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LA MEMORÍA CIENTÍFICA

1. Título del Proyecto:

LOS COLORES DE LA QUÍMICA CON GOLOSINAS

2. Índice 1. Título----------------------------------------------------------------------------------página 1 2. Índice----------------------------------------------------------------------------------página1 3. Introducción ------------------------------------------------------------------------página 1-2 4. Desarrollo del tema---------------------------------------------------------------página 2-11 5. Conclusiones-----------------------------------------------------------------------página 11-12 6. Bibliografía--------------------------------------------------------------------------página 12 7. Anexo--------------------------------------------------------------------------------página 13-16

3. Introducción

Este trabajo tiene la finalidad de aprender química a través de una sustancia muy

cotidiana a todos, las golosinas. Mediante experimento químico con golosinas

realizamos muchos cambios de colores llamativos, obtenidos por reacciones químicas

de oxidación y reducción e indicadores de pH. Realizamos experimentos sencillos y no

peligrosos, además de formar a consumidores críticos y responsables del medio

ambiente, a partir de los conocimientos adquiridos y a la vez que el alumnado adquiera

destrezas y conocimientos químicos con sustancias que les son cotidianas.

Pretendemos que el alumnado logre un aprendizaje significativo de la Química, un

aprendizaje basado en problemas y en proyectos (ABP), reconociendo la importancia

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de demostrar fenómenos estudiados con sustancias cotidianas y, a la vez, que se hagan

partícipes de su propio aprendizaje. Todo ello, desarrolla en el alumnado un

pensamiento crítico y capacidad analítica, para que pueda afrontar problemas

complejos, que sepan buscar y procesar información y que desarrollen habilidades de

trabajo en equipo y de comunicación.

4. Desarrollo del tema La motivación del alumnado por los experimentos sencillos y cercanos a la vida, ha

permitido que realizáramos este trabajo. Estos experimentos permiten comprender y

valorar las propiedades de las sustancias cotidianas y sus reacciones mediante

experimentos sencillos y no peligrosos, además de formar a consumidores críticos a

partir de los conocimientos adquiridos. En suma, suponen ejemplos de cómo se puede

llevar la realidad cotidiana al aula de ciencia.

Los ejemplos planteados son casos que promueven enfoques basados en las relaciones

ciencia, tecnología, sociedad y medio ambiente, así como una formación en la “ciencia

del consumidor”, estudiando qué contiene cada alimento y sus propiedades.

Proponemos la puesta en práctica de este tipo de actividades, entre otros aspectos,

porque no podemos dejar a los alumnos en clase como meros espectadores, sino que

tienen que participar activamente en su aprendizaje a partir ejemplos de sustancias

que comen diariamente, que les afecta y sienten la necesidad de aprender y repercute

en su salud.

Nos adaptamos a las posibilidades del laboratorio de nuestro instituto, usando

sustancias que le son muy conocidas a los alumnos (la mayoría consumen al menos

una golosina al día) , se vende en supermercados, kioscos… y la usamos para realizar

reacciones químicas, en la que estudiamos: las propiedades de las sustancias, la

nomenclatura acorde a la IUPAC 2005, el significado de reacción química, los tipos de

reacciones, introducción al análisis químico, beneficios y toxicidad de las golosinas…

Metodología

Para hacer estas actividades hemos usando una metodología de aprendizaje basado en

problemas y en proyectos (ABP)

El ABP es una investigación que plantea un problemas con resultados abiertos, no

siguen una receta, sino que guiados por el profesor, buscamos métodos que podamos

probar, en este caso, que dicho alimento contiene un ácido.

Usamos el Aprendizaje Basado en problemas ABP porque:

A. Promueven el trabajo cooperativo de los alumnos, que piensan y desarrollan vías

de resolución de problemas de forma colectiva, lo que es de gran interés para el

aprendizaje de la física y la química

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B. Facilitan la adquisición de objetivos de alto orden y de habilidades para resolución

de problemas

C. Permiten la adquisición de competencias claves (búsqueda de datos, realización de

medidas experimentales, elaboración de trabajos escritos, empleo de unidades

adecuadas, elaboración de tablas, creatividad, trabajo en equipo, etc.), un aspecto

muy destacado en la enseñanza contemporánea

D. Pero, además, también pueden servir para detectar concepciones alternativas en

los alumnos

Siguiendo nuestra metodología de Aprendizaje Basado en Problemas (ABP) buscamos

reacciones que impliquen las sustancias de qué están hechas las golosinas, mediante

los siguientes pasos:

1) Para ello lo primero que hicimos es buscar qué sustancias le son más común a

los alumnos en su vida diaria y por mayoría salió que el alumnado toman al

menos una golosina al día.

