Plan de Lección Teknis | Termoquímica: Energía Libre de Gibbs

Objetivo

Duración: (10 - 15 minutos)

El objetivo de esta etapa del plan de lección es proporcionar a los estudiantes una comprensión clara y detallada de los objetivos principales y secundarios que se lograrán durante la lección. Describiendo y entendiendo la energía libre de Gibbs y su aplicación en la determinación de la espontaneidad de las reacciones químicas, los estudiantes desarrollarán habilidades prácticas esenciales que son muy valoradas en el mercado laboral, especialmente en los campos científicos e industriales. Esta comprensión práctica facilita la aplicación de los conceptos teóricos en situaciones reales, promoviendo un aprendizaje más significativo y orientado a la carrera.

Objetivo Utama:

1. Calcular la energía libre de Gibbs utilizando la fórmula ΔG = ΔH - TΔS.

2. Determinar la espontaneidad de una reacción química según el valor obtenido para la energía libre de Gibbs.

Objetivo Sampingan:

1. Reforzar la comprensión de conceptos termodinámicos como entalpía (ΔH) y entropía (ΔS).
2. Desarrollar habilidades de resolución de problemas aplicadas a la química.

Introducción

Duración: (15 - 20 minutos)

El propósito de esta etapa del plan de lección es captar el interés de los estudiantes y contextualizar la importancia de la energía libre de Gibbs en situaciones de la vida real y en el mercado laboral. Al conectar el tema con ejemplos prácticos y comenzar con una actividad atractiva, los estudiantes se sentirán motivados y más receptivos al aprendizaje que seguirá.

Curiosidades y Conexión con el Mercado

 La energía libre de Gibbs es clave en el desarrollo de nuevos medicamentos, ayudando a predecir qué reacciones serán espontáneas y, por lo tanto, más eficientes. ⚡ En la industria energética, se utiliza para mejorar la eficiencia de pilas de combustible y baterías, contribuyendo a la innovación en tecnologías sostenibles. 離 Además, en el campo de la ingeniería química, comprender la energía libre de Gibbs es fundamental para optimizar procesos industriales, ahorrando tiempo y recursos.

Contextualización

La energía libre de Gibbs es un concepto fundamental en la termoquímica, esencial para entender cómo y por qué ocurren las reacciones químicas. Imagina la reacción química como un viaje: la energía libre de Gibbs nos indica si este viaje puede llevarse a cabo espontáneamente o si necesitamos proporcionar energía adicional. Este concepto se aplica en distintos ámbitos, desde la fabricación de medicamentos hasta la producción de energía, influenciando directamente en la eficiencia y viabilidad de los procesos químicos.

Actividad Inicial

離 Actividad inicial: Muestra un video corto (2-3 minutos) que ilustre una fascinante reacción química, como la formación de burbujas de gas en una solución. Después del video, pregunta a los estudiantes: '¿Por qué ocurre espontáneamente esta reacción?' Facilita una breve discusión para explorar las ideas iniciales de los estudiantes sobre energía y espontaneidad.

Desarrollo

Duración: (40 - 45 minutos)

El propósito de esta etapa del plan de lección es consolidar el conocimiento teórico a través de actividades prácticas y ejercicios de fijación. Esto permite a los estudiantes aplicar los conceptos aprendidos, desarrollando habilidades prácticas y analíticas que son muy valoradas en el mercado laboral. La reflexión y la discusión sobre el tema también promueven el pensamiento crítico y la comprensión contextualizada de los conceptos.

Temas

1. Concepto de Energía Libre de Gibbs (ΔG).

2. Fórmula de Energía Libre de Gibbs: ΔG = ΔH - TΔS.

3. Entalpía (ΔH) y Entropía (ΔS).

4. Criterios para la espontaneidad de las reacciones químicas.

5. Aplicaciones de la Energía Libre de Gibbs en el mercado laboral.

Reflexiones sobre el Tema

Guía a los estudiantes para reflexionar sobre cómo el entendimiento de la energía libre de Gibbs puede ser utilizado para optimizar procesos industriales y desarrollar nuevas tecnologías. Pregunta: '¿Cómo puede influir la predicción de la espontaneidad de una reacción en la eficiencia de un proceso industrial o en la creación de nuevos productos?' Facilita una discusión en grupo para que los estudiantes compartan sus ideas y las conecten con ejemplos reales.

