Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales
90
Número 90, Año XXIII
Segunda época
Octubre 2017
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Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales
Número 90, octubre • noviembre • diciembre • 2017
Monografía: Reacción química
4
8
17
27
Indagar sobre las reacciones químicas en contextos cotidianos
Aureli Caamaño
Formas y niveles de representación de las reacciones químicas
Aureli Caamaño
Reacciones químicas de la vida cotidiana
Josep Corominas
Aprendizaje cognitivo y emocional de las reacciones químicas
M.ª Antonia Dávila, Florentina Cañada,
Jesús Sánchez Martín
37
Coloreando cáscaras de huevo: Una exploración de la extensión y velocidad
de las reacciones químicas
44
Vicente Talanquer
La síntesis de la aspirina, según la Química Verde
Mariette M. Pereira, Marta Pineiro,
Lucas Danilo Dias, Fátima Paixão
Actualización y reflexión
53
Los modelos históricos de las reacciones ácido-base
José Antonio Chamizo
Intercambio
61
66
Rosalind Franklin y la estructura helicoidal del ADN
M.ª Elvira González Aguado
El caso de la ballena encontrada en el campamento militar
Anabella Garzón
Ideas prácticas
Experiencias
73
Resonancia
César Sancho
Recursos para el aula
76
78
Atlas de histología vegetal y animal
Manuel Megías, Manuel Ángel Pombal, Pilar Molist
Proyecto EDIA. Recursos educativos abiertos para aprendizaje por proyectos
para biología y geología y física y química en secundaria
Cristina Valdera, Miguel Ángel Pereira
Informaciones
81
83
84
Reseña: La competencia en alimentación
Reseña: Didáctica de la química universitaria
Encuentros
Beatriz Mazas
Aureli Caamaño
FUERZAS E INTERACCIONES
Indagar sobre las
reacciones químicas
en contextos
cotidianos
Aureli Caamaño
Consejo de Dirección de ALAMBIQUE
4
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • pp. 4-7 • octubre 2017
Indagar sobre las reacciones químicas en contextos cotidianos
D
espués de haber dedicado los dos monográficos de química anteriores a las sustancias químicas («Sustancia química», Alambique, núm. 82, 2015) y el enlace químico («Enlace y
estructura», Alambique, núm. 86, 2016), nos adentramos ahora en el extraordinario proceso químico de transformación de unas sustancias en otras diferentes. Nuestro objetivo es
plantear una serie de propuestas didácticas y actividades de enseñanza-aprendizaje con las que afrontar
con éxito la indagación de las múltiples facetas de las reacciones químicas.
Podemos empezar preguntándonos qué cuestiones referentes a las reacciones químicas son más relevantes desde el punto de vista de su conceptualización. He aquí algunas de ellas: ¿cómo podemos definir lo
que es una reacción química?, ¿cómo se puede identificar un cambio químico?, ¿cómo se puede clasificar la diversidad de reacciones químicas?, ¿cómo tienen lugar las reacciones a nivel atómico-molecular?,
¿cómo pueden ser representadas en los niveles atómico-molecular, multi- y simbólico?, ¿cómo podemos
calcular las cantidades de reactivos o productos que reaccionan o se forman?, ¿cuál es la causa de la
energía que se absorbe o se libera en las reacciones?, ¿cómo podemos medir la energía transferida?,
¿cómo se puede aprovechar esta energía para obtener energía eléctrica?, ¿cómo podemos predecir
qué reacciones serán espontáneas y cuáles no?, ¿por qué algunas reacciones son completas y otras de
equilibrio?, ¿de qué factores depende la extensión con que tienen lugar?, ¿de qué factores depende la
velocidad a la que transcurren?, ¿a través de qué secuencia de procesos moleculares elementales tienen
lugar?, ¿cómo se puede realizar la síntesis de sustancias naturales y artificiales de la forma más sostenible? En definitiva, ¿cómo podemos identificar, predecir, representar, explicar, llevar a cabo y controlar
las reacciones químicas?
Pero no todo se reduce a estos aspectos conceptuales. Nos interesa también el contexto, es decir, identificar las reacciones químicas relacionadas con muchos productos y procesos habituales de la vida cotidiana –las combustiones, las bebidas carbónicas, los productos de limpieza, las pilas electroquímicas, los
fármacos– y comprender las implicaciones sociales y medioambientales de las reacciones químicas que
se llevan a cabo en los laboratorios y en la industria química. Asimismo, también nos interesa resolver
las cuestiones planteadas anteriormente mediante procesos de indagación que impliquen proponer
hipótesis, contrastar ideas, planificar experimentos, argumentar a partir de los resultados obtenidos,
sacar conclusiones; en definitiva, aprender a investigar a la vez que investigamos sobre las reacciones
químicas. Y también nos interesa aprovechar la enseñanza de las reacciones químicas con el objetivo de
cambiar las actitudes negativas que algunos estudiantes puedan tener sobre la química, así como mejorar su motivación por el aprendizaje de esta asignatura.
