Sabers que s'aprenen

#CAN.1. Anàlisi dels diferents tipus de canvis que experimenten els sistemes materials per relacionar-los amb les causes que els produeixen i amb les conseqüències que comporten.

#CAN.2. Diferenciació de canvis físics i canvis químics basant-se en evidències experimentals i en el concepte de substància.

#CAN.3. Interpretació de les reaccions químiques a escala macroscòpica i submicroscòpica per explicar les relacions de la química amb el medi ambient, la tecnologia i la societat.

#HC.2. Disseny i realització de treball experimental i emprenedoria de projectes de recerca per resoldre problemes mitjançant l’ús de l’experimentació, la indagació, la deducció, la recerca d’evidències o el raonament logicomatemàtic per fer inferències vàlides a partir de les observacions i l’elaboració de conclusions pertinents i generals que vagin més enllà de les condicions experimentals, per aplicar-les a nous escenaris. 

#HC.4 Ús del llenguatge científic, incloent-hi l’ús adequat de representacions, sistemes d’unitats i eines matemàtiques, per aconseguir una comunicació argumentada en diferents entorns científics i d’aprenentatge. 

Concrecions dels sabers curriculars

• Observació i descripció dels diferents tipus de canvis que es poden produir en una substància quan s'escalfa, es dissol en aigua, es posa en contacte amb una flama o es posa en contacte amb una altra substància. [ESS]
• Diferenciació de canvis físics i canvis químics a partir d'evidències experimentals. [ESS]
• Interpretació de les reaccions químiques a escala macroscòpica com ara la desaparició de les substàncies inicials (reactius) i l’aparició de substàncies noves (productes) observant la modificació de les propietats característiques dels sistemes materials: canvis de color, aparició de gasos, aparició de precipitats, canvis de temperatura, etc.  [ESS]
• Anàlisi de reaccions químiques senzilles i comunes, interpretant-les a escala submicroscòpica com una reordenació dels àtoms que originalment formaven els reactius per donar lloc als productes, però sense necessitat d’entrar en detall de com es creen i trenquen enllaços.
• Representació simplificada de les reaccions químiques en llenguatge simbòlic amb els noms de les substàncies (pseudoequació química amb paraules, com ara ferro i sofre = sulfur de ferro).
• Disseny d’experiments senzills a partir de les preguntes proposades pel professorat.
• Elaboració de conclusions a partir dels resultats experimentals.
• Ús de la terminologia científica que s’ha treballat en la SA, fent especial atenció a les magnituds i les seves unitats corresponents.

Interacció amb altres blocs de sabers

#MAT.1. Aplicació del model cinètic de la matèria i la teoria cineticomolecular a partir d’observacions sobre la matèria per explicar-ne les propietats, els estats d’agregació i els canvis d’estat, i la formació de barreges i dissolucions.

#EN.2. Raonament dels aspectes energètics associats a canvis físics i químics i identificar-los en fenòmens quotidians.

Idees clau que es construeixen

[CAN.CC1]. Els canvis poden ser físics o químics.

[CAN.CC2]. En un canvi químic apareixen substàncies noves i en desapareixen d’altres.

[CAN.RQ1]. Les reaccions es poden expressar a tres escales: macroscòpica, submicroscòpica i simbòlica.

[CAN.RQ2]. A escala submicroscòpica tota reacció química és la reordenació dels seus àtoms.

Descripció de l’activitat per al docent

Presentació i context

Es presenta la combustió com una activitat que es dona en moltes situacions del nostre dia a dia: quan cuinem, quan anem en cotxe, quan hi ha un incendi i també quan encenem una espelma. Es comença plantejant preguntes exploratòries al voltant de la combustió d’una espelma: de què està feta l’espelma? Per a què serveix el ble? Què veiem mentre està encesa? Què està passant mentre està encesa? Què és el foc? S’està produint un canvi físic o un canvi químic? L’objectiu és explicar la combustió d’una espelma a partir del model de canvi físic i canvi químic.

