Plan de Clase | Metodología Activa | Cinética Química: Ley de Velocidad

Premisas: Este Plan de Clase Activa asume: una clase de 100 minutos de duración, estudio previo de los estudiantes tanto con el Libro, como con el inicio del desarrollo del Proyecto y que se elegirá una única actividad (entre las tres sugeridas) para realizarse durante la clase, ya que cada actividad está pensada para ocupar gran parte del tiempo disponible.

Objetivo

Duración: (5 - 7 minutos)

Definir los objetivos es esencial para establecer una dirección clara en la clase, garantizando que tanto el docente como los estudiantes estén en sintonía respecto a lo que se va a lograr. En este contexto, los objetivos se establecen para que los estudiantes desarrollen habilidades clave en cinética química, aplicando los conocimientos teóricos adquiridos en casa para resolver problemas prácticos en el aula. Además, esta sección tiene como fin motivar a los alumnos, resaltando la relevancia de estudiar las leyes de velocidad en la comprensión y control de reacciones químicas.

Objetivo Utama:

1. Capacitar a los estudiantes para determinar la ley de velocidad de una reacción química a partir de los coeficientes estequiométricos.

2. Permitir que los estudiantes determinen la ley de velocidad de reacciones no elementales utilizando datos experimentales de concentración y tasa de reacción.

Objetivo Tambahan:

1. Estimular el pensamiento crítico y la aplicación de conceptos matemáticos en la resolución de problemas de cinética.
2. Fomentar habilidades de trabajo en equipo y comunicación durante las actividades prácticas.

Introducción

Duración: (15 - 20 minutos)

La introducción tiene como objetivo enganchar a los estudiantes con el tema de la clase mediante la presentación de situaciones problemáticas que fomenten la aplicación práctica de conocimientos previos. Asimismo, al contextualizar la importancia de la cinética química en la vida cotidiana y en aplicaciones industriales y científicas, los estudiantes se motivan al ver la relevancia del tema y su conexión con otras áreas del conocimiento. Esta etapa sienta las bases para una comprensión más profunda y aplicada de la cinética química a lo largo de la lección.

Situación Problemática

1. Imaginá que estás en un laboratorio y necesitás determinar la ley de velocidad de una reacción que produce gas oxígeno a partir de la descomposición de peróxido de hidrógeno. ¿Qué experimentos harías y cómo usarías los datos obtenidos para determinar la ley de velocidad?

2. Considerá la reacción entre ácido clorhídrico y hidróxido de sodio, que forma cloruro de sodio y agua. Si tuvieras acceso a datos de concentración y tasa a diferentes temperaturas, ¿cómo podrías determinar el orden de reacción y la constante de velocidad?

Contextualización

La cinética química es un área fundamental de la química que estudia la velocidad de las reacciones y los factores que la afectan. Entender la ley de velocidad nos permite predecir y controlar reacciones químicas en distintos contextos, desde la producción de medicamentos hasta la optimización de procesos industriales. Por ejemplo, conocer la ley de velocidad es vital en medicina para garantizar que los medicamentos sean eficaces en la dosis correcta y en el momento oportuno. Además, estudios recientes demuestran cómo la cinética química es clave en la búsqueda de soluciones sostenibles, como la reducción del uso de catalizadores o la maximización del aprovechamiento de materias primas.

Desarrollo

Duración: (70 - 75 minutos)

La fase de Desarrollo está diseñada para que los estudiantes apliquen conceptos teóricos de la cinética química de forma práctica y colaborativa, a través de actividades lúdicas y desafiantes. Tendrán la oportunidad de explorar y resolver problemas reales relacionados con la determinación de la ley de velocidad de reacciones químicas, consolidando su comprensión y habilidades analíticas. Este enfoque no solo refuerza el aprendizaje, sino que también desarrolla habilidades de trabajo en equipo, comunicación y pensamiento crítico.

Sugerencias de Actividades

Se recomienda realizar solo una de las actividades sugeridas

Actividad 1 - Detectives de Velocidad: El Caso del Vinagre Perdido

> Duración: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Aplicar conocimientos de cinética química para determinar la ley de velocidad de una reacción a partir de datos experimentales.

- Descripción: En esta actividad, los alumnos asumirán el rol de detectives químicos para resolver 'El Caso del Vinagre Perdido.' Deberán determinar la ley de velocidad de una reacción entre vinagre (ácido acético) y bicarbonato de sodio usando datos experimentales sobre cambios en la concentración y tasa de reacción.

- Instrucciones:

• Dividir la clase en grupos de hasta 5 estudiantes.

• Proporcionar a cada grupo una hoja de datos que incluya concentraciones iniciales y finales de ácido acético y bicarbonato de sodio, junto con las tasas de formación de dióxido de carbono.

• Cada grupo deberá analizar los datos para determinar el orden de reacción y la constante de velocidad.

• Presentar los resultados en un informe que incluya gráficos de concentración versus tiempo y tasa de formación de CO2 versus concentración de reactivos.

• Cada grupo presentará sus hallazgos a la clase, explicando la lógica detrás de sus conclusiones.

Actividad 2 - Reacción en Cadena: Desentrañando el Orden de Reacción

> Duración: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Determinar el orden de reacción de una reacción química compleja utilizando datos experimentales.