Mini Desafío

Mini desafío: Construyendo un experimento para calcular ΔG

Los estudiantes realizarán un experimento simple para calcular la energía libre de Gibbs de una reacción química y determinar su espontaneidad.

1. Divide a los estudiantes en grupos de 3 a 4 personas.

2. Distribuye los materiales necesarios: vinagre, bicarbonato de sodio, termómetros, vasos de precipitados, balanzas y cronómetros.

3. Pide a los estudiantes que midan la temperatura inicial del vinagre y la registren.

4. Agrega una cantidad conocida de bicarbonato de sodio al vinagre y mide la temperatura final de la mezcla.

5. Los estudiantes deben calcular el cambio en entalpía (ΔH) usando la fórmula Q = mcΔT, donde m es la masa de vinagre, c es el calor específico y ΔT es el cambio de temperatura.

6. Guía a los estudiantes para estimar el cambio en entropía (ΔS) basado en la información proporcionada por el docente.

7. Usa la fórmula ΔG = ΔH - TΔS, con la temperatura en Kelvin, para calcular la energía libre de Gibbs.

8. Determina si la reacción es espontánea o no, según el valor de ΔG.

9. Pide a los estudiantes que presenten sus resultados y discutan las implicaciones de una reacción espontánea en procesos industriales.

El objetivo de esta actividad es permitir que los estudiantes apliquen los conceptos teóricos de la energía libre de Gibbs en un experimento práctico, desarrollando habilidades de resolución de problemas y trabajo en equipo.

**Duración: (30 - 35 minutos)

Ejercicios de Evaluación

1. Calcula la energía libre de Gibbs para una reacción donde ΔH = -50 kJ/mol, ΔS = 100 J/mol·K, y T = 298 K. ¿Es espontánea la reacción?

2. Explica cómo la variación de temperatura puede influir en la espontaneidad de una reacción química.

3. Da un ejemplo de una aplicación de la energía libre de Gibbs en la industria farmacéutica.

Conclusión

Duración: (10 - 15 minutos)

El propósito de esta etapa del plan de lección es consolidar el aprendizaje, asegurando que los estudiantes comprendan la relevancia y aplicación práctica de los conceptos estudiados. Fomentando la discusión y reflexión sobre el tema, los estudiantes pueden evaluar lo que han aprendido, identificar áreas de mejora y reforzar el conocimiento adquirido, preparándose mejor para situaciones académicas y profesionales futuras.

Discusión

Facilita una discusión con los estudiantes, animándolos a compartir sus reflexiones sobre la lección. Pregunta: '¿Cómo puede aplicarse la comprensión de la energía libre de Gibbs en situaciones de la vida real que conoces?' y '¿Cuáles fueron los principales desafíos que encontraste durante el experimento y cómo los superaste?' Promueve un debate sobre las aplicaciones prácticas de la energía libre de Gibbs, desde la industria farmacéutica hasta la producción de energía, y cómo predecir la espontaneidad de las reacciones puede influir en la eficiencia de los procesos.

Resumen

Recapitula el contenido principal presentado en la lección, como el concepto de energía libre de Gibbs, la fórmula ΔG = ΔH - TΔS y los criterios para la espontaneidad de las reacciones químicas. Recuerda cómo se aplicaron estos conceptos en un experimento práctico para calcular ΔG y determinar la espontaneidad de una reacción.

Cierre

Explica cómo la lección conectó la teoría con la práctica y las aplicaciones en el mercado laboral. Enfatiza la importancia de entender la energía libre de Gibbs para optimizar procesos industriales, desarrollar nuevas tecnologías y mejorar la eficiencia energética. Resalta que este conocimiento es fundamental para diversas carreras científicas e industriales.