Pirotecnia práctica Teach article

Traducido por Aníbal Pacheco. Caliente, luminoso y destructivo: el fuego, una fuerza de la naturaleza. Aquí veremos como utilizarlo y controlarlo de forma segura con agua y dióxido de carbon.

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Imagen cortesía de Thomas’s
Pics; origen de la imagen:
Flickr

El fuego tiene un lugar en la prehistoria, cultura y tecnología. Los primeros seres humanos habrían encontrado fuegos de origen natural – desde fuegos forestales y relámpagos, hasta quizás, erupciones volcánicas. Después, el ser humano aprendió como generar y mantener el fuego a su antojo y utilizarlo para iluminación y como fuente de calor. Más tarde, entendimos su química y como adaptarlo para su uso en formas delicadamente controladas – como por ejemplo en el motor de combustión interna.

Hoy en día, además de ser una parte primordial de la tecnología, el fuego es un peligro: en Europa, miles de personas pierden la vida debido al fuego, con pérdidas económicas estimadas del uno por ciento del PIB w1. El fuego es por lo tanto un asunto importante debido a su potencial y a sus riesgos.

Inspirados por esta idea, hemos desarrollado una serie de actividades para estudiantes de 11 a 14 años de edad, para explorar de forma segura la naturaleza del fuego. En la primera actividad, mostramos como ‘quemar dinero’, mientras que en la segunda, demostramos las propiedades extintoras del dióxido de carbono. Finalmente, damos a los estudiantes la oportunidad de discutir cómo mantenerse a salvo del fuego. Las actividades requieren un total de 35 minutos aproximadamente (15 minutos para la primera actividad y 10 minutos para la segunda y tercera actividad).

Como preludio a las actividades prácticas, se pide a los estudiantes que nombren cinco ideas que asocien con la palabra ‘fuego’. Las asociaciones más frecuentes se presentan en la figura 1.

Figura 1. Ideas asociadas a la palabra ‘fuego’ por estudiantes. A: Calor; B: Combustión; C: Fogata; D: Flamas; E: Parte de nuestro medio ambiente; F: Cerillas
Imagen cortesía de Emilia Grygo-Szymanko

Actividad 1: ¿Dinero para quemar?

Esta actividad es parecida a un truco de magia – ¡una demostración de cómo quemar tu dinero y aún así conservarlo!

Materiales

  • Billete falso
  • Pinzas de metal
  • Dos platos cristalizados
  • Aproximadamente 25 g de cloruro de sodio (sal de mesa)
  • Agua
  • Alcohol metílico u otra versión de alcohol desnaturalizado (etanol)
  • Superficie a prueba de fuego, por ejemplo cubierta con metal, azulejos o papel aluminio.
  • Equipo extintor de fuegos (extinguidor o una toalla de algodón mojada) – como precaución.

Procedimiento

Esa actividad debe realizarse solo por el maestro como una demostración.

Nota de seguridad

Llevar gafas de seguridad, bata de laboratorio y guantes. Debe tenerse especial cuidado con las flamas y con el manejo del alcohol para evitar un incendio.

  1. Colocar dos platos cristalizados sobre la superficie a prueba de fuego. Llenar uno con 50 ml de agua y el otro con 50 ml de alcohol metílico (figura 2).
Figura 2: Materiales para la actividad 1
Imagen cortesía de Emilia Grygo-Szymanko
  1. Agregar la sal al plato que contiene el alcohol metílico y revolver hasta que la mezcla sea clara.
  2. Tomar el billete con las pinzas de metal. Bañarlo en agua de tal manera que quede totalmente sumergido durante algunos segundos (figura 3).
Figura 3: El billete se baña en agua.
Imagen cortesía de Emilia Gyrgo-Szymanko
  1. Elimina el exceso de agua y después sumerge el billete en el alcohol metílico (figura 4). Retira el plato que contiene el alcohol metílico para evitar el riesgo de encender el vapor de alcohol en la siguiente etapa.
Figura 4: El billete se sumerge después dentro del alcohol metílico.
Imagen cortesía de Emilia Grygo-Szymanko
  1. Sosteniendo aún el billete con las pinzas, rápidamente (y con mucho cuidado) coloca una cerilla encendida en una esquina del billete y déjalo arder (figura 5).
Figura 5: Una cerilla encendida es colocada en un extremo del billete.
Imagen cortesía de Emilia Grygo-Szymanko
  1. Una vez que termine de arder, pide a los estudiantes que verifiquen el billete. ¿Se quemó totalmente? ¿Fue dañado siquiera?

