ITEM 12 - SENSORES PARA LABORATORIO DE QUIMICA

MÓDULOS DE LABORATORIO DE FÍSICA, QUÍMICA Y BIOLOGÍA PARA INSTITUCIONES EDUCATIVAS PÚBLICAS EMBLEMÁTICAS MANUAL DE USO Y CONSERVACIÓN MÓDULO DE QUÍMICAÍTEM 12:SENSORES PARALABORATORIO DE QUÍMICA EDUCACIÓN SECUNDARIA



MÓDULOS DE LABORATORIO DE FÍSICA, QUÍMICA Y BIOLOGÍA PARA INSTITUCIONES EDUCATIVAS PÚBLICAS EMBLEMÁTICAS MANUAL DE USO Y CONSERVACIÓN MÓDULO DE QUÍMICAÍTEM 12:SENSORES PARALABORATORIO DE QUÍMICA EDUCACIÓN SECUNDARIA



INTRODUCCIÓNEstimado docente:El presente Manual de uso y conservación tiene porfinalidad ofrecer a los docentes la relación de materialesque contiene el kit (con sus respectivas imágenes), para unamejor ubicación de sus componentes; explicar su utilidad;y dar algunas sugerencias sobre su uso, y las medidas deseguridad, conservación e higiene que se deben mantener.Con este manual lograrán formar estudiantes que sepanaprovechar las ventajas tecnológicas del presente siglo enlo que respecta a la realización de ciertas mediciones enquímica y puedan contrastar la teoría con la práctica. Asíse optimizará el carácter experimental de la ciencia comomedio de aprendizaje y permitirá que los jóvenes construyansus conocimientos —y sus actitudes científicas y técnicas—a través de actividades vivenciales e indagatorias.Las orientaciones para las actividades que se puedendesarrollar con los materiales están basadas en el nuevoenfoque educativo: por competencias y por capacidadescientíficas, lo que garantiza el cumplimiento del desempeñodel grado correspondiente. 5

MANUAL DE USO Y CONSERVACIÓN Sensores para laboratorio de química CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS CANTIDAD NOMBRE DESCRIPCIÓN 06 pH sensor Rango pH 0 a 14 pH. 06 Sensor de Rango de -20 °C temperatura a +200 °C. 06 Sensor de Rango de 0 µS/cm conductividad a 20000 µS/cm. Para plataforma Windows, compatible con los sensores de pH, temperatura y conductividad. Incluye: Registrador 01 registrador de datos 02 de datos (data (data logger) con logger) interface integrada USB 2.0 y USB 3.0 01 kit de accesorios 01 CD con el software6

Otros materiales:• Tomado del ítem 01: Materiales de vidrio y porcelana para laboratorio de química. 02 vasos de precipitación, de 150 mL• Tomados del ítem 02: Materiales de calentamiento y soporte para laboratorio de química.01 soporte universal 01 pinza con nuez• Tomado del ítem 08: Accesorios para laboratorio de química. 01 pizeta 7

• Tomado del ítem 43: Kit de cómputo. 01 computadora PAUTAS PARA SU USO Y CONSERVACIÓN Uso del material: La inserción de sensores en el laboratorio representa un avance en el uso de material porque es necesario aprovechar las ventajas y estar acordes a las tecnologías del siglo XXI. Los “Sensores para laboratorio de química” permiten que el estudiante: • Utilice, analice e indague con nuevas herramientas tecnológicas en el laboratorio de química. • Cambie el tradicional método de toma de datos por la utilización de sensores, con características y usos propios. • Realice la toma de datos de pH, temperatura y conductividad. Montaje de los sensores Antes de usar los sensores de pH, conductividad y temperatura, verifique si en la computadora tiene instalado el software para sensores. De lo contrario, utilice el CD y siga las instrucciones (vea el CD-manual de instalación del software para sensores).8

Sensor de pHPermite realizar la valoración del pH, que es el coeficiente que indica elgrado de acidez o basicidad de las soluciones acuosas.El sensor de pH permite que el estudiante:• Mida y compare la basicidad o acidez de diferentes soluciones acuosas (blanqueadores, agua de lluvia, agua salada, café negro, jugo de limón, entre otros).• Reconozca las sustancias ácidas y básicas en el hogar y su organismo.• Controle el cambio de pH durante las reacciones químicas.Montaje del sensor de pH1. Con mucho cuidado, retire de su caja el sensor.2. Conecte el sensor de pH con el electrodo de pH.3. Conecte el cable USB 3.0 entre el sensor de pH y el data logger.4. Conecte el cable USB 2.0 entre el data logger y la computadora.5. Presione el botón de encendido del data logger.6. Arme el soporte universal e introduzca y ajuste la nuez a la varilla con pinza para que sostenga el electrodo de pH.7. En la computadora, inicie el software para que identifique el sensor conectado.software iniciado soporte universal cable pinza conUSB 2.0 nuezdata logger electrodo(registrador de pH de datos) cable sensor de pH conector BCN protectorUSB 3.0 Materiales para el uso del sensor del bulbo de vidrio 9

