Plan de Lección Teknis | Equilibrio: Presiones Parciales

Objetivo

Duración: 10 - 15 minutos

El objetivo de esta etapa es establecer una base sólida para comprender el equilibrio químico, enfocándonos en las presiones parciales. Esto es fundamental para desarrollar habilidades prácticas que se puedan aplicar en diferentes áreas de la química industrial y de laboratorio. Se enfatiza la conexión entre el contenido teórico y sus aplicaciones prácticas, preparando a los estudiantes para enfrentar los desafíos del mercado laboral.

Objetivo Utama:

1. Entender la constante de equilibrio en términos de presiones parciales (Kp).

2. Vincular la constante de equilibrio en términos de presiones parciales (Kp) con la constante en términos de concentraciones molares (Kc).

Objetivo Sampingan:

1. Desarrollar habilidades prácticas al calcular y manipular presiones parciales en sistemas de equilibrio.
2. Aplicar conceptos de equilibrio químico en situaciones reales y prácticas, fomentando la conexión con el ámbito laboral.

Introducción

Duración: 15 - 20 minutos

El objetivo de esta etapa es captar el interés de los estudiantes al conectar el contenido teórico sobre presiones parciales y equilibrio químico con aplicaciones prácticas y reales en el ámbito laboral. Esto ayudará a los estudiantes a visualizar la importancia de los conceptos que se abordarán a lo largo de la lección, motivándolos a participar activamente en las actividades y desafíos que se presenten.

Curiosidades y Conexión con el Mercado

¿Sabías que el concepto de presiones parciales se utiliza ampliamente en la industria petroquímica para separar componentes en mezclas de gases? Además, los ingenieros químicos aplican este conocimiento para maximizar la producción en reactores industriales, ahorrando energía y recursos. Los profesionales que dominan estos conceptos son altamente valorados en el mercado laboral por su capacidad de optimizar procesos de producción.

Contextualización

El equilibrio químico es un concepto clave en química que describe un estado donde las reacciones químicas se llevan a cabo a la misma tasa en ambas direcciones. Esto tiene un impacto directo en procesos industriales, como la producción de amoníaco mediante el proceso Haber-Bosch, que es esencial para la fabricación de fertilizantes. Comprender cómo las presiones parciales de los gases influyen en el equilibrio es crucial para optimizar estos procesos y garantizar su eficiencia y sostenibilidad.

Actividad Inicial

Muestra un video corto (3-4 minutos) que ilustre el proceso Haber-Bosch en una planta industrial, subrayando la importancia de controlar las presiones parciales para la producción de amoníaco. Tras el video, plantea la siguiente pregunta provocadora: '¿Cómo crees que el control de las presiones parciales puede afectar la eficiencia de un proceso industrial?'

Desarrollo

Duración: 60 - 65 minutos

El objetivo de esta etapa es profundizar el entendimiento de los estudiantes sobre el equilibrio químico en términos de presiones parciales a través de actividades prácticas y reflexiones que conecten el contenido teórico con aplicaciones reales e industriales. La construcción del manómetro y los ejercicios de fijación tienen como meta asegurar que los estudiantes comprendan y puedan aplicar estos conceptos de manera práctica y relevante.

Temas

1. Definición de constante de equilibrio en términos de presiones parciales (Kp)

2. Relación entre Kp y Kc

3. Cálculo de presiones parciales en sistemas de equilibrio

4. Aplicaciones prácticas e industriales del concepto de presiones parciales

Reflexiones sobre el Tema

Guía a los estudiantes para que reflexionen sobre cómo el control de las presiones parciales puede ser esencial no solo en procesos industriales, sino también en situaciones cotidianas que involucran gases, como la respiración humana y la producción de bebidas carbonatadas. Pregunta cómo este conocimiento podría aplicarse para mejorar la eficiencia y sostenibilidad en diferentes contextos.

Mini Desafío

Construcción de un Manómetro Casero

Los estudiantes construirán un manómetro simple utilizando materiales accesibles como un tubo de plástico, agua y una regla para medir la presión de un gas en equilibrio. Esta actividad práctica ayudará a ilustrar el concepto de presiones parciales y su importancia en el equilibrio químico.