2) Buscamos los componentes de las golosinas: el azúcar, la glucosa, ácidos de la fruta en golosinas, proteínas…

3) Una vez que sabemos que las golosinas tiene glucosa, buscamos la molécula de

glucosa y sus propiedades químicas

4) Una vez que sabemos que algunas golosinas tienen zumo de fruta, que tienen

carácter ácido, buscamos el indicador de pH que nos lo demuestre.

5) Buscamos y probamos l reacciones química que usen glucosa para producirse,

encontramos la botella azul, reaciones redox con permanganato de potasio en

medio alcalino.

Experimentos realizados

Indicamos cada experimento realizado con el material necesario, procedimiento seguido,

explicación del experimento, conclusiones y actividades realizadas en cada experimento.

A) EXPERIMENTO DE BOTELLA AZUL CON OSITOS DE GOLOSINA

Material:

Matraz Erlenmeyer (500 ml), cuchara espátula

Productos químicos: 2,5 g de hidróxido de sodio, solución de azul de

metileno (0,1%) y 15 ositos de golosina.

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Procedimiento:

Realizar una disolución en el Erlenmeyer vertiendo 2,5 g de hidróxido de sodio y

disolver en 200 ml de agua

Añadir a la disolución anterior 2,5 ml de la solución de azul de metileno y 15 ositos

de golosina a la disolución (actúa de glucosa(C6H12O6 )) y cerrar el matraz

Erlenmeyer con el tapón.

Agitar brevemente y dejar reposar, observar el color inicial.

Observar a los 15 minutos el color de la disolución

Si la solución es incolora, agitar vigorosamente el Erlenmeyer, depositarlo y mirarlo

El proceso observado se puede repetir tantas veces como se desee.

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Explicación:

Con esta configuración experimental, la reacción tarda al principio 15 minutos en

comenzar. Durante este tiempo, la glucosa de los ositos de golosina se disuelve.

Esta reacción química se reacción química es por transferencia de electrones de unas

sustancias a otras. La pérdida de electrones es conocida como oxidación y la ganancia

de éstos como reducción.

En el medio alcalino, la glucosa se oxida a ácido glucónico y la glucosa reduce al azul de metileno (azul) a azul de leucometileno (incoloro) Glucosa (reductor) + oxígeno → ácido glucónico (oxidante) + OH

(Indicador azul) + glucosa → (azul leucometileno incoloro) + ácido glucorónico

Forma oxidada Forma reducida

Al agitar vigorosamente la mezcla (entra oxígeno en el medio) y se produce la oxidación del azul de leucometileno (se reoxida) y que se transforma de nuevo en azul de metileno, recuperándose el color azul inicial. (azul leucometileno incoloro) + Oxígeno + agua → (indicador azul) + OH

Forma reducida Forma oxidada

Las dos reacciones continúan hasta que la glucosa ha reaccionado completamente o

hasta que no hay más oxígeno presente.

Conclusiones

La sacarosa, o azúcar común, está compuesta por cantidades iguales de glucosa y

fructosa, siendo esta última el tipo de azúcar que se encuentra de forma natural en la

fruta y el que confiere al azúcar de mesa su dulzura.

El experimento sale muy bien si se sigue las cantidades indicadas en la preparación de

la disolución, hemos cambiado algunas proporciones y no nos ha salido o ha tardado

Azul leucometileno forma reducida

incolora

Oxígeno del aire

Azul de metileno su

forma oxidada AZUL

Glucosa

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mucho en cambiar el color, para que salga de una forma óptima son las cantidades que

hemos señalada en la preparación de la disolución.

A medida que pasa el tiempo vira antes el cambio de color. Una vez pasado un día

desechar la disolución.

