¿Pueden disolverse los líquidos en agua?

Pide a los alumnos que hagan una predicción:

• Los sólidos, como la sal o el azúcar, se pueden disolver en agua. ¿Crees que los líquidos se pueden disolver en agua?

Pregunta para investigar

¿El colorante de alimentos se disuelve en agua?

Materiales para la demostración

• Vaso de plástico transparente
• Agua
• Colorante de alimentos
• Sorbete o palito de helado

Nota: En el capítulo 1, se realizó una demostración similar como prueba de que las moléculas están en movimiento. En esta ocasión, la demostración se utiliza para mostrar la atracción entre las moléculas de agua y las moléculas del colorante líquido que permiten que el color se disuelva en el agua.

Pregunta a los alumnos:

• ¿El colorante de alimentos se disuelve en agua? 
  Sí.
• ¿Cómo sabes cuándo un soluto, como el colorante de alimentos, se ha disuelto en un disolvente, como el agua? 
  Como parte de la respuesta a esta pregunta, repasa la definición de disolución utilizando el ejemplo del colorante de alimentos y el agua. El soluto (colorante de alimentos) se disuelve en el disolvente (agua) cuando las moléculas del soluto se entremezclan exhaustivamente en el interior de las moléculas del disolvente que no se asientan ni se separan.
• Esta demostración demostró que el colorante de alimentos puede disolverse en agua. Describe un experimento que podrías hacer para comparar cómo se disuelven en agua el alcohol isopropílico, el aceite mineral y el jarabe de maíz. 
  Los alumnos deben ponerse de acuerdo en que necesitarán tres vasos llenos con la misma cantidad de agua. También deben darse cuenta de que es importante utilizar la misma temperatura para el agua en cada vaso y que la temperatura de cada uno de los tres líquidos que se están probando también debe ser la misma.

Entrega a cada alumno una hoja de actividades.

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La hoja de actividades servirá como el componente de evaluación de cada plan de lección 5-E. Las hojas de actividades son evaluaciones formativas del progreso y la comprensión de los alumnos. Al final de cada capítulo se incluye una evaluación sumativa más formal.

Los alumnos describirán el diseño de su experimento, registrarán sus observaciones y responderán preguntas sobre la actividad en la hoja de actividades. Las secciones Explícalo con átomos y moléculas y Aprende más de la hoja de actividades se completarán en conjunto con la clase, en grupos o individualmente, según tus instrucciones. Observa la versión para el maestro de la hoja de actividades para encontrar las preguntas y respuestas.

Pregunta para investigar

¿Se disuelven en agua el alcohol isopropílico, el aceite mineral y el jarabe de maíz?

Preparación del maestro para cada grupo

• Para cada grupo, coloca etiquetas en 3 vasos pequeños que digan “Alcohol”, “Aceite” y “Jarabe”.
• Vierte aproximadamente 1 cucharada de alcohol isopropílico, aceite mineral y jarabe de maíz en los vasos etiquetados.

Materiales para cada grupo

• Agua
• Alcohol isopropílico (al 70 % o más) en un vaso pequeño y etiquetado
• Aceite mineral en un vaso pequeño y etiquetado
• Jarabe de maíz en un vaso pequeño y etiquetado
• 3 vasos de plástico transparente
• Marcador permanente o cinta de enmascarar y un bolígrafo para etiquetar los recipientes
• 3 sorbetes o palitos de helado para revolver

Resultados esperados

• El alcohol adopta un aspecto gris y espiralado a medida que se mezcla con el agua. El alcohol tiende a permanecer en la superficie del agua porque es menos denso que el agua. No parece disolverse inmediatamente, pero se disuelve cuando se lo revuelve.
• El aceite permanece en la superficie del agua porque es menos denso que el agua, pero no parece mezclarse mucho con el agua. Cuando se lo agita, el aceite se rompe un poco y luego forma una capa en la superficie del agua nuevamente. El aceite no se disuelve.
• El jarabe de maíz se hunde en el agua porque es más denso que el agua. Parece permanecer ahí sin disolverse mucho inicialmente. Después de revolverlo, el jarabe de maíz se disuelve en el agua y la solución se vuelve transparente.

Pide a los alumnos que describan el aspecto del alcohol, el aceite y el jarabe de maíz en el agua y si se disolvieron o no.

Pregunta a los alumnos:

• ¿Puede un líquido disolver otro líquido? 
  Los alumnos deben darse cuenta de que algunos líquidos, pero no todos, pueden disolverse en agua.
• Según tus observaciones sobre la forma en que el alcohol isopropílico, el aceite mineral y el jarabe de maíz se disuelven en agua, ¿dirías que la solubilidad es una propiedad característica de un líquido? ¿Por qué? 
  Sí. La solubilidad es una propiedad característica porque cada líquido interactúa con el agua de forma diferente.

Proyecta la imagen Alcohol isopropílico.

Señala el enlace entre el oxígeno y el hidrógeno en un área de la molécula de alcohol.

Pregunta a los alumnos:

• ¿Qué saben ya sobre el enlace O–H? 
  Es polar. El oxígeno tiene una ligera carga negativa y el hidrógeno tiene una ligera carga positiva.
• ¿Cómo creen que afecta esta parte polar de la molécula a la solubilidad del alcohol? 
  Aunque el alcohol tiene un área polar (enlaces O–H) y un área apolar más grande (enlaces C–H), las moléculas de agua polares y el área polar de las moléculas de alcohol se atraen entre sí, lo que hace que el alcohol se disuelva en agua.

Proyecta la imagen Aceite mineral.

Recuerda a los alumnos que los átomos de carbono (gris más oscuro) e hidrógeno comparten los electrones de forma bastante uniforme. Esto significa que los enlaces en el aceite mineral son apolares, por lo que las moléculas de agua y las moléculas de aceite mineral no se atraen entre sí.

