Models d’erupcions volcàniques a l’aula

Escola Pia Sitges. Sitges

Introducció:

Les erupcions volcàniques són un dels fenòmens naturals més espectaculars i captivadors que es poden observar. Representen, però, un risc important per l’home, tant per les característiques del propi fenomen com per la major ocupació humana del territori que s’està produint actualment.
En la matèria de Ciències de la Terra els alumnes de segon curs de batxillerat han de saber que una erupció volcànica s’origina en la fusió de les roques que formen l’escorça o el mantell i que donen lloc al magma. La formació d’un magma requereix determinades condicions, que es donen majoritàriament en les vores de placa o ocasionalment, enmig d’una placa. Aquesta massa de roca fosa o semifosa té menys densitat que les roques que l’envolten, i tendeix per tant, a pujar. Si troba una fractura o una esquerda, el seu ascens pot ser ràpid i podria arribar fins la superfície terrestre produint una erupció volcànica. Si no troba cap discontinuïtat solidificarà lentament en l’interior de l’escorça.

La força de les erupcions volcàniques està directament controlada pel contingut en gasos dissolts que conté el magma: com més gasos contingui el magma, més violenta serà l’erupció. Com més violenta sigui l’erupció més risc comporta pels habitants de les zones properes.

L’estudi del risc volcànic s’inclou actualment en el currículum de Batxillerat. El trobem dins dels continguts de fets, conceptes i sistemes conceptuals i també dins dels continguts de procediments:

4.3 Cartografia i anàlisi de riscos, impactes ambientals i recursos

I en els objectius terminals es demana que els alumnes han de:

15. Saber utilitzar els conceptes de recursos, riscos i impactes per analitzar les relacions entre els sistemes naturals terrestres i l’activitat humana

16. Relacionar recursos i riscs geològics amb els materials i processos geològics que els originen.

20. Descriure els diferents tipus de riscs geològics i els seus efectes, tot localitzant-los en l’espai i els temps

L’activitat que proposem reflecteix aquesta situació i permet fer-ne una simulació sense perill. (vegeu Annex-1: material dels alumnes). Es tracta d’una demostració del professor basada en dues reaccions químiques molt conegudes, que utilitzarem per simular erupcions volcàniques:

(a) La reacció entre l’hidrogencarbonat de sodi i un àcid (b) descomposició tèrmica del dicromat d’amoni.

Models d’erupcions volcàniques a l’aula Anna Barrachina i Josep Corominas

 

En la reacció (a) el CO2 es desprèn “suaument” i fa vessar la mescla com si fos una colada de lava.
En la reacció (b) la velocitat a que es desprenen el nitrogen i el vapor d’aigua és tal que arrosseguen part de les partícules de sorra que hem utilitzat per simular el volcà. En aquests cas la reacció química serveix per il·lustrar una erupció explosiva i la formació de piroclastes de caiguda.

Material i Equipament per la simulació (a)

Material i Equipament per la simulació (b)

PROCEDIMENT

Simulació (a)
Entorn d’un vas de precipitats o d’un got de plàstic col·locat en una safata de plàstic o d’alumini es modela un con volcànic de sorra que s’humiteja per anar-li donant forma. (foto 1)
Es posen dues cullerades grans de bicarbonat en l’interior del got i s’hi vessa el vinagre. Ràpidament una colada de lava baixarà pels vessants. Si al construir- lo tenim cura de simular alguna vall, podrem incidir en el fet que les colades segueixen les zones de màxim pendent. (fotos 2 i 3)
Si prèviament s’ha barrejat un colorant alimentari de color vermell amb el bicarbonat, es millora l’efectisme de la demostració.