Actividades

1- ¿Cómo se formula hidróxido de sodio? ¿es un ácido o una base?

2- ¿Es lo mismo azúcar que glucosa?

3- ¿Cómo se formula desarrollada, semidesarrollada y molecular de la glucosa?

4- ¿Qué es azul de metileno?

5- ¿Qué es una reacción redox?

6- ¿Qué le pasa en medio alcalino a la glucosa?

7- ¿Qué pasa cuando se oxigena la disolución?

8- ¿Cuándo termina la reacción redox?

B) REDUCCIÓN DE PERMANGANATO DE POTASIO MEDIANTE UN PEZ DE GOLOSINA

Material

Placa de Petri, probeta (10 ml), vaso de precipitado y fondo blanco

Sustancias: Solución de permanganato de potasio (0,01 M), solución de hidróxido de

sodio (10%), un pez de golosina.

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Procedimiento:

1- En un vaso de precipitado de 100ml ponemos 10 ml de disolución de

permanganato de potasio (0,01M), 10 ml de agua y 10 ml de hidróxido de sodio

(10%)

2- Agitamos la solución brevemente y la vertemos en una placas de Petri hasta un

poco más de la mitad de la placa de petri.

3- Colocamos un pez de gominola en el centro de la placa de Petri y observamos.

4- Aproximadamente después de un minuto y observar

5- Pasados unos 5 minutos volvemos a observar nuevamente la solución y así hasta

llegar al color naranja.

Explicación:

Aquí también tiene lugar una reacción redox.

La glucosa liberada por los ositos cede electrones del permanganato (es el agente

reductor) y el permanganato gana los electrones (agente oxidante) pasando por los

siguientes colores

En el experimento, el agente reductor es la glucosa (C6H12O6 ) que cede electrones al agente oxidante y el agente oxidante son los iones permanganato. Después de eso, los electrones se donan a los iones de manganeso pasando por diferentes estados de oxidación.

Ion permanganato que es morado pasa a ion manganeso (VI) que es verde y este pasa

a ion manganeso (IV) amarillo-marrón y pasa a ion manganeso (II) de color naranja

En este experimento, la glucosa de pez golocina se utiliza como agente reductor. Cuando la glucosa se añade a la disolución que contiene iones OH– hay una variedad de semirreacciones.

Entre otras, la principal es que el grupo aldehído de la glucosa cede electrones, dando lugar a grupo carboxílico (en forma de carboxilato por tratarse de medio básico):

–CHO + 3 OH- → –COO- + 2 H2O + 2 e-

(grupo aldehído) (grupo carboxílico, como carboxilato)

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También, los grupos alcohol de la glucosa ceden electrones, formando grupo carboxílico (en el caso del alcohol primario) y grupos cetona (en el caso de alcoholes secundarios):

–C(H)(OH)– + 2OH– → –C(=O)– + 2H2O + 2e–

(alcohol secundario) (grupo cetona)

En nuestro experimento, la glucosa se añade a una disolución de permanganato de potasio junto con hidróxido de sodio (NaOH), de forma que electrones de la glucosa (C6H12O6) se traspasan inicialmente a iones permanganato (MnO4

–). Los productos de la oxidación del azúcar reductor son principalmente ácido glucurónico (C6H10O7), además de algo de ácidos arabinónico (C5H10O6) y fórmico (CH2O2). Si el pez está hecho de fructosa, que es un isómero de la glucosa, el producto principal es el ácido fructónico

A medida que el pez se disuelve en la disolución que contiene iones de manganeso, se pueden distinguir al menos 4 colores diferentes (como se muestra en la figura), que corresponden a diferentes estados de oxidación de este metal.

1) El primer color (púrpura) corresponde a iones permanganato (MnO4–). El

manganeso tiene estado de oxidación +7. 2) Los iones permanganato (MnO4

–) se reducen después a iones manganato (MnO42–).

