de forma didáctica la formación de la ramificación de cristales, a través de la construcción de un auténtico “bosque” formado por figuras verticales conformadas por la
precipitación de sales minerales. Entender más a fondo la cristalización, analizando cada cambio ocurrido en el experimento Observar cómo crecen los cristales en presencia de algunas sales al estar sumergidas en silicato de sodio Conocer las precipitaciones que tiene las sales minerales al disolverse.
Marco Teórico El jardín químico fue observado por primera vez y descrito por Johann Rudolf Glauber (el científico que da nombre a la sal de Glauber o sulfato sódico) en 1646. En su forma original, el jardín químico consistió en la introducción de cloruro ferroso (FeCl 2) en una solución de silicato de potasio (K2SiO3). Los jardines químicos se forman por una combinación de mecanismos de convección forzada debido a osmosis y de convección libre, por flotabilidad. Su fundamento radica en la insolubilidad en agua de la mayoría de los silicatos de metales de transición. Explicaremos cómo se crea un jardín químico de cloruro de cobalto (II). Cuando un cristal de esta sustancia cae dentro de la disolución acuosa de silicato empiezan a disolverse, pero alrededor de ellos se forma una membrana semipermeable de silicato de cobalto insoluble. Dentro de la membrana los iones cobalto adquieren más fuerza iónica que la de la disolución de silicato sódico exterior, lo que produce una presión osmótica dentro de la membrana que acaba rompiéndola. En los agujeros formados los iones de cobalto reaccionan con más aniones de silicato formando más silicato insoluble. Así van creciendo unas formas coloreadas que parecen plantas. Los cristales crecen hacia arriba porque al romperse la membrana, el líquido que surge de ella es menos denso que la disolución de silicato. (Algunas sales generan dentro de la membrana un fluido de densidad muy alta y eso provoca que el jardín crezca hacia abajo.) A medida que las ramas van creciendo, la pared porosa se vuelve a formar, y el proceso prosigue gracias a la acción combinada de la ósmosis y la diferencia de densidades. Las ramas pueden crecer más rápido y más largas, cuanto más higroscópica sea la sal, es decir, cuanta mayor afinidad por el agua tenga. Esto puede explicar por qué el cloruro de hierro (III) muy higroscópicos, genera grandes ramas hinchadas, mientras que las de otras sales, menos higroscópicas no forman más que ramas finas o más cortas. El color de las ramas va a depender del ion metálico que tenga cada sal, por lo que cada uno de ellos va a generar “plantas” de un color diferente. Así, las que se obtienen con cristales de sulfato de aluminio y potasio son blancas; las de sulfato de cobre, azules; las de cloruro de cromo (III), sulfato de níquel (II) y sulfato de hierro (II), verdes; los de cloruro de hierro ,anaranjadas; las de cloruro de cobalto (II), violetas, etc.
Planteamientos
Planteamiento del problema
¿Existirá la posibilidad de que algunos cristales crezcan más rápidos que otros?
Planteamiento de la hipótesis
Los cristales pertenecientes al grupo sulfato crecerán de distinta forma a los cristales de grupo nitrato.
Desarrollo Experimental
-
Reactivos
-
Solución de NaSiO Cristales de CuSO4 Cristales de MgSO4 Cristales de Pb (NO3)2 Cristales de FeSO4 Cristales de NiSO 4
Materiales
-
Vaso de precipitado 100 mL Agua destilada Espátula Pipeta
Procedimiento experimental
-
1. Vierta 10 mL de la solución de silicato de sodio (NaSiO) en el vaso de precipitado. 2. Con mucho cuidado coloque dentro del vaso 2 cristales de cada sal lo más separados que pueda unos de otros (entre distintas sales). 3. Aprecie las estructuras y el colorido que se produce.
Explotación pedagógica inmediata
1. Escriba las formulas de los cristales que se aprecian en el vaso de precipitado Sulfato de cobre:
CuSO4 + Na2SiO3
Sulfato de magnesio: Sulfato de hierro:
MgSO4 + Na2SiO3
FeSO4 + Na2SiO3
Sulfato de níquel: NiSO4 + Na2SiO3 Nitrato de plomo: Pb (NO3)2 + Na2SiO3
CuSiO3 +Na2SO4 MgSiO3 + Na2SO4 FeSiO3 + Na2SO3 NiSi2O3 + Na2SO4 Pb 2 (SiO3) 3 + NaNO3
2. ¿Qué función cumple el Silicato de Sodio? La función que cumple, es que al poseer ciertas propiedades tales como ser solubles en agua, convertirse en un líquido viscoso cuando se disuelve y asemejarse a pequeños fragmentos de vidrio cuando se seca, este es capaz de hacer que los silicatos metálicos reaccionen para formar una membrana delgada de silicato insoluble. Provocando así la formación de variados cristales de colores.
