Experimentos física y química ESO: reacción y presión

Estos experimentos física y química ESO permiten investigar una reacción química y observar cómo se comporta un gas sin recurrir a llamas ni reactivos peligrosos. En esta propuesta, el alumnado mezcla vinagre y bicarbonato dentro de un sistema cerrado con un globo: registra cuánto se infla y compara la masa antes y después. Aprenderá a formular hipótesis, controlar variables y explicar sus resultados con una ecuación química y un modelo físico. La actividad se puede adaptar a 2.º, 3.º o 4.º de ESO y realizar en el aula o en el laboratorio, con supervisión docente.

Conceptos clave

Una reacción química transforma unas sustancias, los reactivos, en otras, los productos. Aquí, el ácido acético del vinagre reacciona con el bicarbonato de sodio y forma acetato de sodio, agua y dióxido de carbono. La ecuación ajustada es: NaHCO₃ + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O + CO₂.

El dióxido de carbono (CO₂) es un gas. Sus partículas se mueven y ocupan el espacio disponible; al acumularse dentro del globo, lo expanden. Como modelo aproximado, la ley de los gases ideales relaciona presión, volumen, cantidad de gas y temperatura: P × V = n × R × T. En este montaje, el globo es elástico, así que la presión no permanece exactamente constante.

Una analogía útil: imagina que las partículas son personas que entran en una sala. Si llegan más personas, necesitan más espacio o empujan con mayor intensidad. No son personas, claro, sino partículas en movimiento; la analogía ayuda a visualizar por qué el globo cambia de tamaño.

Objetivo

Investigar cómo influye la cantidad de bicarbonato en la expansión de un globo y comprobar si la masa total del montaje cambia cuando la reacción sucede en un sistema cerrado. La actividad permite practicar la medición, la representación de datos y la distinción entre un cambio químico y un cambio físico.

Materiales y reactivos

• 1 botella de plástico de 500 mL, limpia y seca.
• 4 globos, preferiblemente sin látex si hay alergias conocidas.
• Vinagre blanco de uso alimentario: 50 mL por ensayo; 200 mL en total para cuatro ensayos.
• Bicarbonato de sodio: 0,5 g, 1,0 g, 1,5 g y 2,0 g, medidos con una balanza.
• 1 embudo pequeño o una hoja de papel enrollada para cargar el globo.
• Probeta o vaso graduado, balanza con resolución de 0,1 g o mejor, regla flexible o cinta métrica e hilo.
• Gafas de seguridad, guantes y bata para cada participante.

Medidas de seguridad

El docente supervisa el montaje y la manipulación. Usad gafas, guantes y bata; evitad el contacto de los reactivos con los ojos y no probéis ninguna sustancia. Trabajad en un espacio ventilado, aunque los materiales sean domésticos, y no cerréis la botella con un tapón rígido: el globo debe poder expandirse. No acerquéis el montaje a la cara ni forcéis un globo que parezca demasiado tenso. Revisad antes si alguien tiene alergia al látex.

Al terminar, dejad que el gas se disperse en un lugar ventilado. El líquido restante es una disolución acuosa de acetato de sodio con posible vinagre o bicarbonato sin reaccionar. Consultad las normas del centro; si se autoriza, diluidlo con abundante agua y vertedlo por el desagüe. En caso contrario, recogedlo como indique el protocolo del laboratorio. En la organización del laboratorio escolar encontraréis pautas útiles para preparar el espacio y gestionar residuos.

Procedimiento

1. Coloca gafas, guantes y bata. Comprueba que la botella y los globos no presentan daños.
2. Mide 50 mL de vinagre y viértelos en la botella. Mantén esta cantidad igual en todos los ensayos.
3. Pesa 0,5 g de bicarbonato. Con ayuda del embudo, introdúcelo en un globo seco sin dejar que caiga aún en la botella.
4. Ajusta la boca del globo al cuello de la botella, procurando que quede bien sujeta y que el bicarbonato permanezca dentro del globo.
5. Pesa el conjunto completo —botella, vinagre, globo y bicarbonato— y anota la masa inicial. Para facilitar la comparación, apóyalo siempre de la misma manera en la balanza.
6. Levanta el globo para que el bicarbonato caiga en el vinagre. Sin soltar el montaje, observa la reacción. Espera hasta que deje de aumentar el globo y anota el tiempo aproximado.
7. Mide la circunferencia máxima del globo con hilo y regla, sin apretarlo. Pesa de nuevo el conjunto y registra la masa final.
8. Repite con globos nuevos y 1,0 g, 1,5 g y 2,0 g de bicarbonato. Si se reutiliza la botella, lávala y sécala entre ensayos. No cambies el volumen de vinagre.