El estado de oxidación del manganeso cambia de +7 a +6, y el color varía de púrpura a verde.

a. MnO4–(aq) (púrpura) + e– → MnO4

2–(aq) (verde) b. Se produce una etapa azul intermedia entre los pasos 1 y 2. Una explicación

es que la mezcla contiene tanto iones de permanganato (MnO4–) púrpura

como de manganato (MnO42–) verde, que se combinan para dar una

disolución azul. Otra explicación es que parte del permanganato se reduce a anión MnO4

3–, que tiene un estado de oxidación +5 para el manganeso y color azul.

c. MnO4–(aq) (púrpura) + 2e– → MnO4

3–(aq) (azul)

3) Los iones manganato (MnO42–), que tienen un número de oxidación +6, se reducen

aún más hasta dióxido de manganeso (MnO2), con estado de oxidación +4, provocando el cambio de color de verde a amarillo-marrón.

a. MnO42–(aq) (verde) + 2 H2O(l) + 2e– → MnO2(s) + 4OH–(aq) (amarillo-

marrón)

4) Finalmente, cuando se incorpora más glucosa a la disolución, el dióxido de manganeso amarillo-marrón (MnO2) forma una suspensión coloidal en disolución alcalina que (si está bastante diluida) puede aparecer naranja.

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Conclusiones

Realizamos el experimento con varias cantidades de permanganato de potasio y como

mejor ha salido es que la disolución que parte de un color púrpura fuerte de

permanganato de potasio, no pálido, para que se observe mejor los cambios de color,

de todas maneras, es un experimento que siempre sale y muy llamativo en diferentes

colores obtenidos por reducción del permanaganato que posee

diferentes estados de oxidación con diferentes colores.

También se puede realizar con ositos de golosina u otras

golosinas.

Se puede estudiar a qué se debe el color de cada estado de

oxidación.

Inicialmente En un minuto

A los 3-4 minutos A los 5-6 minutos

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Actividades

1- ¿Cuál es el agente reductor que aporta electrones en las reacciones redox del experimento?

2- ¿Cuál es el agente oxidante que acepta electrones?

3- ¿La disolución de manganato de potasio absorbe la parte de la luz visible que corresponde al color que vemos (verde) o a su complementario (rojo)?

4- ¿Conoces otros elementos químicos que muestren colores diferentes en distintos estados de oxidación en disolución?

5- Utilidades de los compuesto de manganeso

C) DETECCIÓN DE ÁCIDOS DE FRUTAS EN OSITOS DE GOLOSINAS

Materiales

Placa de Petri, fondo blanco

Químicos: Indicador universal, ositos de gominola (lo más incoloros posible)

Procedimiento:

Llenar una placa de Petri hasta la mitad con agua.

Añadir el indicador universal al agua hasta se puede observar un color verde

fuerte

Míralo después de unos 8 minutos

Explicación:

Con el tiempo, los ácidos de la fruta se disuelven fuera de la gominola.

El indicador muestra claramente una solución ácida.

Foto A: Al iniciar el experimento. Foto b: a los 8 minutos. Foto C: al día siguiente

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Nota: El experimento también se puede demostrar en un retroproyector. Entonces

parece que se está formando un halo alrededor del osito de goma.

Conclusiones

Se puede realizar los experimentos con cualquier golosina que tenga zumo de frutas,

cada vez más, las empresas que fabrican las golosinas, está incorporando a las

golosinas zumo de fruta, para hacerlas más saludables y rebajando la cantidad de

azúcar. Ya que el azúcar es aditiva y daña los dientes.

Actividades

1- ¿Qué es el indicador universal?

2- El hidróxido de sodio es una base o un ácido ¿Qué significa?

3- ¿Qué sustancias ácidas tiene el osito de goma?

4- ¿Cómo comprobamos que tiene ácido el osito de goma?

5. Conclusiones

Con los tres experimentos sabemos más sobre la composición de las golosinas y

permiten al alumnado conseguir destrezas y conocimientos químicos con sustancias

que les son cotidianas, las golosinas, comprender y valorar las propiedades de las

golosinas y sus reacciones mediante experimentos sencillos y no peligrosos, además de

formar a consumidores críticos a partir de los conocimientos adquiridos. En suma,

suponen ejemplos de cómo se puede llevar la realidad cotidiana al aula de ciencia.