Así pues, este monográfico se centra en la indagación de aspectos relevantes de las reacciones químicas en una variedad de contextos que tienen el denominador común de la cotidianidad. En todas las
actividades experimentales propuestas se utilizan sustancias y productos de la vida cotidiana: cáscaras
de huevo, colorantes, combustibles domésticos, productos de limpieza, sustancias que permiten construir pilas eléctricas, fármacos habituales como la aspirina... A través de estas actividades se abordan
aspectos significativos de la reacción química: entre otros, las formas y niveles de representación de las
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Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
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REACCIÓN QUÍMICA
reacciones, los factores que influyen en su extensión y velocidad, la conservación de la masa, la energía
desprendida en las reacciones de combustión, la construcción de pilas electroquímicas o las síntesis de
fármacos con metodologías de la química verde.
El monográfico se inicia con un artículo de Aureli Caamaño (pp. 8-16) sobre los diferentes niveles y
formas de representación –macroscópica, multi-atómico-molecular, atómico-molecular y simbólica–
de la reacción química, en el que se destaca la diferencia entre las representaciones que muestran las
relaciones estequiométricas de las sustancias que reaccionan y se forman y las que muestran el sistema
reaccionante en diferentes momentos de la reacción. Las primeras son útiles para realizar cálculos estequiométricos; las segundas, para seguir la evolución de la reacción y visualizar el reactivo en exceso,
además de para ofrecer una visión submicroscópica de la reacción que puede mostrarse paralelamente
a la representación macroscópica.
En el segundo artículo (pp. 17-26), Josep Corominas propone un recorrido químico a través de situaciones cotidianas en que las reacciones químicas tienen un papel principal: por ejemplo, la disolución
en agua de un comprimido efervescente, las reacciones ácido-base de algunos productos de limpieza
o la preparación de una bebida refrescante carbónica, la combustión del butano de un mechero de gas,
la construcción de pilas con materiales caseros. A partir de las reacciones químicas que protagonizan
estos productos se investigan cuestiones como la conservación de la masa, las reacciones ácido-base,
la espontaneidad de las reacciones, el poder calorífico de los combustibles, la conversión de la energía
química en energía eléctrica y los factores que afectan la velocidad de reacción.
En el tercer artículo (pp. 27-36), M.ª Antonia Dávila, Florentina Cañada y Jesús Sánchez presentan
una serie de actividades prácticas relacionadas con los cambios físicos y químicos de la materia cuyo
objetivo es mejorar el aprendizaje tanto cognitivo como emocional de los estudiantes con respecto a las
reacciones químicas. Estas actividades contemplan experiencias como la fusión del hielo, la separación
de los componentes de una mezcla, la reacción del sulfato de cobre(II) con el hierro, la producción de
dióxido de carbono y la descomposición del agua oxigenada. A través de estas experiencias se distingue
entre cambios físicos y químicos, se aprende a escribir la ecuación química de una reacción, se observan
diferentes tipos de reacciones, se indaga sobre la conservación de la masa en las reacciones y se investigan los factores que afectan su velocidad.
En el cuarto artículo (pp. 37-43), Vicente Talanquer presenta un conjunto de actividades indagatorias
sobre reacciones con cáscaras de huevo, colorantes y ácidos que permiten ilustrar la problemática de
procesos ecológicamente relevantes como la desaparición del coral en los ecosistemas marinos y la formación de la lluvia ácida. Los estudiantes exploran el efecto de la acidez del medio y otros factores en
la extensión y la velocidad de la reacción de coloración de cáscaras de huevo, así como también la velocidad de disolución de éstas. El trabajo experimental propuesto está íntimamente ligado a actividades
de planificación y modelización, pero también a procesos de generación de argumentos y explicaciones
basadas en los resultados obtenidos.
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Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
Indagar sobre las reacciones químicas en contextos cotidianos
En el quinto artículo (pp. 44-51), Mariette M. Pereira, Marta Pineiro, Lucas Danilo Dias y Fátima Paixão
presentan dos actividades de un proyecto denominado «Metodologías sostenibles en la síntesis de fármacos» que forma parte del programa «Elegir ciencia», en las que se realiza la síntesis de la aspirina con
dos metodologías diferentes: la convencional y la basada en los principios de la «química verde». Esta
última, que utiliza un microondas doméstico para calentar el sistema reaccionante, permite reducir la
cantidad de residuos y el consumo energético. Los resultados obtenidos muestran que esta experiencia
contribuye a mejorar en los estudiantes la comprensión del concepto de reacción, conjugando los niveles
de la química macro y micro y los principios de la filosofía de la química verde.