• ¿Por qué creen que el aceite no se disuelve en agua? 
  La molécula de aceite mineral está formada por átomos de carbono enlazados a átomos de hidrógeno. El enlace entre estos átomos crea muy poca polaridad. El agua no se ve muy atraída al aceite y, por lo tanto, no lo disuelve.
• En algunos aderezos para ensalada, una capa de aceite, de canola o aceite de oliva, flota sobre una capa de vinagre, que es principalmente agua. Si se agita una botella de este tipo de aderezo de ensalada, los líquidos se combinarán temporalmente. Pero el aceite y el vinagre no se disuelven el uno en el otro porque finalmente los dos líquidos se separan de nuevo. Sabiendo lo que saben sobre las moléculas y la disolución, ¿por qué el aceite en estos aderezos de ensalada no se disuelve en el vinagre? 
  El aceite es apolar y no se ve atraído al agua en el vinagre, por lo que no se disolverá.

Nota: Los alumnos deben entender que las moléculas polares, como el agua, atraen a otras moléculas polares, pero no atraen a moléculas apolares, como el aceite. Al nivel de la escuela secundaria, esta comprensión es suficiente, pero podría dar la impresión de que las moléculas apolares no experimentan ninguna atracción. Esto no es cierto.

Lee más sobre las atracciones entre moléculas apolares en la sección de Información contextual para el maestro al final de esta lección.

• Lección 5.7 Información contextual para el maestro PDF

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Proyecta la imagen Glucosa.

Explica a los alumnos que el jarabe de maíz es principalmente glucosa, pero que también contiene un azúcar similar, fructosa. Muéstrales a los alumnos la molécula de glucosa y señala los enlaces entre el oxígeno e hidrógeno.

Nota: Es posible que los alumnos hayan oído hablar del “jarabe de maíz de alta fructosa” utilizado en bebidas gaseosas y en algunos alimentos preparados. Este tipo de jarabe de maíz contiene un mayor porcentaje de fructosa que el jarabe de maíz que se vende habitualmente en la góndola de cocina de los supermercados.

Pregunta a los alumnos:

• ¿Por qué creen que las moléculas de glucosa se disuelven bien en agua? 
  La glucosa tiene muchas áreas en las que el oxígeno se enlaza al hidrógeno. Estos enlaces O–H son polares. Las moléculas polares de agua y las áreas polares de las moléculas de glucosa se atraen entre sí, lo que provoca que el jarabe de maíz se disuelva.
• A algunas personas con diabetes les puede ocurrir que su nivel de azúcar baje demasiado. Existen comprimidos de glucosa para ayudarles a resolver este problema. Cuando una persona ingiere uno, ¿creen que actuará rápidamente para aumentar su nivel de azúcar en sangre? ¿Por qué sí o por qué no? 
  Sí. El comprimido actuará rápidamente porque el agua presente en la saliva y el estómago de una persona disolverá con facilidad la glucosa.

El agua y el alcohol experimentan cosas muy interesantes cuando se los mezcla. Diles a los alumnos que has pintado el agua de color azul y el alcohol isopropílico de amarillo para que puedan ver mejor la mezcla.

Materiales para cada grupo

• Agua (color azul)
• Alcohol isopropílico (al 70 % o más, coloreado de amarillo)
• Tarjeta de índice laminada o cubierta con papel encerado
• 2 goteros
• Palillo de dientes o palito de helado

Resultados esperados

El alcohol y el agua “temblarán” o se “sacudirán” de cierta forma en el lugar exacto en el que se mezclan.

Pregunta a los alumnos:

• ¿Qué observan cuando se combinan la gota de alcohol y la gota de agua? 
  Los alumnos notarán que el alcohol y el agua parecen temblar en la zona en la que se mezclan. A medida que se mezclan los líquidos, los colores amarillo y azul se combinan para crear el color verde.

Diles a los alumnos que la mezcla de alcohol y agua no se comprende por completo a nivel molecular. Una de las razones del aspecto tembloroso podría ser que el alcohol es menos denso que el agua, por lo que, al mezclarse con el agua, la densidad del líquido en general cambia. El alcohol (que por sí solo flota en el agua) se hunde mientras se mezcla. Quizás muchos pequeños “hundimientos” hacen que la mezcla se vea temblorosa. Podría ser que el cambio en la densidad haga que la luz se refracte de forma diferente para provocar ese aspecto tembloroso. Tal vez el alcohol interfiera con la tensión superficial del agua, y esto hace que la superficie parezca temblar. También es cierto que, cuando se mezclan agua y alcohol, la solución se vuelve más tibia. Tal vez el calor aumente el movimiento molecular en la superficie, lo que contribuye de alguna manera al aspecto tembloroso.

Diles a los alumnos que la forma característica en que el agua y el alcohol interactúan entre sí causa otro fenómeno interesante.

Materiales para la demostración

• Alcohol isopropílico (al 90 % o más)
• Agua
• 2 cilindros graduados idénticos de 100 ml

Nota: Es posible que hayas oído la explicación de que las moléculas de agua se ubican en los espacios entre las moléculas de alcohol, o que las moléculas de alcohol se ubican en los espacios entre las moléculas de agua. Es una explicación demasiado pasiva. No es como si cayeran canicas en los espacios entre pelotas de golf. Hay una reorganización activa de las moléculas que se atraen entre sí, que da lugar al volumen final. De hecho, añadir dos líquidos cualesquiera que se puedan disolver el uno en el otro dará lugar a un volumen diferente de la suma de los volúmenes de líquido por separado. El alcohol y el agua se utilizan a menudo para ejemplificar este fenómeno porque son fáciles de conseguir y muestran una diferencia particularmente grande.