Simulació(b)

Equipament

− plat gran o safata de plàstic o d’alumini
− vas de precipitats de 100 cm3
o un got de plàstic
− colorant alimentari de color vermell (optatiu)

Reactius i altres materials

− sorra
− vinagre
−hidrogencarbonatdesodiv(“bicarbonat”)

Equipament

− plat gran o safata de plàstic o d’alumini
− espàtula

Reactius i altres materials

− sorra
− dicromat d’amoni

− magnesi(cintad’uns4cm)
– Ulleres de seguretat i guants

TÒXIC

Per manipular el dicromat d’amoni i durant l’experiment, cal portar ulleres de seguretat i guants

Es construeix sobre una fusta o safata gran de plàstic o d’alumini un altre volcà amb sorra que s’humiteja per donar-li forma de con volcànic .
Es modela un cràter en el cim i si diposita directament el dicromat d’ amoni, aproximadament unes dues cullerades grans. (foto 4)

En el cim i en contacte amb el dicromat s’hi posa la cinta de magnesi i s’encén amb la flama d’un encenedor.

Cal que els alumnes es mantinguin a una distància prudencial ja que els gasos emesos arrosseguen els grans de sorra i l’òxid de crom format com si fossin piroclàstos de caiguda. (foto 5)
Amb petites modificacions podem fer reflexionar sobre els paràmetres que controlen la caiguda dels piroclàstos:

– direcció del vent: de vegades, petits corrents d’aire, fan que els fragments piroclàstics es situïn a sotavent
– si al modelar el cràter no fem exactament al cim si no de costat, originarem una erupció dirigida en que els fragments piroclàstics no s’acumularan uniformement.

En ambdós situacions haurem generat zones amb diferent risc

EXPLICACIÓ
Les reaccions químiques en cada simulació són:
En la simulació (a) hi ha formació de gas diòxid de carboni per la reacció entre l’hidrogen carbonat i un àcid: NaHCO3(s) + CH3-COOH(aq) → CO2(g) + H2O(l) + NaCH3-COO(aq)

En la simulació (b) es produeix una reacció d’oxidació-reducció: (NH4)2Cr2O7(s) → Cr2O3(s) + N2(g) + 4 H2O(g)

GESTIÓ DELS RESIDUS
La utilització de la safata de plàstic o d’alumini i del got de paper permet recollir més fàcilment la sorra mullada i els residus formats, ja que es pot tirar tot directament.
En l’experiment (a) els residus poden llençar-se directament al contenidor de sòlids
En l’experiment (b) cal tenir especial precaució amb l’òxid de crom format. Es recull i es diposita en un contenidor especial amb aigua, a la que se li afegeix carbonat de sodi sòlid per que precipitin els cations dels metalls pesats. En acabar el curs, es filtra o decanta el líquid i el residu sòlid es llença al contenidor de sòlids

Eviteu mirar directament la flama del magnesi quan està cremant

Annex: material dels alumnes

ACTIVITAT: Un volcà actiu

Els volcans són punts de la superfície terrestre per on surt el material magmàtic procedent de l’interior de la Terra (escorça o mantell).

El magma arriba a la superfície degut a la força d’ascens creada per la diferència de densitat amb les roques del seu entorn.

La força de les erupcions volcàniques està directament controlada pel contingut en gasos dissolts que conté el magma: com més gasos contingui el magma, més violenta serà l’erupció.

Reflectirem aquests situació en dos canvis químics: Experiència 1

Construeix un con volcànic amb sorra humida i col·loca en la part superior un recipient (got de plàstic) on posaràs els reactius. Primer poses del bicarbonat sòdic (que és sòlid) i després afegeixes el vinagre (que conté àcid acètic).

a) Descriu el que observes que passa
b) Escriu la reacció química que té lloc.

Experiència 2

Construeix un volcà amb sorra i fes un petit cràter al cim. Posa una mica de dicromat amònic i un cinta de magnesi. La professora o el professor, encendrà la cinta de magnesi, la qual iniciarà la descomposició tèrmica del dicromat d’amoni.

No miris directament la flama del magnesi. Apartat del volcà mentre està actiu. Evita qualsevol contacte amb les “cendres” formades.

  1. a)  Descriu el que observes que passa
  2. b)  Escriu la reacció de redox que té lloc. Com a productes es forma Cr2O3 (sòlidverd), nitrogen (g)
    i aigua (g)

Qüestionari
Quina similitud tenen aquestes reaccions amb el mecanisme d’erupció dels volcans?

Annex-2: fotos

5
6

jcorominas

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà Els camps necessaris estan marcats amb *