Laboratorio virtual de cambios físicos y químicos

Este laboratorio virtual de cambios físicos y químicos combina la práctica clásica de "¿se forma una sustancia nueva?" con la demostración de la conservación de la masa en un matraz cerrado. Los estudiantes realizan siete cambios sobre una balanza, desde fundir hielo hasta quemar lana de acero o mezclar bicarbonato con vinagre. Pesan antes y después, observan el termómetro y una vista de partículas, marcan las pruebas que vieron y clasifican cada cambio. Después repiten en un matraz cerrado los cambios que ganaron o perdieron masa. Todos los valores de abajo se leyeron en la simulación.

Relación con el currículo

• NGSS MS-PS1-2 (estándar de EE. UU.): analizar datos sobre las propiedades de las sustancias antes y después de interactuar para decidir si hubo una reacción química. MS-PS1-5: los átomos se reorganizan, así que la masa se conserva.
• AQA GCSE Chemistry (8462), 4.3.1.1 y 4.3.1.3: conservación de la masa y cambios de masa cuando un reactivo o un producto es un gas.
• Key Stage 3 science (Inglaterra) y Cambridge IGCSE Chemistry (0620), 6.1: la diferencia entre cambios físicos y químicos.

Simulic no está afiliado a AQA ni a Cambridge, ni cuenta con su respaldo.

Antes del laboratorio (5 min)

Pide a los estudiantes que se comprometan con una predicción, en papel o como pregunta 1 del enlace de clase:

"Se echa bicarbonato en vinagre dentro de un vaso de precipitados abierto colocado sobre una balanza. ¿Qué le pasa a la lectura de la balanza al final?"

Espera muchos "no cambia, porque la masa se conserva".

Método en la simulación

1. La página se abre con Bicarbonato + vinagre y Abierto al aire. Pulsa Pesar antes y luego Iniciar, y observa la balanza, el termómetro y la vista de partículas. Pulsa Pesar después.
2. Marca las pruebas que viste, pulsa Comprobar pruebas, elige Cambio físico o Cambio químico y pulsa Registrar resultado.
3. Pulsa Probar propiedades e Intentar revertir para reunir más pruebas.
4. Haz clic en Cerrado (sistema cerrado) y repite.
5. Realiza los otros seis cambios en el recipiente abierto y luego repite Quemar lana de acero y Hervir agua en cerrado.

Cambio	Recipiente	m antes (g)	m después (g)	Δm (g)	Pruebas	¿Físico o químico?
Bicarbonato + vinagre	abierto
Bicarbonato + vinagre	cerrado

Resultados esperados

La simulación no tiene error aleatorio, así que todos los estudiantes obtienen estos valores. En el matraz cerrado, Δm fue 0,00 g en los siete cambios.

Cambio (abierto)	Antes → después (g)	Δm (g)	T (°C)	Tipo
Fusión del hielo	81,84 → 81,84	0,00	−5,0 → 8,0	físico
Disolver sal	118,36 → 118,36	0,00	20,0 → 18,6	físico
Hervir agua	111,84 → 103,84	−8,00	20,0 → 100,0	físico
Quemar lana de acero	63,84 → 64,26	+0,42	unos 750 en el máximo	químico
Oxidación del hierro (7 días)	68,84 → 68,93	+0,09	20,0 → 20,0	químico
Bicarbonato + vinagre	115,36 → 114,31	−1,05	20,0 → 16,6	químico
Formar un precipitado	141,99 → 141,99	0,00	20,0 → 23,3	químico

• Recipiente abierto: la masa bajó cuando salió un gas y subió cuando el oxígeno se unió a un sólido. El precipitado es un cambio químico y, sin embargo, su masa no cambió.
• Matraz cerrado: el bicarbonato con vinagre marcó 200,88 g antes y después; la lana de acero, 149,36 g las dos veces.
• Intentar revertir devolvió el hielo, la sal y el agua en los cambios físicos, y nada en los químicos.
• Comprobar pruebas acepta gas, cambio de energía, sustancia nueva y cambio de masa para el bicarbonato con vinagre, pero solo cambio de energía y "se revierte fácilmente" para disolver sal.

Preguntas para los estudiantes

1. (Predicción, se repite después del laboratorio) ¿Qué le pasa a la lectura de la balanza cuando el bicarbonato reacciona con vinagre en un vaso abierto?
2. ¿Cuál es la variable independiente cuando comparas el vaso abierto con el matraz cerrado?
3. ¿Cuánto vale Δm al quemar lana de acero en abierto?
4. ¿Qué conclusión apoyan los resultados con el recipiente abierto?
5. ¿Por qué hervir agua es un cambio físico y el bicarbonato con vinagre un cambio químico?

Respuestas para el docente: (1) Baja, de 115,36 g a 114,31 g, porque escapa dióxido de carbono. (2) Si el recipiente está abierto o cerrado. (3) +0,42 g (acepta 0,41–0,43). (4) Un cambio de masa en un recipiente abierto muestra que un gas salió o se incorporó, no que el cambio sea químico. (5) El vapor sigue siendo agua y se condensa de nuevo; el dióxido de carbono y el etanoato de sodio son sustancias nuevas que no se pueden revertir.

Ideas erróneas frecuentes

• "Al quemarse, las cosas pesan menos." La lana de acero ganó 0,42 g de oxígeno del aire.
• "Las burbujas indican un cambio químico." El agua hirviendo también burbujea, pero las burbujas son vapor.
• "Un cambio de temperatura demuestra que hay reacción." Disolver sal enfrió el agua hasta 18,6 °C, y es un cambio físico.

Ampliación

• Realiza el bicarbonato con vinagre en el matraz cerrado y cuenta los átomos de cada elemento en la vista de partículas antes y después (MS-PS1-5). En el vaso abierto, el dióxido de carbono sale de la vista, igual que sale de la balanza.
• Compara la lana de acero al quemarse (+0,42 g en un minuto) con la oxidación (+0,09 g en siete días): en los dos casos el hierro se combina con oxígeno, a velocidades muy distintas.

Preguntas frecuentes

¿Tengo que cambiar los valores iniciales del enlace de clase?

No. Los valores por defecto, Cambio Bicarbonato de sodio (NaHCO₃) con vinagre y Recipiente Abierto al aire (los gases pueden entrar y salir), coinciden con la pregunta 1. Deja sin marcar Mostrar las respuestas al terminar el cambio (demostración del docente) para que los estudiantes marquen ellos mismos las pruebas.

¿Por qué el matraz cerrado marca mucho más que el vaso abierto?

La balanza pesa también el recipiente, y el matraz con tapón es más pesado. Compara Δm.

¿Todos los estudiantes obtendrán los mismos números?

Sí. No hay error aleatorio, y la balanza lee hasta 0,01 g.

Simulaciones y guías relacionadas

Reactivos, productos y sobrantes – sándwiches y moléculas Estados de la materia – modelo de partículas al calentar y enfriar

Para los cambios de estado, consulta el plan de clase sobre los estados de la materia. Para contar átomos en las ecuaciones, consulta el plan de clase sobre el balanceo de ecuaciones químicas.