Inicialmente A partir de los 8 minutos Al día siguiente

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Realizamos muchos cambios de colores llamativos obtenidos por reacciones químicas

de oxidacción y reducción e indicadores de pH, mediante experimentos sencillos y no

peligrosos, además de formar a consumidores críticos y responsables de su consumo y

del medio ambiente, a partir de los conocimientos adquiridos.

Logramos un aprendizaje significativo de la Química, un aprendizaje basado en

problemas y en proyectos (ABP), reconociendo la importancia de demostrar

fenómenos estudiados con sustancias cotidianas y, a la vez, que se hagan partícipes de

su propio aprendizaje.

En fin usando el método científico para desarrollar un pensamiento crítico y su

capacidad analítica, que pueda afrontar problemas complejos, que sepan buscar y

procesar información y que desarrollen habilidades de trabajo en equipo y de

comunicación.

Con relación al pensamiento crítico, hemos trabajado artículos sobre los beneficios y

perjuicios del consumo de azúcar además de debates y cuestiones al respecto en clase, que el

alumnos se ve confundido por tanta información falsa que hay en los medios sobre estos

temas.

Este proyecto tiene mucho campo de ampliación y niveles de complejidad. Nosotros seguimos

trabajando en este proyecto con nuevas reacciones: de detección de proteínas en golosinas,

colorantes usados en golosinas, tipos de azúcares que se pueden usar…

6. Bibliografía y páginas web consultadas

https://www.scienceinschool.org/content/colourful-chemistry-redox-reactions-lollipops

https://docplayer.org/14382513-Experimente-mit-gummibaerchen.html

https://www.elespanol.com/cocinillas/recetas/saludables/20171105/azucar-malo-deberias-saber/1001038946097_30.html https://www.nationalgeographic.com.es/ciencia/grandes-reportajes/pasion-por-el-azucar-2_7485

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7. ANEXOS

Trabajamos también:

A) Diferentes artículos sobre el azúcar B) Porque se colorean las disoluciones en las reacciones redox

A) Diferentes artículos sobre el azúcar

POR QUÉ EL AZÚCAR ES MALO Trabajamos el siguiente artículo que salió en el elespañol .com: https://www.elespanol.com/cocinillas/recetas/saludables/20171105/azucar-malo-deberias-saber/1001038946097_30.html y realizamos el siguiente resumen:

El peligro de consumir un exceso de azúcar (obesidad, enfermedades

cardiovasculares en general, diabetes…) ya que con la alimentación occidental

actual, basada en alimentos refinados, la gran mayoría de la población no sabe lo

que consume en realidad. No sabemos leer las etiquetas de los alimentos, y ni

siquiera nos molestamos en ello. Todo esto conlleva a que el consumo de azúcar

en la sociedad occidental se haya disparado.

Muchos factores de riesgo son empeorados por el azúcar: obesidad,

diabetes (exceso de azúcar en sangre), e incluso hipertensión son provocados o

empeorados por el consumo de azúcar, ya sea en forma de azúcar añadido o en

forma de azúcar blanco refinado.

Otro estudio publicado en el Journal of Clinical Investigation en 2015, también

existiría una relación directa entre el exceso de azúcar en la dieta y el riesgo de

sufrir la enfermedad de Alzheimer

Siguiendo con la influencia del azúcar a nivel cerebral, otros estudios han afirmado

que el azúcar es una sustancia potencialmente adictiva, ya que provoca una

estimulación de los receptores opioides, un tipo de estimulación similar a la que

producen drogas como la heroína o la cocaína. los mismos fármacos usados para

tratar la adicción al tabaco también funcionarían contra la adicción al azúcar.

Por un lado, un estudio publicado en Neuroscience del año 2015 afirmó que una

dieta con un elevado consumo de azúcar puede llegar a provocar cambios en las

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bacterias intestinales, lo que en consecuencia daría lugar a una pérdida

significativa de las capacidades cognitivas. En otras palabras, el exceso de azúcar

provocaría alteraciones en el aprendizaje y la memoria tras alterar las bacterias

intestinales.