Resultados esperados

El globo suele inflarse al producirse CO₂. Si el vinagre disponible permite reaccionar con todo el bicarbonato, aumentar su masa debería producir más gas y una circunferencia mayor, hasta que otro reactivo limite la reacción. No esperes una relación perfectamente lineal: influyen la elasticidad del globo, las fugas, la temperatura y la precisión al medir. En un montaje bien cerrado, la masa inicial y final deberían ser iguales dentro de la incertidumbre de la balanza.

Ensayo	Bicarbonato (g)	Circunferencia del globo (cm)	Masa inicial (g)	Masa final (g)	Observaciones
1	0,5
2	1,0
3	1,5
4	2,0

Explicación científica

El bicarbonato y el ácido acético reaccionan en proporción molar 1:1. Esto significa que un mol de NaHCO₃ puede reaccionar con un mol de CH₃COOH. Si queda bicarbonato sin reaccionar, el ácido del vinagre puede ser el reactivo limitante; si se agota el ácido primero, añadir más bicarbonato no producirá indefinidamente más CO₂.

La cantidad de gas depende del número de moles, la temperatura y las condiciones de presión, como recoge P × V = n × R × T. El CO₂ ocupa espacio y el globo se dilata. La masa, en cambio, no desaparece: los átomos se reorganizan en productos. Como el gas queda atrapado en el globo, se pesa dentro del sistema. Una diferencia pequeña puede deberse a una fuga, gotas fuera del montaje o a la resolución de la balanza, no a que la materia haya dejado de conservarse.

La reacción también permite conectar la propuesta con otros experimentos de química para secundaria. Para ampliar el trabajo sobre indicadores y ácidos, consulta la guía de pH con col lombarda.

Variables: independiente, dependiente y controladas

• Independiente: masa de bicarbonato añadida (g).
• Dependientes: circunferencia del globo (cm) y diferencia entre masa final e inicial (g). La primera estima la expansión; la segunda comprueba la conservación de la masa en el sistema.
• Controladas: volumen y tipo de vinagre, botella, marca o tipo de globo, temperatura, forma de medir, tiempo de espera y ajuste del globo al cuello.

Para mejorar la fiabilidad, repetid cada condición al menos tres veces y calculad el promedio de las circunferencias. Anotad cualquier fuga o medida dudosa en vez de borrar el dato sin explicación.

Preguntas de análisis

1. ¿Qué evidencia observaste de que se produjo un gas?
2. ¿Cómo cambió la circunferencia al aumentar la masa de bicarbonato?
3. ¿Por qué puede dejar de aumentar el globo aunque se añada más bicarbonato?
4. ¿Qué significa que la masa total se conserve en un sistema cerrado?
5. ¿Qué mejora harías para reducir la incertidumbre de las mediciones?

Respuestas orientativas:

1. La expansión del globo y la efervescencia son evidencias de producción de gas, aunque por sí solas no identifican su composición. La ecuación química permite relacionar el CO₂ con los reactivos.

2. Se espera una tendencia creciente mientras haya suficiente ácido. Los resultados pueden dispersarse por diferencias entre globos, fugas o errores de medida.

3. Puede haberse agotado el ácido acético disponible; entonces el bicarbonato añadido queda en exceso y ya no genera más CO₂.

4. Significa que, si se incluye todo el gas y no hay fugas, la masa total de reactivos y productos permanece constante, aunque las sustancias cambien.

5. Por ejemplo, repetir cada ensayo, usar la misma cinta y el mismo punto del globo, asegurar la unión y emplear una balanza de mayor resolución.

Cómo convertirlo en proyecto de feria de ciencias

Transformad la actividad en una investigación con una pregunta acotada, por ejemplo: «¿Cómo afecta la masa de bicarbonato a la expansión del globo cuando el volumen de vinagre se mantiene constante?». Formulad una hipótesis antes de medir, realizad repeticiones y representad los datos en una gráfica con la masa de bicarbonato en el eje horizontal y la circunferencia en el vertical. Explicad las anomalías y señalad las limitaciones: la circunferencia no mide directamente los moles de CO₂ y el vinagre comercial puede variar en acidez.