Explotación pedagógica diferenciada
1. Investigue que le otorga las distintas tonalidades a los compuestos de silicato. Lo que le otorga las distintas tonalidades a los compuestos de silicato son las propiedades que tiene cada ion metálico, también esto va a depender del tipo de oxido que presente, su cristalinidad y el grado de hidratación. 2. ¿Cuáles son las principales fuentes de silicato, para su producción industrial? La variedad de relaciones con las que se fabrican los silicatos de sodio, así como la diversidad en densidades, permiten su aplicación en diferentes usos y aplicaciones, como son: jabón de lavandería, desplazado a las resinas como la colofonia en la elaboración de jabones; detergentes; adhesivos humectando rápidamente los vidrios, superficies cerámicas, asbestos, etc.; morteros refractarios que se debe a que la completa deshidratación de las soluciones de silicato que ocurren a altas temperaturas; artículos de reparación; fijación de pigmentos en pintura y procesamiento de petróleo. Todo esto es posible gracias a las diversas propiedades que posee el silicato de sodio.
Observaciones Al verter el silicato de sodio en los distintos cristales estos iban reaccionando de manera variada. -
El sulfato de hierro junto con el sulfato de magnesio fueron creciendo de manera rápida al cabo de unos minutos en comparación a los demás. En un inicio aparecen pequeñas ramificaciones de color blanco con base verde en el sulfato de hierro y de un color azulado en el sulfato de magnesio.
Sulfato de Hierro
Sulfato de magnesio
-
El sulfato de cobre fue desarrollándose de manera normal, ni tan rápido ni muy lento. Fue tomando una tonalidad celeste.
-
El nitrato de plomo y el sulfato de níquel en un comienzo fueron progresando de manera tardía en comparación a los demás. Aparecieron ramificaciones de color verde agua por parte del sulfato de níquel, y de color blanco por parte del nitrato de plomo.
Sulfato de níquel
Nitrato de plomo
Resultado y Análisis Al cabo de unos días se evidenciaron diversos resultados: 1. Sulfato de hierro: creció de manera significativa tornándose de un color blanco con base verdosa a un color oscuro donde la superficie tomo una pigmentación café. Además se puedes apreciar variadas ramificaciones muy definidas y alargadas.
2. Sulfato de cobre: prosiguió de una manera normal, sin llegar hasta la cima del líquido como en el caso anterior, conservo su color y las ramificaciones se fueron engruesando casa vez más en su base.
3. Nitrato de plomo: este cristal cambio drásticamente, ya que de un crecimiento lento y escaso paso a uno completamente desarrollado. Sus ramificaciones llegaron a la cima del líquido, se hicieron más delgadas y definidas, conservando su color.
4. Sulfato de magnesio: este cristal también tuvo algunos cambios, especialmente en su tonalidad, pasando de un color azulado a uno más bien violeta oscuro en su base con ramificaciones bien definidas, alargadas, de tonalidad verde oscuro.
5. Sulfato de níquel: se mantuvo constante en su crecimiento, no tuvo mayores cambios, su tonalidad se mantuvo, hubieron pocas ramificaciones y de escasa longitud.
Conclusión En este trabajo experimental se puede concluir que al agregar cristales a una disolución de silicato de sodio estos reaccionarán al paso de unos 5 a 20 minutos, formando así ramificaciones, los cuales siguen creciendo al cabo de unos días. Se puede evidenciar además que no todos los cristales forman una misma figura y tampoco son del mismo color, debido a las diferentes propiedades que estos poseen. Por ejemplo el sulfato de hierro es el cristal que reacciona más rápido formando una especie de árbol, ya que tiene forma alargada y desarrolla unas “ramificaciones” que se van expandiendo por todo el espacio. Finalmente se logro entender y explicar de manera didáctica el cómo se fueron formando estos jardines químicos, junto con sus ramificaciones y el crecimiento de los cristales.
Bibliografía
-
-
Sitios web: http://www.cientificosaficionados.com/experimentos/jardin%20mineral.htm http://triplenlace.com/ http://centrodeartigos.com/articulos-utiles/article_102063.html http://www.quiminet.com/articulos/usos-y-aplicaciones-del-silicato-de-sodio-liquido-ysolido-27872.htm Libros: Gran enciclopedia interactiva siglo XXI /Autor: Carlos Gispert / Año: 2000 / Volumen 4 / Barcelona, España / Editorial: Océano. Secundaria activa, enciclopedia escolar / Autor: Carlos Gispert / Año: 2000 / Volumen 3/ Barcelona, España / Editorial: Océano.