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

2. Distribuye los materiales necesarios: tubo de plástico transparente (aproximadamente 1 metro), agua, regla, cinta adhesiva y un recipiente para contener el gas (puedes usar una botella PET).

3. Instruye a los estudiantes para que formen una U con el tubo de plástico, asegurándolo de forma vertical con cinta adhesiva.

4. Pide a los estudiantes que llenen la mitad del tubo con agua, anotando el nivel inicial en ambos lados del tubo.

5. Guía a los estudiantes para conectar un extremo del tubo al recipiente con gas (pueden usar una bomba manual o simplemente soplar en la botella PET).

6. Los estudiantes deben medir la diferencia de niveles de agua en ambos lados del tubo, utilizando la regla para registrar la presión del gas.

7. Instruye a los estudiantes a calcular la presión del gas en mmHg y comentar cómo esta presión se relaciona con el concepto de presiones parciales y equilibrio químico.

8. Concluye la actividad pidiendo a cada grupo que presente sus observaciones y resultados al resto de la clase.

El propósito de esta actividad es proporcionar una experiencia práctica en la medición de presiones de gas, reforzando la comprensión del concepto de presiones parciales y su aplicación en sistemas de equilibrio.

**Duración: 30 - 40 minutos

Ejercicios de Evaluación

1. Calcula la constante de equilibrio Kp para la reacción N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g), dada la siguiente tabla de presiones parciales en equilibrio: P(N2) = 0.50 atm, P(H2) = 1.50 atm, P(NH3) = 0.20 atm.

2. Explica cómo la constante de equilibrio Kp está relacionada con la constante de equilibrio Kc para la reacción anterior, considerando una temperatura de 298 K.

3. Describe un ejemplo práctico donde el conocimiento de las presiones parciales y la constante de equilibrio Kp puedan usarse para optimizar un proceso industrial.

4. Discute las diferencias y similitudes entre Kp y Kc, y cómo estas constantes cambian con la temperatura.

Conclusión

Duración: 10 - 15 minutos

El objetivo de esta etapa es consolidar el aprendizaje, permitiendo a los estudiantes reflexionar sobre los conceptos discutidos y sus aplicaciones prácticas. Al resumir el contenido y fomentar la discusión, se refuerza la importancia del equilibrio químico y las presiones parciales, preparando a los estudiantes para utilizar este conocimiento en situaciones cotidianas y en el mercado laboral.

Discusión

Fomenta una discusión abierta con los estudiantes, animándolos a compartir sus reflexiones sobre el control de las presiones parciales en procesos industriales y su impacto en la vida cotidiana. Motiva a los estudiantes a relacionar la experiencia del manómetro casero con aplicaciones prácticas y la importancia de entender la constante de equilibrio Kp en distintos contextos. Pregunta: '¿Cómo viste aplicar la teoría en la práctica durante la construcción del manómetro? ¿Cuáles fueron las dificultades y cómo se resolvieron?' Discute las respuestas a los ejercicios de fijación, aclarando dudas y promoviendo un debate sobre las similitudes y diferencias entre Kp y Kc.

Resumen

Resume los conceptos clave que se abordaron durante la lección, destacando la definición y el cálculo de la constante de equilibrio en términos de presiones parciales (Kp), la relación entre Kp y Kc, y las aplicaciones prácticas de estos conceptos en contextos industriales y cotidianas. Recuerda los pasos para construir el manómetro y cómo esta actividad ayudó a visualizar el concepto de presiones parciales.

Cierre

Explica cómo la lección conectó teoría, práctica y aplicaciones, demostrando la relevancia del contenido para el mercado laboral y la vida cotidiana. Enfatiza la importancia de comprender el equilibrio químico y las presiones parciales para optimizar procesos industriales y tecnológicos, contribuyendo así a la eficiencia y sostenibilidad. Concluye resaltando que el conocimiento adquirido hoy es una herramienta valiosa para diversas carreras en química e ingeniería.