- Descripción: Los estudiantes serán desafiados a descubrir el orden de una reacción en cadena entre yoduro de hidrógeno y peróxido de hidrógeno utilizando un enfoque experimental. Utilizarán datos de concentración y tasa para determinar los exponentes de orden de reacción.

- Instrucciones:

• Formar grupos de hasta 5 estudiantes.

• Proporcionar a cada grupo una serie de datos experimentales que incluyan concentraciones iniciales y finales de reactivos y tasas de consumo de peróxido de hidrógeno.

• Los estudiantes deberán calcular los valores del orden de reacción y la constante de velocidad utilizando métodos gráficos y analíticos.

• Cada grupo preparará un cartel explicando el procedimiento y los resultados obtenidos.

• Habría una sesión de presentación en la que cada grupo compartirá sus hallazgos con la clase.

Actividad 3 - Laboratorio de Cinética: La Carrera de los Iones

> Duración: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Utilizar herramientas de simulación para entender y determinar la ley de velocidad en una reacción compleja.

- Descripción: En esta simulación práctica, los estudiantes se enfrentarán al desafío de determinar la ley de velocidad de una reacción entre iones permanganato y oxalato, simulando la reacción de Belousov-Zhabotinsky. Utilizarán software de simulación para recopilar y analizar datos.

- Instrucciones:

• Organizar a los estudiantes en grupos de hasta 5 participantes.

• Proporcionar acceso a software de simulación de reacciones químicas.

• Los estudiantes deberán ajustar los parámetros iniciales de la simulación y recopilar datos de concentración y tiempo.

• Usando los datos recopilados, deberán determinar la ley de velocidad de la reacción.

• Cada grupo preparará un video corto explicando el procedimiento y los resultados.

• Los videos se compartirán en una plataforma en línea para su evaluación.

Retroalimentación

Duración: (15 - 20 minutos)

Esta fase de retroalimentación es esencial para consolidar el aprendizaje, permitiendo a los estudiantes reflexionar sobre el proceso de determinación de la ley de velocidad y compartir ideas con sus compañeros. A través de la discusión grupal, tienen la oportunidad de verbalizar y confrontar sus comprensiones, identificando posibles lagunas en su conocimiento y promoviendo un aprendizaje más profundo. Además, al responder las preguntas clave, se les invita a pensar críticamente sobre la aplicación de los conceptos de cinética química, reforzando la conexión entre teoría y práctica.

Discusión en Grupo

Para iniciar la discusión grupal, el docente debe pedir a cada equipo que comparta los resultados de sus investigaciones, enfocándose en cómo determinaron la ley de velocidad de la reacción y qué métodos utilizaron. Es fundamental que los estudiantes analicen las similitudes y diferencias entre los enfoques de los distintos grupos y cómo eso puede influir en los resultados. Luego, el docente puede guiar la conversación para que los alumnos reflexionen sobre la aplicabilidad de los conceptos de cinética en la vida real y en otras áreas de la química.

Preguntas Clave

1. ¿Cuáles fueron los principales desafíos que encontraron para determinar la ley de velocidad de la reacción y cómo los superaron?

2. ¿Cómo afecta el orden de reacción a la interpretación del comportamiento de los reactivos bajo diferentes condiciones?

3. ¿Cómo se pueden aplicar los resultados obtenidos en situaciones prácticas u otras áreas de la química?

Conclusión

Duración: (5 - 10 minutos)

La fase de Conclusión tiene como finalidad consolidar el aprendizaje, asegurando que los estudiantes hayan comprendido los conceptos clave de la lección. Además, al revisar la conexión entre teoría y práctica y discutir las aplicaciones reales de los conceptos, se anima a los estudiantes a reconocer la importancia y utilidad de lo que han aprendido. Este cierre final ayuda a reforzar el conocimiento y a preparar a los estudiantes para aplicar estos conceptos en situaciones académicas y prácticas futuras.

Resumen

Al finalizar la lección, el docente debe resumir los puntos principales tratados respecto a la Ley de Velocidad en Cinética Química, recordando cómo los estudiantes pudieron determinar la ley de velocidad de reacciones tanto elementales como no elementales. Es importante destacar la significancia de comprender cómo los coeficientes estequiométricos y las concentraciones de reactantes afectan la velocidad de las reacciones.

Conexión con la Teoría

A lo largo de la clase, se estableció la conexión entre teoría y práctica mediante actividades experimentales y análisis de datos, donde los estudiantes aplicaron directamente los conceptos estudiados en casa. Las simulaciones y experimentos prácticos propiciaron una comprensión más profunda de cómo se manifiestan las teorías sobre las leyes de velocidad en reacciones reales y cómo se pueden aplicar para predecir comportamientos en diferentes condiciones de reacción.

Cierre

Por último, es fundamental resaltar la relevancia de la Ley de Velocidad en la vida cotidiana y en aplicaciones industriales. Comprender la cinética de las reacciones químicas es crucial para desarrollar nuevos productos, procesos más eficientes e incluso para la formulación de medicamentos. Este conocimiento también es esencial para entender y controlar reacciones en situaciones de seguridad, previniendo accidentes químicos.