Discusión

Después del experimento, pide a los estudiantes que discutan en grupos lo que ha sucedido. Motívalos a desarrollar sus propias ideas, utilizando una hoja de trabajow2 o con las siguientes preguntas:

  • ¿Se ha quemado el billete?
  • Si no, ¿Por qué no? (El agua ha humedecido el billete, protegiéndolo del fuego. El alcohol es más volátil que el agua: el vapor del alcohol metílico se quema justo sobre la superficie del papel.)
  • ¿Cuál es el color de las flamas? ¿Por qué ese color? (La flama amarilla indica la presencia del sodio de la sal.)

Después, discutan las ideas de los estudiantes con toda la clase, guiándoles a las correctas explicaciones de ser necesario.

Actividad 2: Elaborando un extintor de fuego químico

Esta actividad es desarrollada por los estudiantes bajo la supervisión del maestro. Existen dos variantes: en la versión más simple (versión 1), se produce dióxido de carbono en un vaso de precipitado y después se muestra como se apaga una cerilla o vela encendida que es colocada dentro del vaso. En la versión 2, se vierte el dióxido de carbono sobre la flama – una acción similar a cuando se utiliza un extintor para apagar un fuego.

Nota de seguridad

Llevar gafas de seguridad, bata de laboratorio y guantes, y la actividad debe desarrollarse en un área bien ventilada. Debe tenerse especial cuidado con las flamas y con el manejo del alcohol metílico para evitar un incendio. Debe recordarse a los estudiantes como trabajar de forma segura con flamas, y que hacer con los remanentes calientes después del experimento.

Materiales

  • Un vaso de precipitado (versión 1) o tres vasos de precipitado (versión 2)
  • Vela
  • Cerillas
  • 20 – 50 g de bicarbonato (hidrogenocarbonato de sodio, NaHCO3)
  • 25 ml de vinagre blanco al 10%

Procedimiento

  1. Colocar el bicarbonato en un vaso de precipitado.
  2. Vertir aproximadamente 25 ml de vinagre en el bicarbonato (figura 6) – una reacción vigorosa debe llevarse a cabo.
Figura 6: El bicarbonato (A) se coloca en un vaso de precipitado, seguido del vinagre (B).
Imagen cortesía de Emilia Grygo-Szymanko

Versión 1

  1. Después de que la reacción ha continuado por algunos segundos, cuidadosamente enciende una cerilla o una vela y colócala en el vaso por encima del líquido (figura 7). ¿Qué sucede?
Figura 7: Una cerilla es colocada sobre el vaso de precipitado.
Imagen cortesía de Emilia Grygo-Szymanko

Versión 2

  1. Inmediatamente después de que inicie la reacción, coloca otro vaso de precipitado sobre el primero (con los lados abiertos coincidiendo) y mantenlo en ese lugar de tal manera que atrape el gas producido en la reacción (figura 8).
Figura 8. Colocar un segundo vaso de precipitado por encima, atrapa el gas producido.
Imagen cortesía de Emilia Grygo-Szymanko
  1. Cuando la producción de gas en el primer vaso de precipitado termine, voltea correctamente el segundo vaso y colócalo sobre la mesa. (El dióxido de carbono permanecerá dentro debido a que es más pesado que el aire.)
  2. Enciende una vela y colócala en el tercer vaso de precipitado. Después, vierte el -aparentemente vacío- segundo vaso que contien el gas de tal forma que el gas invisible fluya dentro del vaso con la vela encendida (figura 9). ¿Qué sucede?
Figura 9. Vierte el gas invisible a la vela encendida.
Imagen cortesía de Emilia Grygo-Szymanko

Discusión

Pide a los estudiantes que discutan en grupos lo que ha sucedido (en cualquiera de las versiones del experimento). Estimúlalos con preguntas como:

  • ¿Qué ha sucedido con la flama de la vela o cerilla? ¿Por qué?
  • ¿Qué gas se produce en la reacción?
  • ¿Por qué el gas permanece en el vaso y no escapa?

Utiliza una hoja de trabajow2 para proveer un enfoque estructurado a estas preguntas, guiando a los estudiantes a la explicación correcta.