Conclusión del artículo que hemos sacado:

La realidad, sabiendo todo lo que sabemos ahora, es que la mejor alternativa saludable

tanto para el consumo de azúcar como para evitar los alimentos procesados en general

es usar comida real, comida de verdad, comida fresca preparada por uno mismo y no

platos precocinados del supermercado (ni salsas preparadas, ni ensaladas preparadas,

ni cualquier cosa que se os ocurra envasada y “lista para ser consumida”). De hecho,

un reciente estudio de la American Heart Association afirmó que realizar al menos dos

comidas diarias en casa reducía el riesgo de diabetes tipo 2 hasta un 13%.

También trabajamos el artículo del nacionalgeographic.com de Pasión por el azúcar,

que podemos leer https://www.nationalgeographic.com.es/ciencia/grandes-

reportajes/pasion-por-el-azucar-2_7485 :

En opinión de los investigadores, el exceso de azúcar no es solo un aporte de calorías vacías, sino que es tóxico. «No tiene nada que ver con las calorías –afirma el endocrinólogo Robert Lustig, de la Universidad de California en San Francisco–. El azúcar consumido en dosis altas es veneno en sí mismo.»

La falta energía para moverse la población es, porque comen demasiado azúcar».

B) El motivo de los colores llamativos de las reacciones redox de permanaganato con golosina

Variación del color en las reacciones redox del permanaganato de potasio con el pez golosina

Los colorantes alimentarios utilizados en las golosinas no tienen gran impacto en los colores que se ven en este experimento, pero hay otros factores que sí juegan un papel relevante. Una vez que se inician las reacciones, siempre hay coexistencia de iones en la disolución, lo que provoca unas mezclas de colores que no siempre son fáciles de interpretar (figura 1)

Otro factor es que el color de los iones de manganeso en disolución no siempre es el mismo que el de sus correspondientes sales sólidas. Esto se debe a que los iones de manganeso forman complejos con el agua debido a la capacidad de aceptación de electrones de sus orbitales atómicos d. Además, la tendencia de las especies químicas

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a aceptar electrones varía con el pH y la temperatura, por lo que si cambias estas variables o las cantidades de los productos químicos, los colores variarán, y los cambios de color se producirán en diferentes momentos de los experimentos.

Figura 1: Colores de los tres principales compuestos de manganeso (fila superior) y

ejemplos de mezclas de estos compuestos a medida que avanzan las reacciones redox (fila inferior)

Nicola Graf

Configuración electrónica y metales de transición

Los electrones están dispuestos en niveles de energía que se denominan capas electrónicas. Cada capa se divide en subcapas, que están formadas por orbitales. Los metales de transición suelen tener uno o más electrones en su orbital d más externo. La diferencia de energía entre los electrones de orbitales d individuales es relativamente pequeña, por lo que los cationes de metales de transición tienen una variedad de formas de establecer enlaces químicos que implican diferentes números de electrones en orbitales d. Esta es la razón por la que los metales de transición tienen varios estados de oxidación.

Cuando los electrones absorben ciertas frecuencias de radiación electromagnética, saltan a un nivel de energía más alto. En muchos metales de transición, la diferencia de energía entre los orbitales d corresponde a la energía de la radiación del espectro de luz visible. Por ejemplo, los electrones de orbitales d de los iones de permanganato absorben radiación electromagnética de la parte amarilla del espectro visible, pero lo que vemos como el color de una disolución con iones permanganato es el complementario, es decir, púrpura. Vemos el color de las longitudes de onda restantes que no fueron absorbidas (figura 2).

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Figura 2: El color de la disolución es el complementario (es decir, el opuesto en el círculo cromático) a la longitud de onda de la luz absorbida por los electrones de

orbitales d. Nicola Graf

Basada en el artículo de la profesora Marisa Prolongo con el profesor Gabriel Pinto:

https://www.scienceinschool.org/es/content/qu%C3%ADmica-de-colores-reacciones-redox-

con-chupachups

TRABAJO REALIZADO POR:

ALUMNADO DE 2° ESO DEL PROYECTO STEAM: MARÍA ISABEL GÓMEZ, LUCÍA JIMÉNEZ, ANTONIO MANZANO PROFESORA: MARISA PROLONGO CURSO: 2020-2021

EL VÍDEO DEL PROYECTO SE ENCUENTRA: https://youtu.be/Q9iKcIK2iM0