Plan de Lección Teknis | Electroquímica: Pilas

Objetivo

Duración: 10 - 15 minutos

El propósito de esta etapa es entregar una comprensión clara y práctica del funcionamiento de las celdas electroquímicas, preparando a los estudiantes para aplicar este conocimiento en situaciones del mundo real, tanto en el ámbito académico como en el profesional. Se destaca la conexión con el mercado laboral a través de la resolución de problemas prácticos que desarrollan habilidades fundamentales para carreras en química, ingeniería y otras disciplinas tecnológicas.

Objetivo Utama:

1. Entender qué son las celdas electroquímicas y sus componentes principales.

2. Calcular la dirección del flujo de corriente, identificar el ánodo y el cátodo, y determinar la diferencia de voltaje (dv) de una celda en condiciones estándar.

3. Resolver problemas prácticos relacionados con celdas aplicando los conceptos aprendidos.

Objetivo Sampingan:

1. Fomentar habilidades analíticas y de resolución de problemas.
2. Promover el trabajo en equipo y la colaboración entre los estudiantes.

Introducción

Duración: 15 - 20 minutos

El objetivo de esta etapa es captar el interés de los estudiantes contextualizando el contenido de manera práctica y relevante. A través de curiosidades y vinculando el tema con el mercado laboral, se busca despertar la curiosidad de los estudiantes y motivarlos a aprender. La actividad inicial está diseñada para involucrar a los estudiantes desde el principio, promoviendo la reflexión y la participación activa en la lección.

Curiosidades y Conexión con el Mercado

¿Sabías que las baterías de litio, que son muy usadas en dispositivos electrónicos portátiles, fueron inventadas en los años 70 y cambiaron la manera en que almacenamos energía? En el mercado laboral, tener conocimientos sobre celdas es esencial para quienes trabajan en la industria electrónica, en ingeniería eléctrica, así como en investigación y desarrollo de nuevas tecnologías de almacenamiento de energía, como baterías para vehículos eléctricos.

Contextualización

Las celdas electroquímicas son dispositivos que convierten energía química en energía eléctrica. Están presentes en nuestra vida diaria en una variedad de dispositivos, como controles remotos, relojes, teléfonos inteligentes e incluso automóviles eléctricos. Comprender cómo funcionan estas celdas es clave para entender cómo operan y se mantienen muchos de los aparatos tecnológicos que usamos a diario.

Actividad Inicial

Pregunta Provocadora: ¿Cómo sería nuestra vida sin baterías y celdas? Video Corto: Muestra un video de 3 a 4 minutos que explore la historia y evolución de las celdas, resaltando sus aplicaciones prácticas e innovaciones recientes. Discusión Rápida: Invita a una breve discusión grupal sobre cómo las celdas afectan la vida diaria de los estudiantes y sus futuras carreras.

Desarrollo

Duración: 50 - 55 minutos

El propósito de esta etapa es consolidar el conocimiento teórico a través de actividades prácticas y reflexivas, proporcionando a los estudiantes una comprensión más profunda y aplicada de los conceptos de electroquímica. Las actividades propuestas fomentan el pensamiento crítico, la resolución de problemas y la colaboración en grupo, habilidades esenciales tanto en contextos académicos como profesionales.

Temas

1. Componentes de una celda electroquímica

2. Reacciones redox

3. Ánodo y cátodo

4. Potencial electrodo estándar

5. Cálculo de la diferencia de voltaje (dv) de la celda

Reflexiones sobre el Tema

Guía a los estudiantes para reflexionar sobre cómo el entendimiento de los conceptos de electroquímica puede influir en el desarrollo de nuevas tecnologías de almacenamiento de energía, como baterías más eficientes y sostenibles. Anímalos a pensar sobre la relevancia de las soluciones energéticas para el futuro y cómo el conocimiento adquirido puede ser aplicado en innovaciones tecnológicas y prácticas sustentables.