Desenvolupament de l’activitat

Per començar, s’encén una espelma i es demana a l’alumnat que examini amb detall la flama, el ble (la metxa) i la part superior de l’espelma (la “copa” de sota del ble), per distingir una zona on es produeix la fusió (i vaporització) de la cera (canvi físic) i una altra zona on es produeix una combustió (canvi químic) que no és uniforme, ja que varia segons la zona de la flama.

A continuació l’alumnat col·loca un extrem d’un tubet de vidre a la part baixa del ble, on la cera s’escalfa i es vaporitza, per capturar vapor de cera abans que se'n produeixi la combustió. Això permet evidenciar que, abans de la combustió, es produeix un canvi físic de la cera de l’espelma de sòlid a líquid i de líquid a gas (el fum blanc correspon a la condensació del gas), i que és aquest gas el que crema.

Seguidament, l’alumnat apaga l’espelma i apropa una flama prop del ble immediatament després d’apagar-la per visualitzar que el fum blanc és cera. La combustió de la cera es produeix en tot cas a partir de cera en estat gasós, i el fum blanc no és cera en estat gasós (la majoria dels gasos no són visibles), sinó un aerosol de gotetes microscòpiques de cera líquida format per la condensació del vapor de cera. En apropar-hi la flama, aquestes gotetes s’escalfen, es vaporitzen de nou i la cera en estat gasós immediatament comença a cremar i torna a encendre l’espelma. Cal guiar l’alumnat per tal que sigui capaç de construir aquestes explicacions en un procés dialògic amb ells.

Tot seguit, l’alumnat apropa un vidre de rellotge (o un vas de precipitats) a la flama per evidenciar la formació de substàncies noves durant la combustió. Quan s’apropa el vidre de rellotge a poc a poc sobre la flama s’observa la formació de gotetes d’aigua (vapor d’aigua condensat sobre el vidre fred). Si es continua apropant el vidre a la flama fins a tocar-la, però sense apagar-la, s’observa la formació d’un fum negre i sobre el vidre es diposita una substància negra que, un cop es deixa refredar, es pot tocar i arrossegar amb el dit (el sutge o carboni, producte de la combustió incompleta de l’espelma).

Finalment, l’alumnat apaga l’espelma tapant-la amb vasos de precipitats de diferents mides per mostrar que la combustió necessita oxigen i que el volum d’aire disponible condiciona la durada de la combustió.

Convé que l’alumnat pesi l’espelma al principi i al final de l’activitat per comprovar que la massa de l’espelma canvia durant la combustió. L’objectiu és evidenciar que en un canvi químic com la combustió, les substàncies que actuen de reactius (la parafina i l’oxigen de l’aire amb el qual reacciona) deixen d’existir com a tals, i apareixen substàncies noves que abans no hi eren (en aquest cas, diòxid de carboni i aigua), que si són gasoses marxen i, per tant, la massa mesurada en aquest cas és menor.

Les accions anteriors haurien d’anar acompanyades de l’elaboració per part de l’alumnat d’una descripció, utilitzant la terminologia científica adequada, del que ha succeït en cada cas. Així mateix, l’activitat hauria de culminar en la interpretació de la reacció química de combustió de l’espelma a escala submicroscòpica i en la seva representació simplificada en llenguatge simbòlic amb els noms de les substàncies (pseudoequació química amb paraules).

Variacions i suports

Es pot comparar la combustió de l’espelma amb la combustió de la llana de ferro, en la qual la massa final mesurada és major que la inicial (ja que en aquest cas un dels reactius també és gasós, l’oxigen, i l’únic producte que es forma és sòlid, òxid de ferro). Vegeu l’activitat proposada del bloc Canvi per a 3r d’ESO.

Recursos

A la “Unitat 8. Què es manté inalterat quan tot canvia? De l’espelma als aliments”, del projecte “Ciències 12-15” (pg. 11 a 18), es descriu en detall una activitat similar a la que s’ha presentat aquí. https://ddd.uab.cat/record/310534

Aliberas i Maymí, J. (2012, juliol). Com funciona una espelma? Ciències: Revista del Professorat de Ciències de Primària i Secundària, 22, 9–12. https://revistes.uab.cat/ciencies/article/view/n22-aliberas/116