Diseño de un experimento de reacción

¿Para qué sirve esto?

Hasta ahora has calculado en el papel cuánto producto sale de una reacción. En el laboratorio aparece otra pregunta: ¿sale de verdad esa cantidad? Para responderla no basta con mezclar y mirar. Hay que planear: decidir qué se va a cambiar, qué se va a medir, qué se mantiene igual, cuánto reactivo usar y cómo trabajar sin riesgos.

En esta lección vas a diseñar, paso a paso, una práctica sencilla que analiza qué influye en la cantidad de producto que se forma, y vas a hacer los cálculos antes de entrar al laboratorio, como hacen los químicos. Todas las cantidades son inventadas para practicar; las de tu práctica real las fija tu docente.

Antes de empezar repasa la cadena gramos → moles → gramos, el reactivo límite y el rendimiento porcentual. Las masas atómicas son las escolares (H = 1, C = 12, O = 16, Na = 23, Cl = 35,5, Ca = 40).

La reacción que vamos a estudiar

Elegimos una neutralización que se hace con materiales de cocina: el bicarbonato de sodio, NaHCO₃, con el ácido acético, CH₃COOH, que es el ácido del vinagre. Se forman acetato de sodio, agua y dióxido de carbono, el gas de las burbujas:

$$\mathrm{NaHCO_3 + CH_3COOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O + CO_2}$$

El CO₂ se escapa del recipiente, así que el recipiente pierde masa. Esa pérdida, medida con una balanza, es la masa de CO₂ que se formó. Es una forma ingeniosa de medir un gas sin atraparlo.

1. La pregunta y la hipótesis

Una buena pregunta se puede responder midiendo. «¿El bicarbonato reacciona con el vinagre?» se responde con un sí y no enseña mucho. Mejor: «¿Cómo cambia la masa de CO₂ que se desprende cuando cambia la masa de bicarbonato?» Una hipótesis posible: «si el vinagre está en exceso, al duplicar el bicarbonato se duplica el CO₂», que es lo que dice la ecuación balanceada.

2. Las variables

• Independiente: lo que cambias tú, la masa de bicarbonato.
• Dependiente: lo que mides, la masa que pierde el recipiente.
• Controladas: lo que dejas igual en todos los ensayos, como el volumen de vinagre, la temperatura, el tipo de recipiente y el tiempo de espera antes de pesar.

Si cambias dos cosas a la vez, no sabrás cuál de las dos causó el efecto.

3. Materiales y seguridad

Necesitas una balanza, un vaso o un erlenmeyer, una probeta para medir el vinagre, una espátula y un vidrio de reloj para pesar el sólido. Las normas generales son las de cualquier práctica:

• Usa gafas de seguridad y bata durante toda la práctica.
• No huelas directamente un frasco; si hace falta percibir un olor, acércalo abanicando con la mano.
• No mezcles sustancias sin la indicación del docente, ni pruebes nada.
• No tapes un recipiente en el que se está formando un gas: la presión puede romperlo o hacer saltar el tapón.
• Deja los residuos donde indique el docente y lávate las manos al terminar.

4. Los cálculos previos

Antes de pesar, calcula cuánto CO₂ esperas de cada masa de bicarbonato, y asegúrate de que el ácido esté en exceso, para que el bicarbonato sea el reactivo límite. Si el ácido se acaba primero, el CO₂ dejará de crecer aunque agregues más bicarbonato, y la conclusión sería engañosa. Una prueba práctica de que sobra ácido: al final, una pizca más de bicarbonato todavía hace burbujas.

Los cálculos previos también sirven en el sentido contrario: si quieres obtener cierta masa de un producto, como un precipitado, calculas cuánto de cada reactivo debes pesar.

5. El registro

Antes de empezar, prepara una tabla con una fila por ensayo y columnas para la masa de bicarbonato, la masa del recipiente antes, la masa después, la pérdida de masa y el CO₂ esperado. Repite cada ensayo al menos tres veces: si los resultados se parecen, puedes confiar más en ellos.

6. Comparar con lo esperado

Al final comparas lo medido con lo calculado mediante un porcentaje:

$$\text{porcentaje} = \frac{\text{masa medida}}{\text{masa esperada}} \times 100$$

Casi nunca da 100 %. Parte del CO₂ se queda disuelto en el líquido, y eso hace que se mida menos. Si algunas gotas saltan fuera del vaso, esa agua también se pierde y se mide más de lo que de verdad se desprendió. Y la balanza tiene un límite de precisión, que puede mover la medida hacia arriba o hacia abajo. Explicar esas diferencias, y hacia dónde mueve la medida cada una, también es parte de la práctica: es la discusión de las fuentes de error.

En resumen

• Un experimento empieza con una pregunta que se puede responder midiendo y con una hipótesis.

• La variable independiente es la que se cambia, la dependiente es la que se mide y las controladas se dejan iguales.

• Los cálculos previos dicen cuánto reactivo pesar o cuánto producto esperar, y aseguran que el reactivo límite sea el que se quiere estudiar.

• Gafas, bata, no oler directo, no mezclar sin indicación y no tapar un recipiente que produce gas son normas de toda práctica.

• Lo medido se compara con lo esperado mediante un porcentaje, y la diferencia se explica con las fuentes de error.

Vocabulario

Pregunta investigable

Pregunta que se puede responder midiendo algo en un experimento.

Hipótesis

Respuesta provisional a la pregunta, que el experimento puede confirmar o contradecir.

Variable independiente

Lo que el experimentador cambia a propósito de un ensayo a otro.

Variable dependiente

Lo que se mide para ver si cambió por efecto de la variable independiente.

Variables controladas

Todo lo que se mantiene igual en todos los ensayos para que la comparación sea justa.