Calibración del sensor de pH Precaución: el bulbo de vidrio que se encuentra en la punta del electrodo de pH es muy sensible; evite tocarlo. 1 Retire del electrodo el protector del bulbo de vidrio (cuide de no derramar la solución del protector). 2 Use la pizeta para lavarlo con agua destilada dejándola caer sobre el vaso de precipitación. Séquelo dejándolo al aire por un par de minutos; no use trapo. Vuelva a colocar el protector. 3 Procedimiento de calibración en el software: Haga clic en “Opciones(O)” y en “Ajustar(A)”. Seleccione el sensor de pH y ajuste a 7 (valor de pH de la solución de almacenamiento). Clic en “Aceptar”.10

Recolección de datos 1 Tome una muestra de agua de caño. Para ello, recíbala del grifo en un vaso de precipitación (lo suficiente como para cubrir el bulbo de vidrio del electrodo). Remueva suavemente con la punta del electrodo de pH. Precaución: siempre que cambie la solución acuosa a medir, lave con agua destilada el bulbo de vidrio del electrodo para retirar los restos de la muestra anterior.1 En el software parasensores, haga clic enpara iniciar la toma de datos. Trasobtenerlos, haga clic en paradetener y en para observarla gráfica completa de los datosobtenidos (para mayor información,vea el CD-manual de uso del softwarepara sensores). Nota: antes y después del experimento, lave el electrodo depH con agua destilada. Limpie y seque dejándolo al aire por unminuto. Guárdelo en su recipiente. 11

Sensor de temperatura La temperatura es la medida de la agitación atómica o molecular de las sustancias. En el SI su unidad es el kelvin (K), pero comúnmente se usan los grados Celsius (°C) y Fahrenheit (°F). El sensor de temperatura permite que el estudiante: • Mida la temperatura del ambiente de trabajo. • Verifique los cambios de temperatura durante los cambios físicos y las reacciones químicas. • Mida los niveles térmicos que un cuerpo posee. • Observe los cambios de temperatura en los procesos exotérmicos y endotérmicos. Montaje del sensor de temperatura 1. Con mucho cuidado, retire de su caja el sensor. 2. Conecte el cable USB 3.0 entre el sensor de temperatura y el data logger. 3. Conecte el cable USB 2.0 entre el data logger y la computadora. 4. Presione el botón de encendido del data logger. 5. En la computadora, inicie el software para que identifique el sensor conectado. software iniciado cable USB 2.0 data logger sensor de (registrador temperatura de datos) cable USB 3.0 Materiales para el uso del sensor12

Antes de iniciar la toma de datos, verifique que el sensor esté calibrado.Una forma de comprobarlo es si el valor dado por el sensor coincide conel del termómetro ambiental. En caso contrario, vea el CD-manual deuso del software para sensores.Recolección de datos 1 En el software para sensores, haga clic en para iniciar la toma de datos. Mida la temperatura ambiente durante unos 20 segundos. Luego mida su temperatura corporal agarrando la punta de prueba con su mano.2 Tras obtener los datos,haga clic en paradetener. Luego en para observarla gráfica completa de los datosobtenidos (para mayor información,vea el CD-manual de uso del softwarepara sensores).Sensor de conductividadLa conductividad (o conductancia específica) de una solución electrolíticaes la medida de la capacidad para conducir electricidad. Su unidad es elsiemens por metro (S/m).El sensor de conductividad permite que el estudiante:• Investigue la diferencia entre compuestos iónicos covalentes y metálicos. 13

• Reconozca compuestos iónicos y covalentes. • Demuestre la difusión de iones a través de las membranas. • Diferencie ácidos fuertes y débiles. • Mida la concentración de los sólidos disueltos. • Corrobore la presencia de electrolitos en una solución. Montaje del sensor de conductividad 1. Con mucho cuidado, retire de su caja el sensor. 2. Conecte el sensor de conductividad con el electrodo de conductividad. 3. Conecte el cable USB 3.0 entre el sensor de conductividad y el data logger. 4. Conecte el cable USB 2.0 entre el data logger y la computadora. 5. Presione el botón de encendido del data logger. 6. Arme el soporte universal e introduzca la pinza con nuez para que sostenga el electrodo de conductividad. 7. Lave con agua destilada la punta del electrodo del sensor de conductividad, seque dejándolo al aire (no use trapo). 8. En la computadora, inicie el software para que identifique el sensor conectado. software iniciado pinza con nuez cable USB 2.0 data logger (registrador de datos) cable electrodo de USB 3.0 conductividad sensor de conector BCN soporte conductividad universal Materiales para el uso del sensor14

Recolección de datos 1 Tome una muestra de agua de caño. Para ello, recíbala del grifo en un vaso de precipitación (lo suficiente como para cubrir el bulbo de vidrio del electrodo). Remueva suavemente con la punta del electrodo de conductividad. Importante: Siempre que cambie la solución acuosa a medir, lave con agua destilada la punta del electrodo de conductividad para desionizar. 1 En el software para sensores, haga clic en para iniciar la toma de datos. Tras obtenerlos, haga clic en para detener y en para observar la gráfica completa de los datos obtenidos (para mayor información, vea el CD-manual de uso del software para sensores). Nota: antes y después del experimento, lave el electrodo de conductividad con agua destilada. Limpie y seque dejándolo al aire por un minuto. Guárdelo en su recipiente. 15

Existe una variación entre la medida de pH y la conductividad cuando las soluciones son sometidas a variaciones de temperatura. Es importante recalcar este aspecto de la investigación al utilizar los sensores en el laboratorio de química. Conservación del material: • Conservación ♦♦ Evite que empiecen alguna actividad sin antes recibir sus instrucciones y escuchar sus advertencias. ♦♦ Recuerde que deben usar solo los materiales y efectuar los experimentos indicados por usted. ♦♦ Evite raspar las etiquetas, graduaciones o marcas de los sensores. ♦♦ Efectúe con cuidado los montajes (armado de estructuras), para evitar que algo se rompa o genere un accidente. ♦♦ Realice periódicamente un inventario para comprobar que el kit se encuentra completo y en buen estado. Conservación del electrodo de pH electrodo de cable USB 3.0 referencia, de orificio para rellenar Ag/AgCl solución externa de cloruro de potasio (KCl) bulbo de vidrio Electrodo de pH16

El electrodo de pH viene equipado con: Protector del bulbo de vidrio, Frasco con con solución de cloruro de almacenamiento de cloruro de potasio potasio (KCl), (KCl), en líquido polvo♦♦ Mantenga cerrado con el tapón el orificio para rellenar que tiene el electrodo de pH.♦♦ Cuando termine la medición, lave con agua destilada el electrodo, para minimizar la contaminación. Cubra el bulbo de vidrio con su protector (el cual tiene una solución de almacenamiento de cloruro de potasio).♦♦ En caso derrame la solución externa o la de almacenamiento, prepare una solución 3 molar (M) de cloruro de potasio (KCl), utilice 4,47 g de cloruro de potasio (en polvo) y complete con agua destilada hasta 20 mL. Échelos en el frasco del cloruro de potasio. Vierta la solución en el orificio para rellenar, ya sea en el espacio para la solución externa del electrodo o en el protector del bulbo de vidrio. Almacene apropiadamente lo sobrante.♦♦ Si dejó secar la punta del electrodo sin el protector del bulbo de vidrio, sumérjala en la solución de almacenamiento durante 1 hora, para reactivarlo.♦♦ El bulbo de vidrio del electrodo no está diseñado para medir pH de sólidos; puede dañarlo si lo frota con alguno. 17

♦♦ Mantenga limpio y seco el conector del electrodo. Tenga mucho cuidado porque podría producir un cortocircuito y malograría el producto. • Seguridad ♦♦ Evite que el data logger y los sensores sean golpeados. ♦♦ Los sensores están diseñados para uso educativo. No son recomendados para un proceso industrial, médico o comercial (como soporte vital, diagnostico de un paciente, control de un proceso de fabricación u otra prueba). ♦♦ De ninguna manera desarme ni modifique el data logger ni los sensores. Esto podría provocar falsos resultados, deficiencias en la seguridad de los componentes o inutilidad de los mismos. ♦♦ No use ni guarde el data logger ni los sensores en lugares con temperaturas elevadas o con altos porcentajes de humedad en el aire. ♦♦ No utilice los sensores junto a una calefacción o expuestos a la radiación solar directa, para evitar calor excesivo o fluctuaciones de temperatura. ♦♦ Proteja el data logger y los sensores contra el polvo, vapores y la humedad. ♦♦ No los exponga a campos electromagnéticos o magnéticos. Esto podría dañarlos. ♦♦ Antes de realizar alguna prueba verifique que los electrodos de vidrio no estén rajados o rotos. ♦♦ Si se rompe alguno, recoja inmediatamente con escoba y recogedor, para evitar cortes y contaminación química. Tenga muchísimo cuidado ya que, para funcionar, los electrodos contienen soluciones químicas.18

♦♦ Nunca deposite directamente en una papelera los trozos de los electrodos de vidrio rotos; al coger la bolsa, el personal de limpieza puede cortarse. Échelos en un recipiente cuyas paredes no puedan ser perforadas.• Higiene del material ♦♦ El data logger y los sensores no requieren mantenimiento, salvo que le pase un paño suave humedecido con agua. Preste atención de que ningún líquido les ingrese. Séquelas con un paño seco, suave y limpio. ♦♦ Al realizar limpieza de los materiales impregnados con sustancias cáusticas o ácidos fuertes, utilice guantes de caucho y gafas de seguridad. ♦♦ Recuerde que usted es el encargado de limpiar cualquier montaje que requiera cuidado especial, ya sea por el material que contiene, o por su diseño y construcción. ♦♦ Si el material es lavado por un estudiante, instrúyalo sobre la manera. ♦♦ Guarde el data logger, los sensores y sus accesorios en sus respectivos envases. 19