Una buena presentación muestra la pregunta, el método, los datos reales y una conclusión que responde a la pregunta sin exagerar lo que demuestra el experimento. Esta propuesta sirve como punto de partida para otros experimentos de física para secundaria, por ejemplo sobre presión, volumen y medición.

Experimentos física y química 2 ESO, 3 ESO y 4 ESO

En 2.º de ESO, centraos en observar, medir, describir cambios y distinguir reactivos de productos; podéis comparar los globos de manera cualitativa. En 3.º de ESO, incorporad la ecuación ajustada, el control de variables y una gráfica de resultados. En 4.º de ESO, añadid el concepto de mol, discutid el reactivo limitante y analizad la incertidumbre y la conservación de la masa.

Así se pueden graduar los experimentos física y química 2 ESO, los experimentos física y química 3 ESO y los experimentos física y química 4 ESO sin cambiar la pregunta central. La propuesta encaja con el enfoque de la LOMLOE y el Real Decreto 217/2022 para Física y Química en ESO: indagación, uso de datos, interpretación de fenómenos de la materia y comunicación de conclusiones. Relaciona saberes básicos de destrezas científicas, cambios químicos y propiedades de la materia; el docente puede ajustar los criterios de evaluación a la programación del curso.

Errores conceptuales frecuentes

• «El globo se infla porque entra aire». En este montaje, el gas se produce en la reacción. Pregunta qué partículas se forman y vincula la observación con la ecuación.
• «La masa desaparece porque los reactivos ya no están». Las sustancias iniciales se transforman, pero los átomos se reorganizan. El CO₂ queda dentro del globo y forma parte de la masa final.
• «Más bicarbonato siempre produce más gas». Solo mientras haya suficiente ácido acético. Introduce la idea de reactivo limitante y pide justificarla con los resultados, no solo con la apariencia del globo.

Adáptalo

Versión simplificada: trabajad con dos cantidades de bicarbonato y comparad el tamaño de los globos sin usar la balanza. El alumnado dibuja lo observado, identifica reactivos y productos con apoyo de la ecuación y propone una explicación oral o escrita. Conservad las normas de protección y supervisión.

Versión de ampliación: realizad tres repeticiones por cantidad, calculad promedios y representad la dispersión. Investigad si cambiar el volumen de vinagre altera la cantidad de CO₂, manteniendo fija la masa de bicarbonato. Diseñad una tabla que distinga variables y explicad por qué no debe cambiarse más de una variable independiente a la vez. Como aplicación STEM, relacionad la medición de gases con el control de procesos en ingeniería química o con el diseño de sensores y ensayos en laboratorio.

Preguntas frecuentes

¿Qué experimentos de física y química se pueden hacer en 2.º de ESO?

Son adecuados los experimentos con materiales de bajo riesgo que permitan observar y medir fenómenos: disoluciones, cambios de estado, densidad, fuerzas o reacciones sencillas. En esta actividad, el globo hace visible la producción de gas. Conviene ajustar la cantidad de cálculos al curso y priorizar observación, hipótesis y registro ordenado.

¿Qué demuestra el experimento del globo con vinagre y bicarbonato?

Demuestra que una reacción entre bicarbonato y ácido acético produce dióxido de carbono, que ocupa espacio y puede expandir un globo. Si el montaje permanece cerrado, también permite comprobar que la masa total se conserva dentro de la precisión de la balanza. No permite medir directamente la cantidad exacta de gas.

¿Es seguro hacer experimentos física y química ESO con vinagre y bicarbonato?

La combinación, en las cantidades indicadas, es apropiada para una actividad escolar supervisada, pero no elimina la necesidad de medidas de seguridad. Usad gafas, guantes y bata, evitad el contacto con los ojos, no cerréis el sistema con un tapón rígido y trabajad con buena ventilación. Seguid siempre las normas del centro.

¿Cómo se adapta este experimento a 4.º de ESO?

En 4.º de ESO se puede cuantificar la masa de reactivos, ajustar la ecuación, discutir la proporción molar y razonar qué reactivo limita la producción de CO₂. También se pueden repetir ensayos, calcular promedios y analizar incertidumbres. La explicación debe distinguir entre el modelo de gas ideal y el comportamiento elástico real del globo.

Explora más experimentos de física para secundaria y experimentos de química para secundaria para ampliar esta secuencia. Con una pregunta clara, mediciones cuidadosas y una explicación basada en evidencias, los experimentos física y química ESO se convierten en una experiencia de indagación completa.