Plan de Clase | Metodología Técnica | Termoquímica: Energía Libre de Gibbs

Objetivos

Duración: (10 - 15 minutos)

El propósito de esta etapa del plan de clase es proporcionar a los estudiantes una comprensión clara y detallada de los objetivos principales y secundarios que se lograrán a lo largo de la clase. Al describir y entender la energía libre de Gibbs y su aplicación en la determinación de la espontaneidad de reacciones químicas, los estudiantes desarrollarán habilidades prácticas fundamentales que son altamente valoradas en el mercado laboral, especialmente en áreas científicas e industriales. Este entendimiento práctico facilita la aplicación de conceptos teóricos en situaciones reales, promoviendo un aprendizaje más significativo y orientado a la carrera.

Objetivos Principales

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

2. Determinar la espontaneidad de una reacción química a partir del valor obtenido para la energía libre de Gibbs.

Objetivos Secundarios

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

Introducción

Duración: (15 - 20 minutos)

El objetivo de esta etapa del plan de clase es captar el interés de los estudiantes y contextualizar la importancia de la energía libre de Gibbs en situaciones reales y en el mercado laboral. Al conectar el tema a ejemplos prácticos e iniciar con una actividad atractiva, los estudiantes se sienten motivados y más receptivos para el aprendizaje que seguirá.

Contextualización

La energía libre de Gibbs es un concepto fundamental en termodinámica, esencial para entender cómo y por qué ocurren las reacciones químicas. Imagina una reacción química como un viaje: la energía libre de Gibbs nos dice si este viaje puede ocurrir espontáneamente o si necesitamos proporcionar energía extra. Este concepto es aplicable en diversas áreas, desde la fabricación de medicamentos hasta la producción de energía, influyendo directamente en la eficiencia y viabilidad de los procesos químicos.

Curiosidades y Conexión con el Mercado

 La energía libre de Gibbs es crucial en el desarrollo de nuevos medicamentos, ayudando a prever qué reacciones serán espontáneas y, por lo tanto, más eficientes.  En la industria de la energía, se utiliza para mejorar la eficiencia de celdas de combustible y baterías, contribuyendo a la innovación en tecnologías sostenibles. 離 Además, en el campo de la ingeniería química, el entendimiento de la energía libre de Gibbs es esencial para la optimización de procesos industriales, ahorrando tiempo y recursos.

Actividad Inicial

️ Actividad Inicial: Muestra un video corto (2-3 minutos) que demuestre una reacción química espectacular, como la formación de burbujas de gas en una solución. Después del video, pregunta a los estudiantes: '¿Por qué esta reacción ocurre espontáneamente?' 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 clase es consolidar el conocimiento teórico a través de actividades prácticas y ejercicios de fijación. Esto permite que los estudiantes apliquen los conceptos aprendidos, desarrollando habilidades prácticas y analíticas que son altamente valoradas en el mercado laboral. La reflexión y discusión sobre el tema también fomentan el pensamiento crítico y la comprensión contextualizada de los conceptos.

Temas Abordados

1. Concepto de Energía Libre de Gibbs (ΔG).
2. Fórmula de la Energía Libre de Gibbs: ΔG = ΔH - TΔS.
3. Entalpía (ΔH) y Entropía (ΔS).
4. Criterios de espontaneidad de las reacciones químicas.
5. Aplicaciones de la Energía Libre de Gibbs en el mercado laboral.

Reflexiones Sobre el Tema

Indica a los estudiantes que reflexionen sobre cómo la comprensión de la Energía Libre de Gibbs puede ser utilizada para optimizar procesos industriales y desarrollar nuevas tecnologías. Pregunta: '¿Cómo la previsión de la espontaneidad de una reacción puede influir en la eficiencia de un proceso industrial o la creación de nuevos productos?' Facilita una discusión en grupo para que los estudiantes puedan compartir sus ideas y conectarlas a 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.

Instrucciones

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 anoten.
4. Agrega una cantidad conocida de bicarbonato de sodio al vinagre y mide la temperatura final de la mezcla.
5. Los estudiantes deben calcular la variación de entalpía (ΔH) usando la fórmula Q = mcΔT, donde m es la masa del vinagre, c es el calor específico y ΔT es la variación de temperatura.
6. Indica a los estudiantes que estimen la variación de entropía (ΔS) con base en la información proporcionada por el profesor.
7. Utiliza 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 con base en el valor de ΔG.
9. Pide a los estudiantes que presenten sus resultados y discutan las implicaciones de una reacción espontánea en procesos industriales.

Objetivo: El objetivo de esta actividad es permitir que los estudiantes apliquen los conceptos teóricos de Energía Libre de Gibbs en un experimento práctico, desarrollando habilidades de resolución de problemas y trabajo en equipo.

Duración: (30 - 35 minutos)

Ejercicios de Avaliación

1. Calcula la energía libre de Gibbs para una reacción donde ΔH = -50 kJ/mol, ΔS = 100 J/mol·K y T = 298 K. ¿La reacción es espontánea?
2. Explica cómo la variación de la 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 clase es consolidar el aprendizaje, asegurando que los estudiantes comprendan la relevancia y la aplicación práctica de los conceptos estudiados. Al promover una 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 futuras situaciones académicas y profesionales.

Discusión

Facilita una discusión con los estudiantes, animándolos a compartir sus reflexiones sobre la clase. Pregunta: '¿Cómo la comprensión de la Energía Libre de Gibbs puede aplicarse en situaciones reales que conocen?' y '¿Cuáles fueron los principales desafíos que encontraron durante el experimento y cómo los superaron?. Promueve un debate sobre las aplicaciones prácticas de la Energía Libre de Gibbs, desde la industria farmacéutica hasta la producción de energía, y cómo la previsión de la espontaneidad de las reacciones puede influir en la eficiencia de los procesos.

Resumen

Recapitula los principales contenidos presentados en la clase, como el concepto de Energía Libre de Gibbs, la fórmula ΔG = ΔH - TΔS, y los criterios de espontaneidad de las reacciones químicas. Recuerda cómo estos conceptos fueron aplicados en un experimento práctico para calcular ΔG y determinar la espontaneidad de una reacción.

Cierre

Explica cómo la clase 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 estos conocimientos son fundamentales para varias carreras científicas e industriales.