El gas producido en la reacción del bicarbonato con el vinagre es dióxido de carbono (CO2):

NaHCO3 + CH3COOH → CH3COONa + H2O + CO2

El dióxido de carbono es más pesado que el aire, por lo que se queda en el vaso. Además, no permite la combustión – de hecho, evita que el oxígeno llegue a la flama, lo cual es necesario para mantener una combustión, por lo que la flama se apaga. El hecho de que el dióxido de carbono sea más pesado que el aire también implica que pueda ser ‘vertido’ de un vaso a otro.

El dióxido de carbono también puede ser peligroso para humanos y otros animales, cuando se encuentra en grandes concentraciones o en un espacio cerrado (por ellos es necesario realizar este experimento en un área bien ventilada). Esto no es solo porque necesitamos de oxígeno para respirar, sino también debido a que nuestros cuerpos sienten los niveles de dióxido de carbono y utiliza esto para regular la respiración – entonces una atmósfera que contenga solo uno por ciento de dióxido de carbono puede interferir con este mecanismo. Pero el dióxido de carbono también es útil: las plantas utilizan dióxido de carbono, agua y luz para la fotosíntesis, con lo que se produce el oxígeno y permite el crecimiento de las plantas.

Actividad 3: Como permanecer seguro

El objetivo de esta actividad es para aumentar la concientización de los estudiantes sobre los riesgos asociados con el fuego. Los tópicos a cubrir son:

  • Artículos utilizados o actividades realizadas diariamente que ocasionan los mayores peligros de fuego
  • Como prevenir fuego dentro de casa y al aire libre
  • Como apagar un incendio (tipos de extintores de fuego y como utilizarlos)
  • Que hacer en caso de incendio (que hacer y que no en la lucha contra el fuego)
  • Que hacer si alguien se quema (que hacer y que no en los primeros auxilios)

Sugerimos iniciar con una discusión liderada por el(la) maestro(a), seguido de búsquedas en internet realizadas por los estudiantes en grupo. Cada grupo puede abordar una de las cuestiones planteadas arriba (o cuestiones similares), creando un poster o una presentación para mostrarla al resto de la clase.

También vale la pena invitar a un(a) orador(a) invitado(a) – idealmente un(a) bombero(a) o un(a) proveedor(a) de primeros auxilios entrenado en lidiar con quemaduras. Además de proveer información, esto subrayara el hecho de que los incendios ocurren de verdad – y mientras que confiamos en expertos entrenados cuando las cosas van mal, depende de nosotros en primer lugar el ayudar en la prevención de incendios.

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Web References

  • w1 – Visita la página web de la Asociación de Ginebra para ver las estadísticas mundiales de incendios. 
  • w2 – Las hojas de trabajo para las actividades 1 y 2 están disponibles para su descarga en la sección de material adicional.

Resources

Author(s)

Małgorzata Krzeczkowska es profesora titular de química en la Universidad Jagiellonian en Cracovia. Entrena maestros de química de escuela secundaria y es la autora de diverso material educativo para maestros y estudiantes. También participa en talleres de ciencia para estudiantes de primaria y secundaria y es una entusiasta de la educación en casa.

Emilia Grygo-Szymanko es una estudiante de doctorado en la Universidad Jagiellonian, donde su tema de investigación son los nuevos métodos en química inorgánica analítica. Tiene un título de maestría en química y está interesada en desarrollar métodos de enseñanza de química para la escuela.

Paweł Świt es un estudiante de doctorado en la Universidad Jagiellonian, donde estudia el desarrollo de nuevas estrategias de calibración analíticas y utiliza técnicas de flujo Posee un grade en ingeniería y tecnología química, así como un grado de maestría en química. También está interesado en la educación, especialmente relacionada con la química.


Review

Este artículo es una gran oportunidad para que los maestros conecten las clases con las experiencias diarias de los niños. Combina actividades interesantes con una discusión final sobre seguridad; me agrada el hecho de que el artículo este basado en el aprendizaje del seguro manejo de fuego. Además, la actividad final hace que el artículo sea adecuado para discusiones relacionadas con los límites y peligros de la química y la ciencia, así como su aplicación en la vida diaria.


Christiana Nicolaou, Escuela Elemental Archangelos, Nicosia, Chipre




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CC-BY