Laboratorio virtual de fórmula empírica: óxido de magnesio

Este laboratorio virtual de fórmula empírica reproduce la práctica clásica del óxido de magnesio de GCSE, IGCSE, A-level e IB Chemistry. Los estudiantes pesan un crisol con su tapa, añaden cinta de magnesio, la calientan levantando la tapa de vez en cuando y repiten el ciclo de calentar, enfriar y pesar hasta que la masa sea constante. Convierten las masas de magnesio y de oxígeno en moles y hallan la relación más sencilla de números enteros. La simulación muestra también qué falla cuando la tapa se queda puesta o se quita, y un segundo experimento halla el agua de cristalización del sulfato de cobre(II) hidratado.

Relación con el currículo

• AQA GCSE Chemistry 4.3.1.3 (cambios de masa cuando un reactivo es un gas) y 4.3.2 (cantidad de sustancia, nivel superior).
• AQA A-level Chemistry 3.1.2.4 (fórmula empírica y fórmula molecular).
• Cambridge IGCSE Chemistry 0620, tema 3.3 (el mol: fórmulas empíricas y agua de cristalización).
• IB Chemistry Structure 1.4 (contar partículas a partir de la masa) y AP Chemistry tema 1.3 (composición elemental de las sustancias puras).

Simulic no está afiliado a AQA, Cambridge, el IB, el College Board ni a ningún organismo examinador, 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:

"Calientas 0,24 g de cinta de magnesio en un crisol hasta que reacciona por completo. ¿La masa del crisol y su contenido aumenta, disminuye o se queda igual?"

Muchos estudiantes dicen que disminuye, porque "el magnesio se consume al quemarse". No los corrijas todavía.

Método en la simulación

1. Deja Experimento en "Óxido de magnesio (quemar Mg)" y Masa de magnesio en 0,24 g. La tabla ya muestra el crisol vacío con su tapa, y el crisol con la tapa y el magnesio.
2. Pon Tapa en "levantada un poco" y pulsa Empezar a calentar. El magnesio brilla mientras reacciona.
3. Cuando deje de brillar, pulsa Enfriar y pesar. La nueva masa aparece en la tabla de resultados.
4. Pulsa otra vez Empezar a calentar durante poco tiempo y luego Enfriar y pesar. Repite hasta que la línea de estado diga "Masa constante": las dos últimas pesadas difieren en 0,002 g o menos.
5. Calcula la masa de magnesio y la masa de oxígeno, y después la cantidad de cada uno en moles (Ar: Mg = 24,31; O = 16,00). Escribe tu fórmula en Calcula la fórmula y pulsa Comprobar.
6. Pulsa Reiniciar y repite con Tapa "quitada", y después con Tapa "puesta". Compara las relaciones.
7. Opcional: repite los pasos 2–4 con 0,12 g y 0,36 g de magnesio y representa la masa de oxígeno frente a la masa de magnesio.

Masa de Mg (g)	Tapa	Crisol + tapa (g)	Crisol + tapa + Mg (g)	Masa final constante (g)	Masa de O (g)	mol O ÷ mol Mg
0,24	levantada un poco
0,24	quitada
0,24	puesta

Resultados esperados

Valores de la simulación. La balanza mide hasta 0,001 g y su última cifra oscila ±0,001 g, así que los grupos obtienen valores algo distintos.

Tapa	Masa de Mg (g)	Masa de O (g)	mol O ÷ mol Mg	Qué dicen los cálculos
levantada un poco	0,241	0,154	0,97	MgO, sin errores de procedimiento
quitada	0,239	0,113	0,72	escapó humo, masa final demasiado baja
puesta (5 min, luego 6,6 min)	0,242	0,080, luego 0,094	0,50, luego 0,59	no reaccionó todo el Mg; no hay masa constante

• Con la tapa levantada un poco, la masa de oxígeno es de 0,152–0,156 g para 0,24 g de magnesio, y la relación se acerca a 1 : 1. El rendimiento porcentual de MgO es de alrededor del 99 %.
• La masa de oxígeno es proporcional a la masa de magnesio: unos 0,078 g para 0,12 g y 0,230 g para 0,36 g.
• Agua de cristalización: 2,50 g de sulfato de cobre(II) hidratado, calentado suavemente y enfriado en un desecador, pierden 0,901 g de agua (36,0 %). Eso da x = 4,99, así que la fórmula es CuSO₄·5H₂O.

Preguntas para los estudiantes

1. (Predicción, se repite después del laboratorio) ¿Cómo cambia la masa del crisol y su contenido cuando se calienta magnesio en él?
2. Una clase usa 0,12 g, 0,24 g y 0,36 g de magnesio. ¿Cuál es la variable dependiente?
3. Con 0,24 g de magnesio y la tapa levantada un poco, ¿qué masa de oxígeno se combina?
4. A partir de tus masas, ¿cuánto vale la cantidad de oxígeno dividida entre la cantidad de magnesio?
5. Con la tapa quitada, la relación Mg : O es de aproximadamente 1 : 0,72. ¿Por qué?

Respuestas para el docente: (1) Aumenta, unos 0,154 g, porque el oxígeno del aire se combina con el magnesio. (2) La masa de oxígeno que se combina (la masa de magnesio es la variable independiente). (3) Unos 0,154 g (se acepta de 0,150 a 0,160 g). (4) Unos 0,97 (se acepta de 0,94 a 1,03), así que la fórmula es MgO. (5) Escapó humo blanco de óxido de magnesio, así que la masa final, y con ella la masa de oxígeno, es demasiado baja.

Ideas erróneas frecuentes

• "Al quemarse, las cosas pesan menos." El magnesio gana masa porque se combina con oxígeno. La masa se conserva, pero el oxígeno viene del aire, que nunca estuvo sobre la balanza.
• "Hay que dejar la tapa puesta para que no escape nada." Con la tapa puesta entra muy poco aire y el magnesio solo reacciona a medias. Hay que levantar la tapa de vez en cuando.
• "Una relación de 0,97 significa que la fórmula es Mg₃₃O₃₂." Las relaciones experimentales nunca son exactas. Redondea a la relación más sencilla de números enteros que encaje dentro del error experimental.

Ampliación

• Cambia Experimento a "Agua de cristalización", elige sulfato de cobre(II) y halla x. Después prueba a calentar fuerte, o desmarca Enfriar en un desecador, y lee el error que indican los cálculos.
• Análisis por combustión (A-level e IB): quema etanoato de etilo, halla las masas de C, H y O a partir del CO₂ y el H₂O absorbidos, y usa el pico del ion molecular para obtener la fórmula molecular.

Preguntas frecuentes

¿Por qué la relación sale un poco por debajo de 1?

Con la tapa levantada un poco, alrededor del 1 % del óxido de magnesio escapa como humo, igual que en un crisol real. La relación sigue lo bastante cerca de 1 : 1 para dar MgO.

¿La simulación incluye el nitruro de magnesio?

No. Se ignora la pequeña cantidad de nitruro que se forma en el aire, así que los únicos errores vienen de la tapa, de un calentamiento incompleto y de la balanza.

¿Cuánto dura una medida?

Unos 2 minutos: 25 segundos de calentamiento aparecen como 5 minutos en el reloj. Así queda tiempo para comparar las posiciones de la tapa y para el hidrato.

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