Por último, en la sección de «Actualización y reflexión» (pp. 53-60), pero estrechamente ligado con el
tema del monográfico, José Antonio Chamizo aborda la evolución histórica de los modelos ácido-base
a lo largo de los cinco períodos revolucionarios de la química. Una reflexión sobre la evolución de las
teorías y modelos de los ácidos y las bases –y de las reacciones ácido-base– que nos recuerda que la
historia de la química también puede jugar un papel importante en la enseñanza contextualizada de
la reacción química. ◀
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Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
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REACCIÓN QUÍMICA
Formas y niveles
de representación
de las reacciones
químicas
Un instrumento esencial para la
comprensión del cambio químico
Aureli Caamaño
Colegio de Licenciados de Cataluña. Barcelona
Una reacción química es una transformación de unas
PALABRAS CLAVE
sustancias químicas en otras. La modelización de este
• REACCIÓN QUÍMICA
proceso requiere un conocimiento de la composición y
• SISTEMA REACCIONANTE
• ECUACIÓN QUÍMICA
estructura de las sustancias, y de la proporción en que
• DIAGRAMAS MULTIreaccionan los átomos, las moléculas o los iones que
las constituyen. En el presente artículo abordamos las
diferentes formas de representación –macroscópica,
estructural y simbólica– y los diferentes niveles estructurales de representación
–macroscópico, atómico-molecular y multi-atómicomolecular– de la reacción
química. Se destaca la importancia de la representación estructural previa a la
representación simbólica de la reacción, y la diferencia entre la representación
de la reacción mediante diagramas multi- tipo ecuación química y mediante
diagramas multi- del sistema reaccionante.
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Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
Formas y niveles de representación de las reacciones químicas
L
as formas y los niveles de representación de
las reacciones químicas han sido estudiadas en diversos trabajos relacionados con
los niveles macroscópico, submicroscópico
y simbólico de la química (Laugier y Dumond,
2004; Talanquer, 2011; Caamaño, 2014; Dumon
y Mzoughi-Khadhraoui, 2014). En el presente
artículo analizaremos las formas de representación de las reacciones químicas en los niveles macroscópico y submicroscópico, prestando
especial atención a las diferencias entre las representaciones submicroscópicas a escala atómicomolecular y las representaciones a escala multi-.
En particular, destacaremos la importancia
didáctica de representar la reacción química
mediante diagramas multi- (multimoleculares,
multiatómicos o multiiónicos) antes de utilizar
una representación simbólica (ecuación química con fórmulas), especialmente cuando en la
reacción intervienen sustancias formadas por
estructuras gigantes, cuya representación a nivel
atómico encierra grandes dificultades.
También diferenciaremos las representaciones
multi- que intentan dar cuenta de las relaciones estequiométricas de la reacción (ecuación
química) de aquellas otras que sólo pretenden
representar el sistema reaccionante, destacando
las ventajas e inconvenientes de cada una de ellas.
REPRESENTACIÓN E INTERPRETACIÓN
MACROSCÓPICA DE UNA REACCIÓN
QUÍMICA
Una reacción química se define como un proceso
en el cual unas sustancias químicas se transforman en otras diferentes. Llegar a esta conceptualización de reacción química requirió disponer
previamente del concepto de sustancia química
La representación macroscópica
permite visualizar las sustancias
que intervienen en la reacción
química
■
(Azcona y otros, 2004) y comprender la diferencia que existe entre compuestos y mezclas.
Una reacción química se puede grabar en vídeo
o representar mediante varias fotografías o dibujos sucesivos en el tiempo. Esta representación
macroscópica permite visualizar todas o algunas
de las sustancias que intervienen y los cambios
que se pueden percibir por la vista. Sin embargo,
una representación que pretenda interpretar el
cambio que ha tenido lugar tiene que identificar todos los reactivos (las sustancias que han
reaccionado) y los productos de la reacción (las
sustancias que se han producido). La forma más
simple de este tipo de representación es la ecuación química con palabras, en la que se representan por su nombre los reactivos y los productos,
separados por una flecha. Por ejemplo:
hidrógeno(g) + oxígeno(g) → agua(g)
Cuando se conoció la composición de las sustancias y se utilizó una nomenclatura que indicaba
su composición «elemental» (composición de los
elementos que constituían cada compuesto), las
reacciones pudieron interpretarse y clasificarse
según un criterio de combinación, separación o
desplazamiento de los elementos químicos que
intervenían (cuadro 1, en la página siguiente).
Actualmente, esta forma de representación es la
que se utiliza en los primeros cursos de la educa-
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Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
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REACCIÓN QUÍMICA
Tipo de reacción
Ejemplo
Reacción de formación del agua a partir de sus elementos.
hidrógeno(g) + oxígeno(g) --> agua(g)
Reacción de descomposición del óxido de cobre en sus
elementos.
Reacción de desplazamiento:
El cinc desplaza al hidrógeno en el cloruro de hidrógeno
disuelto en agua.
Reacción de doble desplazamiento:
La plata sustituye al sodio en el cloruro de sodio y el sodio
a la plata en el nitrato de plata.
óxido de cobre(s) --> cobre(s) + oxígeno(g)
cinc(s) + ácido clorhídrico(aq) -->
cloruro de cinc(aq) + hidrógeno(g)
nitrato de plata(aq) + cloruro de sodio(aq) -->
nitrato de sodio(aq) + cloruro de plata(s)
Cuadro 1. Clasificación de las reacciones químicas de acuerdo con el criterio de combinación, separación o
desplazamiento de los elementos químicos que forman los reactivos
ción secundaria obligatoria, cuando todavía no
se ha introducido la teoría atómico-molecular de
la materia.
INTERPRETACIÓN Y REPRESENTACIÓN
DE REACCIONES QUÍMICAS
ENTRE MOLÉCULAS A ESCALA
ATÓMICO-MOLECULAR
Normalmente, para realizar por primera vez la
interpretación atómico-molecular de una reacción química se escoge, por razones de sencillez,
una reacción en que tanto los reactivos como los
productos sean moleculares. Estas reacciones
pueden representarse a escala atómico-molecular
mediante diagramas moleculares o mediante una
ecuación química simbólica.
Representación mediante diagramas
moleculares
La reacción de formación del agua la podemos representar mediante el siguiente diagrama
molecular que se muestra en el cuadro 2.
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Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
Cuadro 2. Representación de la reacción de formación
del agua a escala molecular con diagramas moleculares.
Puede observarse la conservación de los átomos
de hidrógeno y de oxígeno y la proporción en que
reaccionan las moléculas
Este diagrama nos indica que 2 moléculas
(diatómicas) de hidrógeno reaccionan con 1
molécula (diatómica) de oxígeno para dar 2
moléculas de agua. Cada molécula de agua está
formada por un átomo de oxígeno y dos de
hidrógeno. La proporción en que reaccionan
viene determinada por la composición atómica de las moléculas y por el hecho de que los
átomos de hidrógeno y oxígeno se conservan
durante la reacción.
La reacción implica la ruptura de los enlaces que
unen los átomos de las moléculas de hidrógeno y
oxígeno y la formación de nuevos enlaces entre
los átomos que forman las moléculas de agua.
Formas y niveles de representación de las reacciones químicas
Representación mediante una
ecuación química con fórmulas
La reacción anterior puede expresarse de forma
simbólica mediante una ecuación química con
fórmulas:
H2 + H2 + O2 → H2O + H2O
Para una mayor brevedad de escritura se utilizan
coeficientes delante de las fórmulas (coeficientes
estequiométricos), para indicar el número de
moléculas que participan en la reacción representada a nivel atómico-molecular:
2H2 + O2 → 2H2O
Esta ecuación se denomina ecuación química
igualada de la reacción y nos informa que 2
moléculas de hidrógeno reaccionan con 1 molécula de oxígeno para dar 2 moléculas de agua.
A veces esta ecuación se interpreta a nivel multimolecular («2 moles de moléculas de H2 reaccionan…». Esta práctica confiere ambigüedad
a la interpretación de la ecuación, por lo que es
recomendable añadir a las fórmulas los símbolos
de los estados de agregación de las sustancias
cuando se quiera dar cuenta de la reacción a nivel
multimolecular.
mas multimoleculares (tipo ecuación química)
o mediante ecuaciones químicas con fórmulas e
indicación del símbolo del estado de agregación de
las sustancias. Más adelante veremos que también
pueden utilizarse diagramas multimoleculares del
sistema reaccionante.
Representación con diagramas
multimoleculares tipo ecuación
química
Ante la imposibilidad de representar todas las
moléculas, convenimos en representar sólo unas
cuantas. Ahora bien, si lo que deseamos es una
representación análoga a la ecuación química
igualada de la reacción, es preciso representar
un número de moléculas de los reactivos y de los
productos que estén en la misma proporción que
la que indican los coeficientes estequiométricos.
En el cuadro 3 se representa la reacción de formación del agua mediante diagramas multimoleculares (tipo ecuación química).
En las reacciones entre gases es habitual representar las moléculas dentro de cuadros o rectángulos cuya superficie dé idea del volumen que
ocupa la muestra de cada gas, o bien dentro de
cubos o prismas, si se opta por una representación tridimensional. De este modo, se hace
REPRESENTACIÓN DE LAS
REACCIONES QUÍMICAS
ENTRE MOLÉCULAS A NIVEL
MULTIMOLECULAR
Cuando la reacción de formación del agua tiene
lugar, reaccionan millones de millones de moléculas de hidrógeno y de oxígeno. Si queremos tener
una representación multimolecular de la reacción
es preciso establecer un sistema de representación
adecuado. Ello puede hacerse mediante diagra-
Cuadro 3. Representación multimolecular de la reacción de
formación del agua mediante diagramas multimoleculares. Los
recuadros representan los volúmenes relativos de los gases,
hidrógeno y oxígeno, que reaccionan y del vapor de agua que se
forma. Las moléculas representadas se encuentran en proporción
estequiométrica
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Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
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REACCIÓN QUÍMICA
En las reacciones entre gases
es habitual representar las
moléculas dentro de cuadros,
rectángulos o prismas
■
Cuadro 4. Diagrama multimolecular de la reacción química de
formación del agua con recuadros interiores en línea discontinua
que explicitan la proporción en que reaccionan las moléculas de
hidrógeno y de oxígeno y la proporción de moléculas de agua
que se forman
evidente la relación existente entre el número de
moléculas y el volumen de los gases.
A veces, se utilizan recuadros interiores para
indicar el mínimo número de moléculas de
hidrógeno, oxígeno y agua que dan cuenta
de sus relaciones estequiométricas (cuadro 4).
Estos recuadros pueden interpretarse como una
representación a escalar molecular en el interior
de la representación multimolecular.
Ecuación química con fórmulas
y símbolos del estado físico
Para representar una reacción química a escala
multimolecular mediante una ecuación química
se añade a las fórmulas de las sustancias el símbolo de su estado de agregación. La ecuación
química igualada de la reacción de formación del
agua a nivel multi- es:
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(g)
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Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
Las fórmulas H2(g), O2(g) y H2O(g) representan las sustancias a nivel macroscópico, pero la
presencia de los coeficientes estequiométricos
hace referencia a proporciones entre moléculas
(o moles de moléculas) y, por tanto, confiere a la
ecuación un carácter de representación multimolecular y no meramente macroscópica.
Los coeficientes estequiométricos representan
ahora la proporción en que reaccionan las moléculas, es decir, indican que las moléculas de
hidrógeno y de oxígeno reaccionan en la proporción 2:1 y que se forman tantas moléculas de
agua como moléculas de hidrógeno reaccionan,
o bien el doble de moléculas de agua que de
moléculas de oxígeno reaccionan. Para calcular
las cantidades de sustancia que reaccionan o se
forman debemos considerar moles de moléculas.
Para realizar cálculos, la proporcionalidad que
indican los coeficientes se concretiza en una proporcionalidad entre moles de moléculas, lo que
permite calcular los cocientes estequiométricos, S,
de la reacción:
S(H2/O2) = 2 mol H2 / 1 mol O2
S(H2O/H2) = 2 mol H2O / 2 mol H2
S(H2O/O2) = 2 mol H2O / 1 mol O2
REPRESENTACIÓN DE REACCIONES
EN QUE INTERVIENEN SUSTANCIAS
CON ESTRUCTURAS GIGANTES
En las reacciones entre sustancias moleculares,
hemos visto que son posibles representaciones en
dos niveles estructurales: el atómico-molecular y
el multimolecular. Sin embargo, en reacciones en
que participan sustancias formadas por estructuras gigantes, la representación a nivel atómico
presenta ciertas dificultades, por lo que la representación a nivel multi- se hace imprescindible.
Formas y niveles de representación de las reacciones químicas
En las reacciones entre
sustancias moleculares,
son posibles dos niveles de
representación: atómicomolecular y multimolecular
■
Problemas con la representación
a escala atómico-molecular
Tomemos como ejemplo la reacción de formación del cloruro de sodio, cuya representación
simbólica a nivel atómico-molecular es:
2Na + Cl2 → 2NaCl
Si intentamos representar esta reacción mediante
un diagrama atómico-molecular (cuadro 5), la
representación de la unidad fórmula NaCl es
problemática. Si la representamos como un par
de iones aislados, induciremos a pensar que
NaCl representa una molécula, cuando en realidad representa un par de iones que forma parte
de una estructura gigante iónica. El lenguaje
químico simbólico esconde este hecho.
Podemos intentar mejorar la comprensión de la
ecuación indicando la carga de los iones:
2Na + Cl2 → 2Na+Cl-
Cuadro 5. Representación errónea a escala atómicomolecular de la reacción de formación del cloruro
de sodio (2Na + Cl2 → 2NaCI)
pero siempre será preciso recordar que el par
iónico Na+Cl- no es un par aislado de iones, sino
que forma parte de la estructura gigante del cloruro de sodio. De hecho, en cierto modo ocurre
lo mismo con el Na, ya que no se trata de átomos
de sodio aislados sino de átomos que forman
parte de la estructura gigante del sodio metal o,
más exactamente, de iones positivos Na+ sumergidos en un «mar» de electrones de valencia.
La naturaleza del problema también se manifiesta
cuando intentamos leer esta ecuación química a
escala atómico-molecular: «2 átomos de sodio
que forman parte de la estructura gigante del
sodio metal reaccionan con 1 molécula de cloro
para formar 2 pares de iones Na+ y Cl-, que
forman parte de la estructura iónica del cloruro
de sodio». La extensión de la frase evidencia la
inexistencia de un término a escala nanoscópica
para nombrar la entidad representada simbólicamente por NaCl, como consecuencia de que el
par de iones Na+Cl- no existe como entidad individualizada en la estructura del cloruro de sodio.
Así pues, la ecuación química a escala atómica
de una reacción en que intervienen estructuras
gigantes no permite una interpretación satisfactoria de las entidades estructurales que intervienen.
Es un problema similar al que ocurre cuando se
intenta modelizar la formación del enlace iónico
en el mismo nivel estructural nanoscópico que
se usa para modelizar la formación del enlace
covalente en una molécula (Caamaño, 2016). Se
hace pues necesario utilizar una representación a
escala multi-.
Representación a escala multiLa representación de la reacción a nivel multipuede hacerse mediante diagramas multimo-
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
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REACCIÓN QUÍMICA
2Na(s) + Cl2(g) →2NaCl(s)
Cuadro 6. Ecuación química simbólica y diagrama multi- de
la reacción de formación del cloruro de sodio, con indicación
explícita mediante recuadros de la proporción estequiométrica en
que reaccionan el sodio y el cloro, y se forma el cloruro de sodio
leculares, multiatómicos y multiónicos o bien
mediante una ecuación química con fórmulas
y símbolos del estado físico de las sustancias
(cuadro 6).
La interpretación de la ecuación química con
fórmulas y símbolos de los estados de agregación
tiene el mismo problema que el descrito anteriormente para la ecuación a nivel nanoscópico
(nivel atómico-molecular). Por tanto, en las reacciones en que intervienen estructuras gigantes
es imprescindible introducir la representación
de la reacción a escala multi- (atómica, molecular o iónica) mediante diagramas o modelos
multi-, previamente o en paralelo a la representación simbólica (ecuación con fórmulas), porque
sólo así facilitaremos que los estudiantes puedan
interpretar correctamente las fórmulas que aparecen en la ecuación.
La representación del sistema
reaccionante es útil para ilustrar
los conceptos de reactivo en
exceso y reactivo limitante
■
des relativas que existen de reactivos y productos
en un momento determinado. Estas cantidades
dependen de las cantidades de reactivos que se
han mezclado o puesto en contacto inicialmente
y de la estequiometria de la reacción. En el instante inicial sólo tenemos los reactivos y en el
instante final, en una reacción completa, tenemos
los productos y el reactivo en exceso, si no se ha
utilizado una mezcla estequiométrica. De ahí que
estas representaciones sean especialmente útiles
para ilustrar los conceptos de reactivo en exceso
y reactivo limitante.
A diferencia de la reacción química representada
mediante una ecuación con diagramas multi-,
en que tanto los reactivos como los productos se
representan por separado, en la representación
del sistema reaccionante se muestran juntos en
un único recuadro. En su interior se visualiza
una muestra de las moléculas, átomos o iones
del sistema en un instante determinado, ya sea
REPRESENTACIÓN DEL SISTEMA
REACCIONANTE MEDIANTE
DIAGRAMAS MULTI-
Otra forma de representar la reacción es aquella
que se centra en representar el sistema reaccionante (reactivos y productos) en un instante
determinado, y no los reactivos y los productos
por separado como se hace en una ecuación
química. Una representación del sistema reaccionante con diagramas multi- muestra las cantida-
14
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
Cuadro 7. Diagramas multimoleculares del sistema
reaccionante «hidrógeno + oxígeno --> agua» al inicio
y al final de la reacción. Nótese que el oxígeno es el
reactivo que queda en exceso y, por tanto, el hidrógeno
es el reactivo limitante
Formas y niveles de representación de las reacciones químicas
inicial, intermedio o final. Para dar cuenta de la
evolución de la reacción es preciso utilizar como
mínimo dos de estas representaciones (cuadro 7).
La ventaja de la representación del sistema
reaccionante es que se puede mostrar mejor
la evolución de la reacción en paralelo con la
representación macroscópica, como se muestra
en el cuadro 8. La desventaja es que dificulta la
apreciación de las relaciones estequiométricas.
Si deseamos dar cuenta de la proporción en que
reaccionan las partículas, debemos añadir la
ecuación química con fórmulas.
REPRESENTACIONES EN PARALELO:
MACROSCÓPICA, MULTI-(ATÓMICAMOLECULAR-IÓNICA) Y SIMBÓLICA
Cada vez con mayor frecuencia los libros de texto
incluyen representaciones de las reacciones químicas que muestran en paralelo una visualización
o representación macroscópica de la reacción –al
inicio, en un momento intermedio y al final–, una
representación multi- del sistema reaccionante en
los mismos tiempos, y una representación simbólica mediante la ecuación química. El cuadro 8
muestra este tipo de representación múltiple para
la reacción de formación del óxido de magnesio
tal como se presenta en un libro de química general. Notemos que la representación multi- inicial
muestra los reactivos separados; la representación
intermedia muestra los reactivos juntos, pero sin
que hayan empezado a reaccionar, lo que no se
ajusta a la descripción macroscópica, y la representación final muestra el producto sin ningún
reactivo en exceso. No se ha pretendido mostrar la
estequiometría de la reacción.
Estas representaciones en paralelo son muy útiles porque muestran a la vez las tres formas de
Cuadro 8. Representación de la reacción de formación del óxido
de magnesio en los tres niveles macroscópico, multi- y simbólico,
mediante fotografías, diagramas del sistema reaccionante en
los momentos inicial, intermedio y final, y la ecuación química
igualada. (Tomado de Brown y otros, Química. La ciencia central,
Pearson, 2014, p. 82)
representación de las reacciones químicas. Sin
embargo, debe tenerse en cuenta que no hay un
paralelismo total entre las tres representaciones,
ya que la primera y la segunda corresponden al
sistema reaccionante mientras que la última es la
ecuación química de la reacción. La representación multi- del cuadro 8, al separar los reactivos,
se convierte en una representación híbrida que,
en los estadios inicial y final, coincide con la
ecuación química, pero sin representar la estequiometría, y en el estado intermedio representa
el sistema reaccionante.
CONCLUSIÓN
En este artículo hemos mostrado que las representaciones multi- son imprescindibles para una
buena comprensión de las reacciones químicas
a nivel submicroscópico, y para una correcta
comprensión de las ecuaciones químicas con
fórmulas, por lo que deberían siempre preceder
a la representación simbólica de las reacciones,
especialmente en aquéllas en que intervienen
sustancias con estructuras gigantes.
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
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REACCIÓN QUÍMICA
Formas de representar una reacción química a nivel multiEcuación química
al inicio (reactivos) y al final (productos)
muestra las relaciones estequiométricas
{
- con diagramas multi-.
- con fórmulas químicas y los símbolos del
estado físico de reactivos y productos.
Representación del sistema reaccionante con diagramas multien diferentes momentos de la reacción
permite seguir la evolución de la reacción
permite la visualización del reactivo en exceso
Cuadro 9. Formas de representar las reacciones químicas a nivel multi-
Por otro lado, hemos resaltado las ventajas y
desventajas que implican las dos formas de representar una reacción a nivel multi- (cuadro 9).
La representación de la reacción mediante diagramas del sistema reaccionante constituye una
aproximación más real a la reacción química
como proceso y es de gran utilidad para ilustrar
el concepto de reactivo limitante. La representación de la reacción química mediante una ecuación química con diagramas multi- no permite
seguir la evolución de la reacción, pero sirve para
visualizar la estequiometría de la reacción, necesaria para realizar los cálculos estequiométricos.
— (2016): «Un enfoque para vencer ambigüedades.
Enlace químico y estructura de las sustancias en
secundaria». Alambique. Didáctica de las Ciencias
Experimentales, núm. 86, pp. 8-18.
DUMON, A.; MZOUGHI-KHADHRAOUI, I. (2014):
«Teaching chemical change modeling to Tunisian
students: an “expanded chemistry triplet” for
analyzing teacher’s discourse». Chemistry Education
Research and Practice, núm. 15, pp. 70-80.
LAUGIER, A.; DUMON, A. (2004): «L’équation de réaction: un noeud d’obstacles difficilement franchissable». Chemistry Education Research and Practice,
núm. 5(1), pp. 51-68.
TALANQUER, V. (2011): «Macro, Submicro and Symbolic:
Por último, hemos destacado la utilidad didáctica de relacionar visualmente las diferentes formas
de representación de la reacción: macroscópica,
submicroscópica multi- y simbólica. ◀
Referencias bibliográficas
AZCONA, R. y otros (2004): «¿Es posible aprender
The many faces of the chemistry “triplet”».
International Journal of Science Education,
núm. 33(2), pp. 179-195.
Dirección de contacto
Aureli Caamaño
Centro Didáctico de Ciencias Experimentales.
los cambios químicos sin comprender qué es una
Colegio de Licenciados de Cataluña, Barcelona
sustancia?». Alambique. Didáctica de las Ciencias
aurelicaamano@gmail.com
Experimentales, núm. 40, pp. 7-17.
CAAMAÑO, A. (2014): «La estructura conceptual de
16
la química: realidad, conceptos y representaciones
Este artículo fue solicitado por AlAmbique. DiDácticA
simbólicas». Alambique. Didáctica de las Ciencias
experimentAles, en febrero de 2017 y aceptado en junio de 2017 para
Experimentales, núm. 78, pp. 7-20.
su publicación.
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
De lAs
cienciAs
REACCIÓN QUÍMICA
Reacciones químicas
de la vida cotidiana
Josep Corominas
Escola Pia de Sitges. Sitges
En este artículo se proponen varios experimentos sobre
reacciones químicas con productos y materiales que
encontramos y usamos a diario en casa. Las reacciones
descritas permiten trabajar los conceptos fundamentales que
un estudiante de secundaria debe conocer acerca del cambio
químico.
Alambique
PALABRAS CLAVE
•
•
•
•
•
REACCIÓN QUÍMICA
COMBUSTIÓN
ÁCIDO-BASE
CINÉTICA QUÍMICA
ESPONTANEIDAD
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • pp. 17-26 • octubre 2017
17
REACCIÓN QUÍMICA
A
menudo nos preguntamos dónde
encontrar ejemplos de reacciones químicas que sean relevantes y motivadoras para los alumnos y que no hagan
referencia a sustancias químicas de laboratorio.
Aunque hay ejemplos de reacciones espectaculares, como explosiones, llamaradas, etc., quedan
muy lejos de la química común en el día a día.
Por eso, en este artículo se propone un recorrido
a través de diversas situaciones cotidianas en las
que la reacción química tiene un papel principal,1
y que nos servirán para proponer cuestiones
sobre las que indagar (Caamaño, 2011).
En primer lugar, debemos considerar lo que
es fundamental que conozca un estudiante de
secundaria acerca de la reacción química. Lo
podemos sintetizar en los siguientes aspectos:
• El cambio químico representa la transformación de unas sustancias en otras; esta
transformación se observa por los cambios de
propiedades físicas y químicas de las especies
que intervienen.
• La masa se conserva.
• Las cantidades de los reactivos que se mezclan y la proporción en que reaccionan condicionan si sobrará alguno de ellos.
• Siempre hay energía involucrada en la reacción, ya sea que se libere al entorno o que se
absorba del entorno.
■
¿Cómo comprobar que en la
disolución de un comprimido
efervescente la masa
se conserva, si se tiene
en cuenta la masa del gas
que se desprende?
18
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
•
•
•
Existen reacciones que son espontáneas a
pesar de que son endotérmicas.
La energía de las reacciones redox puede ser
convertida en energía eléctrica en dispositivos que se denominan pilas.
Se puede controlar la velocidad del cambio
químico mediante diversos factores.
¿QUÉ SITUACIONES PODEMOS
CONTEMPLAR?
En la casa usamos combustibles para cocinar y
para calefacción; del botiquín tomamos comprimidos para tratar pequeñas dolencias; usamos
productos de limpieza que actúan a través de
reacciones ácido-base; dependemos de pilas y
baterías para el funcionamiento de múltiples dispositivos electrónicos; la preparación de alimentos y bebidas, como un refresco de limón, implica
reacciones químicas. Así pues, podemos hacer un
recorrido químico por la casa, tomando objetos,
materiales, productos de limpieza, fármacos, etc.,
con el objetivo de construir una secuencia didáctica para estudiar las características fundamentales del cambio químico.
La reacción de un comprimido
efervescente con el agua:
¿se conserva la masa?
Hay reacciones en que no se aprecia directamente
la conservación de la masa por el hecho de que se
desprende un gas. Por ejemplo, si añadimos una
pastilla efervescente a un vaso con agua colocado
sobre el plato de una balanza electrónica, observamos que la masa del sistema disminuye.
Las pastillas efervescentes están formadas por
ácido cítrico (C6H8O7), hidrogenocarbonato de
Reacciones químicas de la vida cotidiana
sodio («bicarbonato») y excipientes. Cuando
disolvemos la pastilla efervescente en agua, los
iones hidrogenocarbonato reaccionan con las
moléculas de ácido cítrico (un ácido tricarboxílico) formando iones citrato, dióxido de carbono
y agua.
C6H8O7(aq) + 3HCO3-(aq) + Na+(aq) →
C6H5O7-(aq) + 3CO2(aq) + 3H2O(l) + Na+(aq)
Una manera de comprobar que la masa se conserva es llevar a cabo la reacción con un juego
de dos jeringas, unidas por una llave de tres vías.
¿Se conserva la masa?
Material
• Dos jeringas de 60 mL unidas mediante una llave de tres vías (luer-lock).
• Una porción de un comprimido efervescente.
• Agua.
• Balanza. Se puede usar una balanza de cocina, pero mejor si se tiene una
balanza de laboratorio de sensibilidad 0,1 g.
Imagen 1
Procedimiento
• Una de las jeringas se usa para absorber unos 10 mL de agua.
• Colocar en el plato de la balanza las dos jeringas, la llave de tres vías y la
porción de comprimido. