Investigación: agentes contaminantes

 

Alumnos del I.E.S. San José han realizado simulaciones de laboratorio que simulan experimentalmente el impactos de los agentes contaminantes en el Medio Ambiente y la Salud.

En un esfuerzo por comprender mejor los efectos de los agentes contaminantes en nuestro entorno, un grupo de estudiantes de 1º de Bachillerato y 4º de ESO, bajo la dirección del profesor Antonio José Acero Carretero, ha llevado a cabo una serie de simulaciones de laboratorio reveladoras. La actividad, que se desarrolló entre febrero y abril de 2024, involucró a  seis jóvenes científicos de 1º de Bachillerato en un viaje científico al estudio de los agentes contaminantes.

El proyecto se fundamentó en un marco teórico sólido, que exigía la comprensión de la combustión y sus efectos. La combustión, una reacción de oxidación que libera calor y luz, produce gases como el dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), dióxido de azufre (SO2) y óxidos de nitrógeno (NOx), entre otros. Estos gases son responsables de graves problemas ambientales como el calentamiento global, la lluvia ácida y el smog fotoquímico.

Actividades prácticas

 El principal objetivo de las actividades fue profundizar en la comprensión de la lluvia ácida y el smog fotoquímico. Para ello, se realizaron diversas simulaciones que permitieron observar la formación y los efectos de estos fenómenos. Además, los alumnos realizaron vídeos explicativos en cada práctica, y se redactó un documento que explica el detalle de todas las prácticas realizadas con sus correspondientes vídeos. 

El documento, titulado "Simulaciones en laboratorio de agentes contaminantes y sus efectos", se encuentra accesible en este enlace.

En el documento se detallan las actividades, y aquí se muestra un detalle de las mismas:

1. Explicación del smog fotoquímico: Los estudiantes de 1º de Bachillerato crearon un video donde explicaron cómo los óxidos de nitrógeno, dióxido de azufre, monóxido de carbono y otros compuestos reaccionan en presencia de luz solar para formar smog fotoquímico. El video también abordó los impactos en la salud, especialmente problemas respiratorios.
    Video explicación smog fotoquímico
   
   
   
2. Simulación de una "boina de polución": Mediante una sencilla simulación, los alumnos demostraron cómo una "boina" de smog puede persistir en las grandes urbes bajo condiciones de alta presión atmosférica, causando estancamiento del aire y mayor concentración de contaminantes.
   Video simulación smog fotoquímico 1
   Video simulación smog fotoquímico 2
   
   
   
3. Explicación y efectos de la lluvia ácida: En otro video, las estudiantes explicaron que la lluvia ácida se forma cuando los contaminantes atmosféricos se disuelven en el agua de lluvia, bajando su pH y causando daños significativos en los ecosistemas y la salud humana.
   Video explicación lluvia ácida
   
   
   
4. Acidificación del agua con CO2: Un experimento mostró cómo el CO2 exhalado puede acidificar el agua, ilustrando un proceso similar al que ocurre en el medio ambiente debido a la combustión de combustibles fósiles.
   Video acidificación del agua con CO2
   
   
   
5. Generación de NO2 y su efecto de bajada de pH: En condiciones controladas, los estudiantes generaron NO2 mediante la reacción de ácido nítrico con cobre. Este gas, al disolverse en agua, redujo drásticamente su pH, demostrando cómo contribuye a la lluvia ácida.
   Video formación de NO2 y comprobación pH
   
   
   
6. Generación de SO2 y su efecto de bajada de pH: Similarmente, se generó SO2, el principal responsable de la lluvia ácida. Este gas también se disolvió en agua, mostrando una significativa disminución del pH.
   Video explicación experimento SO2
   Video generación O2 y después  SO2
   Video generación SO2 
   Video pH disolución SO2  1ª parte
   Video pH disolución SO2  2ª parte
   
   
   
   
7. Efectos de los ácidos en materiales carbonatados y orgánicos: Los estudiantes observaron cómo los ácidos deterioran materiales como el mármol y las conchas, así como la materia orgánica. Este experimento subraya el impacto destructivo de la lluvia ácida en construcciones y la naturaleza.
   Video Efecto de los ácidos en el yeso (tiza)
   Video Acción de H2SO4 en materiales
   Video Resultado del H2SO4 en materiales
   Video Resultado del H2SO4 en materia orgánica
   
   
   
   
8. Producción de gases contaminantes en un motor de combustión: Finalmente, se realizó una demostración práctica de medición de gases de escape de un motor diésel. Esta actividad mostró cómo se mide la emisión de CO2, CO, NOx, SO2 y otros contaminantes, y explicó las regulaciones que controlan estas emisiones.
   Video preparación medida de gases del motor
   Video medida de gases del motor  
   
   
   

Relación con los ODS

Las diferentes actividades de simulación de agentes contaminantes realizadas por estudiantes de 1º de Bachillerato y 4º de ESO se asociaron a varios Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) como aquí se decribe:

• ODS 3: Salud y Bienestar. Tratado en "Smog Fotoquímico": Explicaron cómo los contaminantes del aire afectan la salud humana.
• ODS 4: Educación de Calidad. Tratado en todas las actividades: Proporcionaron una educación práctica y de calidad sobre temas ambientales.
• ODS 6: Agua Limpia y Saneamiento. Tratado en "Acidificación del Agua": Demostraron cómo el CO2 y otros gases acidifican el agua, afectando su calidad.
• ODS 11: Ciudades y Comunidades Sostenibles. Tratado en "Boina de polución" y "Gases de motor": Explicaron el impacto del smog y los gases de escape en las ciudades.
• ODS 13: Acción por el Clima. Tratado en "Impacto del CO2" y "Smog Fotoquímico": Mostraron cómo los contaminantes contribuyen al cambio climático.
• ODS 14: Vida Submarina. Tratado en "Acidificación del Agua": Ilustraron los efectos de la acidificación en los ecosistemas acuáticos.
• ODS 15: Vida de Ecosistemas Terrestres. Tratado en "Efecto de los ácidos": Mostraron cómo los ácidos afectan materiales naturales y biológicos.

Estas actividades enseñaron sobre los efectos de la contaminación y subrayaron la importancia de alcanzar los ODS.

Este proyecto no solo permitió a los estudiantes comprender mejor los efectos de la contaminación, sino que también resaltó la importancia de la educación científica en la formación de ciudadanos conscientes y responsables. Las simulaciones de laboratorio ofrecieron una valiosa oportunidad para observar de primera mano cómo las actividades humanas afectan nuestro planeta y la salud pública.

A través de estas actividades, los jóvenes científicos demostraron que el conocimiento y la acción son claves para abordar los desafíos ambientales de nuestra época. Este tipo de iniciativas educativas son esenciales para inspirar a la próxima generación a cuidar y proteger nuestro entorno.

Ositos mutantes en el agua

 

   Los alumnos de 1ºESO-B han estudiado la Biosfera, conociendo la vida en la Tierra, las características de los seres vivos, los diferentes reinos, las células y sus procesos vitales. También han estudiado el cuerpo humano y temas de salud y enfermedades. Dentro de este aprendizaje, han estudiado como ampliación procesos como la ósmosis celular y han realizado el siguiente experimento con ositos de gominola “mutantes”, con el que se han divertido mucho y han aplicado lo aprendido de una forma experimental, potenciando así también el conocimiento científico.

   El proceso de ósmosis ocurre cuando los líquidos fluyen a través de una membrana semipermeable, que permite ser parcialmente atravesada, desde la disolución más diluida a la más concentrada. La ósmosis del agua es un fenómeno biológico importante para el metabolismo celular de los seres vivos.

   En el experimento llevado a cabo los alumnos han conseguido crear ositos mutantes a través del citado proceso de ósmosis, gracias a la diferente concentración de azúcar en las diferentes disoluciones. El experimento realizado consistía básicamente en:

1. Colocar tres vasos en fila.
2. Rotular los vasos con etiquetas indicando: 
• “1-medio hipotónico”
• “2-medio isotónico”
• “3-medio hipertónico”
3. En el primer vaso poner sólo agua del grifo (será el medio hipotónico, es decir, aquel en el que está más concentrado el interior que el exterior de la célula).
4. En el segundo vaso poner agua del grifo con un par de cucharadas de azúcar y disolverlas poco a poco con una cuchara (será el medio isotónico, es decir, aquel en el que está en equilibrio el interior y el exterior de la célula).
5. En el tercer vaso poner agua del grifo con una cantidad industrial de azúcar (será el medio hipertónico, es decir, aquel en el que está más concentrado el exterior que el interior de la célula).
6. Introducir un osito de gominola en cada uno de los vasos.
7. Dejarlos reposar.
8. Observar qué ha pasado con los ositos y ver que se han convertido en ositos de gominola mutantes... 

 

   ¿Cómo ha sido posible? Finalizado el experimento se puede observar como en el primer vaso (medio hipotónico) el osito ha crecido y se ha hecho gigante absorbiendo el agua de la disolución, en el segundo vaso (medio isotónico) el osito ha mantenido su tamaño gracias al equilibrio de ambos medios, y en el tercer vaso (medio hipertónico) el osito ha encogido y se ha arrugado ya que el proceso de ósmosis ha forzado la expulsión del agua del oso de goma hacia la disolución.

   Igual que los ositos se comportan de manera diferente según la disolución donde se metan, pasa con las células y el proceso de ósmosis. Si una célula se coloca en una solución hipotónica, habrá un flujo neto de agua hacia la celda y la célula ganará volumen. Si una célula se coloca en una solución hipertónica, habrá un flujo neto de agua fuera de la celda y la celda perderá volumen.

   Como curiosidad, añadir que este proceso también sirve como analogía para explicar por qué cuando echas aceite a la lechuga, ésta encoge en cuestión de segundos. Para que las hojas de lechuga estén frescas y bonitas se introducen en un bol con agua (es un medio hipotónico que posibilita que las moléculas de agua se introduzcan en las células y se pongan turgentes). No obstante, al aliñar la ensalada, las hojas de lechuga con el tiempo van arrugándose debido a la salida del agua hacia el medio más concentrado.

   En conclusión, ha sido una experiencia diferente para los alumnos, donde mediante el método científico han aprendido sobre el proceso de ósmosis, pero también a trabajar en equipo, a utilizar el guión de un experimento, formular hipótesis, observar, medir, experimentar, analizar y sacar conclusiones de una forma divertida para ellos. 

Aquí se muestra un vídeo con imágenes de la actividad realizada:

Nos visitan futuros científicos

Como todos los años, hemos recibido a grupos de alumnos de otros centros de Primaria y le hemos preparado actividades relacionadas con la ciencia. Se trata de una actividad coordinada por Inmaculada Carretero, orientadora del IES San José, junto a docentes de los centros involucrados.

Para ello, varios alumnos de nuestro centro han preparado la exposición y ejecución de unos juegos relacionados con la ciencia, convirtiéndose así en divulgadores científicos. Los alumnos explicaban las actividades a los asistentes.

Hemos realizado esta dinámica en tres ocasiones diferentes durante el curso, con sus correspondientes diferentes grupos de visitantes, que siempre han disfrutado y aprendido con los experimentos-juegos preparados. No solo han demostrado siempre entusiasmo, sino también mucha participación, mostrándose claramente como  futuros científicos en potencia. 

Aquí tenemos un vídeo de la visita del CEIP Santo Tomás de Aquino, que nos visitó el 26 de enero:

 

 

La actividad consistió en que todos inflaron un globo, y una mano inocente sacaba un objeto de una caja opaca que teníamos preparada. Los demás debían votar si ese objeto explotaba globos o no, y luego lo comprobábamos.

En realidad, estos futuros científicos de Educación Primaria estaban aplicando el Método científico sin saberlo: formulaban una hipótesis con su votación, y se realizaba un experimento científico para comprobarla. La explicación corría a cargo de los alumnos de Educación Secundaria.

¿Qué objetos había? Un mechero, un limón, una tabla llena de clavos, etc. Los resultados eran sorprendentes, pues lo inofensivo resultaba letal para los globos, y lo que parecía peligroso era a veces inocuo. En las explicaciones se trataron temas como la biodegradabilidad de los plásticos, sus disolventes, el concepto de presión, la convección térmica, y muchos otros aspectos que hacen de la ciencia un mundo mágico

Aquí tenemos un vídeo de la visita del CEIP Nuestra Señora de Fátima, que nos visitó el 14 de diciembre:

 

Además de la experimentación, como se puede ver en el vídeo, se hizo un fabuloso taller de expresión plástica a cargo de la profesora Mª José Mariscal Moreno.

También nos visitó el 17 de noviembre el CEIP Santa Engracia.

Estos fueron los más jóvenes de nuestros visitantes. Se lo pasaron genial, superaron los retos, y aprendieron muchísimo... ¡y nosotros también!

 

 

 

 

 

Influencia de las horas de luz en la germinación

Continuando los experimentos realizados a finales del curso pasado, hemos realizado este curso un experimento para estudiar la cómo influyen las horas de luz en la germinación de las plantas. 

Así, hemos sembrado cinco tipos de semillas, disponiéndolas esta vez en dos muestras diferentes, una con 16 horas de luz y 8 de oscuridad al día, y otra con 24 horas de oscuridad. 

Mediante este experimento, coordinado por los profesores Fernando y Nadia y realizado por los alumnos de 1º de Bachillerato de la asignatura de Anatomía aplicada, consta de dos fases. La primera fase de los experimentos comenzó el 14 de mayo del 2021 y se continuó hasta diciembre de 2021, mientras que la segunda fase se ha realizado durante enero y febrero de 2022. En cada fase se han aplicado distintos periodos de iluminación y temperaturas al cultivo.

Se ha observado que en algunas semillas no se aprecia una influencia significativa, mientras que otras prefieren claramente unas condiciones determinadas frente a otras.

Investigación con leguminosas (1ª parte)

Los alumnos de Cultura Científica han comenzado hoy una investigación sobre crecimiento vegetal, simbiosis y efecto de un fungicida de uso ecológico en el crecimiento de leguminosas.

Después de estudiar en clase el método científico, han diseñado con su profesor un experimento. Se trata de observar si el sulfato de cobre, usado como plaguicida para mohos, interfiere en el desarrollo de leguminosas sembradas en el mismo terreno. 

Nos lleva a este estudio el hecho de que las leguminosas poseen en sus raíces unos nódulos en los que vive una bacteria simbionte con ellas, el Rhizobium. Esta bacteria es genéticamente cercana al Agrobacterium tumefaciens, que también se elimina con sulfato de cobre. 

Una de nuestras hipótesis es que el tratamiento antifúngico pueda perjudicar está simbiosis y el desarrollo de las plantas.

Para la experimentación, hemos preparado una disolución de sulfato cúprico a la concentración habitual de tratamiento. 

Hemos hecho dos surcos en el mismo terreno y hemos sembrado en uno habas como control y en el otro habas regadas con esta disolución. Ahora observaremos diferencias en el crecimiento de las plantas,  producción, y tamaño y número de nódulos en las raíces.

 

Tercer premio: Investigar en ciencias

En el marco del certamen concurso, programado por la UEX "Investigar en Ciencias", los alumnos de primero de bachillerato de Biología y de Anatomía Aplicada han estado investigando sobre métodos de conservación de alimentos.

 

 Diseñamos experimentos para probar la posibilidad de la utilización de productos inocuos en lugar de los clásicos conservantes químicos. Hemos realizado tres experimentos: 

1.- Imitación de las condiciones gástricas, preparando cuatro medios en los que se puso carne de pavo esterilizada por pasteurización: uno con ácido clorhídrico y cuajo animal, otro con HCl y cuajo vegetal obtenido de alcachofa silvestre, otro sólo con HCl y un cuarto sin aditivos, como control. 

2.- También se estudió, en segundo lugar, la utilización de diferentes cepas de bacterias sobre leche para inhibir el desarrollo de hongos. Lo que se comprobó mediante el periódico estudio de la aparición de hifas fúngicas, previo teñido y vista a microscopio. 

3.- Y por último el efecto de dos cepas bacterianas tolerantes a la temperatura de cocción del pan en el retraso de su enmohecimiento. 

Esta mañana, hemos recibido oficial y virtualmente, el tercer premio del concurso "Investigar en Ciencias", en un Meet con la UNEX y los representantes de la Consejería de Educación y Ciencia. Coordinaban el proyecto los profesores Nadia Sanabria y Fernando Hernández. 

 

Premio de investigación en la Feria de las Ciencias

Nuestro adorad♡ instituto ha obtenido uno de los seis premios -de entre 21 proyectos presentados- otorgados en la Feria Virtual de las Ciencias, organizada por la Universidad de Extremadura. Este evento busca fomentar las competencias en ciencia, tecnología y arte (STEAM) entre alumnos de ESO y Bachillerato.

Que precisamente un tribunal formado por investigadores de la Universidad de Extremadura, haya otorgado a nuestro centro el premio al "mejor proyecto de investigación" nos llena de orgullo. El proyecto de investigación galardonado ha sido "La Biotecnología es la leche", y ha sido elaborado por alumnos de Bachillerato coordinados por los profesores Fernando Hernández y Víctor Espejo. Dentro del proyecto también se realizaron numerosos talleres con alumnos de ESO sobre quesos, yogures y fermentaciones lácticas. 

En este mismo blog puedes encontrar algunos artículos que se fueron publicando el curso pasado sobre los detalles del proceso de investigación que se llevaron a cabo.

Pulsa aquí para ver la noticia de la Universidad.

Elaboramos este breve vídeo en el que se sintetiza el proyecto. Nos costó mucho resumirlo tanto, pero os recomendamos verlo porque resume muy bien el proyecto...

 
Pero no se queda aquí la cosa: también presentamos a esta feria de ciencias un proyecto de alimentación y su relación con el sistema inmunológico, titulado "La alimentación en tiempos de COVID" realizado por alumnos de Biología de 3ºA. Un trabajo excelente, guiado por su profesora Nadia Sanabria. No os lo perdáis.

 

Esto no ha hecho más que empezar: ¡seguimos apostando fuerte por la ciencia!

 

 

Investigación: yogur alternativo 4

Durante tres días, en la sala de Informática hemos estado buscado posibles indicadores de pH alternativos al jugo de col lombarda y, sobre todo, hemos estudiado a través del procesamiento digital de imágenes, cómo fue el progreso de la fermentación láctica a través de la evolución en el tiempo del cambio de color experimentado por las muestras de nuestro primer experimento fallido. En él logramos yogur en todas las muestras, incluso en las que esperábamos que no hubiese fermentación láctica.

Estudio de la evolución del proceso de fermentación láctica.

El profesor comparte con los alumnos de 1º de Bachillerato una carpeta con las fotos realizadas por la cámara durante el proceso de fermentación de las cinco muestras que preparamos el otro día y que comprobamos al siguiente.

Primero hemos unido todas las fotos para hacer un vídeo de la evolución del experimento. Hemos usado el software de código abierto ffmpeg.  Este ha sido el resultado:

Para estudiar las fotografías hemos empleado la aplicación de código abierto GIMP, que ya hemos usado en clases anteriores para el retoque fotográfico, pero que ahora vamos a usar para encontrar datos de nuestro experimento.

Comparamos la primera foto con la última, solapando ambas imágenes y observamos dos cosas:

• el cambio de color de todas las muestras
  
• un ligero desplazamiento de la cámara inesperado durante el proceso de filmación.
• una de las muestras apenas se ve, pues la cámara está muy descentrada.
  

Elegimos las zonas de color homogéneo durante todo el experimento de cada una de las cinco muestras. Para ello elegimos regiones de color uniforme en la foto solapada. Adviértase el movimiento indeseado de la cámara al solapar las fotos primera y última:

En rojo se indican las zonas de color uniforme que hemos seleccionado. Hemos intentando que sean cada una de la mayor extensión posible. Vamos a estudiar su cambio de color. A cada alumno le corresponde estudiar la evolución del color la muestra que le ha asignado el profesor. Hemos nombrado las muestras según esta clave:

Se ha entregado a cada alumno una carpeta compartida con una selección de 10 fotografías equiespaciadas en el tiempo, incluyendo la primera y la última. De cada una de ellas, cada alumno ha tenido que encontrar el color medio de la región elegida de su muestra. Para ello han tenido que recortar la región de la muestra a cada imagen, reducir el tamaño de la imagen a 1 solo píxel e identificar el código RGB y HLS de color de dicho punto, para graficar los datos así obtenidos en una hoja de cálculo compartida.

Posteriormente se ha abierto un debate sobre cuál es el parámetro del código de color que debería graficarse para representar la evolución del pH. Una vez argumentada la conveniencia de usar el matiz de color (parámetro Hue) como el dato de color más pertinente para nuestros objetivos, se ha realizado una gráfica comparativa de la evolución de los colores de las muestras. Hemos visto un salto brusco muy extraño en las gráficas que se debía a el matiz de color se mide en grados y había un salto brusco al pasar de 360º a 0º. Hemos tenido que ajustar estos valores a través de la hoja de cálculo y hemos ido elaborando esta gráfica.

Después, el profesor ha automatizado los procesos de recorte, reducción de la imagen a un píxel, y obtención del valor de matiz de color, empleando un script bash en Linux a través de la herramienta de consola Imagemagick para lograr un procesamiento por lotes de todas las fotos, y no solo de las 10 que han usado los alumnos. La gráfica se ha creado empleando la aplicación de hojas de cálculo LibreOffice Calc. Los resultados han sido estos:

Se observa que la muestra que apenas se veía en la foto desarrolla una mayor dispersión en los datos obtenidos. Casi todas las muestras acaban del mismo color menos la de levadura, que habiendo sufrido también el proceso de fermentación láctica, muestra un color propio que se "solapa" con el del indicador de col lombarda desde el principio hasta el fin del proceso. También se aprecia que las otras fermentaciones han estabilizado su color aproximadamente en el minuto 840, es decir, después de catorce horas de fermentación.

Investigación sobre alternativas al indicador de pH de col lombarda.

Como sospechamos que el indicador de pH de col lombarda que hemos empleado puede haber influido en el resultado, hemos buscado en Internet otras alternativas "naturales".

Así pues, hemos investigado buscando información en Internet sobre alimentos con altas concentraciones de antocianinas (clasificados por concentración, si es posible). Se debe a las antocianinas de la col lombarda sus propiedades como indicador de pH. Hemos creado un documento compartido en el que cada alumno ha puesto los enlaces curados que ha ido encontrando.

Investigación: yogur alternativo 6

A la vista de que las condensaciones no nos dejaron filmar bien el proceso de fermentación láctica de nuestros intentos de yogur, y de que hubo contaminación manifiesta, hemos realizado de nuevo el experimento con algunas modificaciones.

Son las siguientes:

• Hemos cambiado la lámpara LED por una de incandescencia. Con ello pretendemos que no aparezcan bandas horizontales oscuras durante la filmación del experimento y lograr que se caliente lo suficiente la cara exterior de la tapadera de la yogurtera como para que no se produzcan condensaciones otra vez.
• Hemos sustituido el indicador de pH de col lombarda por un indicador de pH  líquido universal. Los colores serán diferentes. Es un producto más tóxico y hay que tratarlo con más precaución.

• Hemos añadido acrilato de sodio en uno de los siete recipientes para yogur dentro de la yogurtera. Lo hemos sacado del interior de unos pañales. La idea es que absorba el exceso de humedad que pueda haber en el interior de la yogurtera para evitar que vuelvan a aparecer las condensaciones de agua en el interior. Habíamos contemplado la posibilidad de usar gel de sílice, pero nos pareció más instructivo y accesible el acrilato de sodio.
  

• Las muestras empleadas, por lo tanto, fueron en esta ocasión: aceituna sin pasteurizar, aceituna pasteurizada, pan sin conservantes, pan con conservantes, levadura de panadería, muestra de control (sin nada) y acrilato de sodio.
  

Comenzamos de nuevo la filmación del experimento:

Al día siguiente, durante el recreo, fuimos a ver qué había ocurrido. Realizamos las siguientes observaciones:

• Ninguna de las muestras se había hecho yogur.
• Esta vez, no hubo condensaciones de agua durante el proceso. Pensamos que principalmente se debió a la bombilla, porque el acrilato de sodio no aparecía "inflado".
• No hubo bandas horizontales oscuras durante la filmación, tal y como esperábamos.
  

Una vez montada, la filmación quedó así:

Después del periodo de exámenes de la segunda evaluación, volveremos a las andadas con el experimento definitivo. Los alumnos están dispuestos a ir a la Feria de las Ciencias, promovida por la Universidad de Extremadura, con nuestro experimento, nuestras experiencias y nuestros resultados.