Mini Desafío

Construyendo una Celda Electroquímica

Los estudiantes deberán construir una celda electroquímica simple utilizando materiales comunes, como monedas de cobre, clavos de zinc, cartón empapado en solución salina y cables conductores. Esta actividad práctica permitirá a los estudiantes visualizar cómo opera una celda y reforzar los conceptos aprendidos.

1. Divide a los alumnos en grupos de 4 a 5 integrantes.

2. Entrega los materiales necesarios para cada grupo: dos monedas de cobre, dos clavos de zinc, cartón, solución salina (agua salada), cables conductores y un multímetro.

3. Indica a los estudiantes que recorten dos tiras de cartón y las empapen en la solución salina.

4. Pide a los estudiantes que ensamblen la celda intercalando los materiales de la siguiente manera: moneda de cobre, cartón empapado en sal, clavo de zinc. Repite el proceso para crear una segunda celda.

5. Conecta las dos celdas en serie usando los cables conductores, uniendo el clavo de zinc de una celda a la moneda de cobre de la otra.

6. Utiliza el multímetro para medir la diferencia de voltaje (dv) generada por la celda que construyeron los estudiantes.

7. Guía a los estudiantes para identificar el ánodo y el cátodo en su celda y discutir la dirección de la corriente eléctrica.

Permitir a los estudiantes aplicar conceptos teóricos en la práctica, visualizando cómo opera una celda y comprendiendo los procesos redox en un contexto real.

**Duración: 30 - 35 minutos

Ejercicios de Evaluación

1. Explica, basado en reacciones redox, por qué el cobre actúa como el cátodo y el zinc como el ánodo en la celda construida.

2. Calcula el dv estándar de una celda compuesta por electrodos de zinc y cobre, usando los potenciales de electrodo estándar: Zn²⁺/Zn (-0.76 V) y Cu²⁺/Cu (+0.34 V).

3. Describe la trayectoria de los electrones en la celda construida e indica la dirección de la corriente eléctrica.

4. Resuelve un problema reemplazando el electrodo de zinc por un electrodo de magnesio (Mg²⁺/Mg: -2.37 V) y calcula el nuevo dv de la celda.

Conclusión

Duración: 15 - 20 minutos

El objetivo de esta etapa es consolidar el aprendizaje de los estudiantes, ayudándoles a conectar la teoría con la práctica y entender la relevancia del conocimiento adquirido para el mercado laboral y su vida diaria. A través de la discusión y la reflexión, los estudiantes pueden interiorizar mejor los conceptos, desarrollar habilidades críticas y reconocer la importancia de las tecnologías basadas en electroquímica.

Discusión

Facilita una discusión abierta donde los estudiantes puedan compartir sus experiencias durante la construcción de la celda electroquímica, los desafíos que encontraron y las soluciones que aplicaron. Motívalos a reflexionar sobre cómo el conocimiento adquirido puede ser útil en contextos reales, especialmente en el mercado laboral. Pregunta sobre otras tecnologías que conozcan que utilicen principios electroquímicos y cómo estas tecnologías impactan su vida diaria. También discute la importancia de desarrollar baterías más eficientes y sostenibles para el futuro.

Resumen

Recapitula el contenido principal cubierto en la lección, como la definición de celdas electroquímicas, los componentes esenciales (ánodo y cátodo), las reacciones redox, el cálculo de la dirección de la corriente y la diferencia de voltaje (dv). Reforzar los conceptos aprendidos durante la construcción práctica de la celda electroquímica y la resolución de los ejercicios propuestos.

Cierre

Explica la relevancia de estudiar celdas electroquímicas para el desarrollo de tecnologías sostenibles y avanzadas, como baterías para vehículos eléctricos y dispositivos portátiles. Enfatiza cómo la conexión entre la teoría y la práctica, abordada en la lección, prepara a los estudiantes para enfrentar desafíos reales en el ámbito laboral y en su vida diaria.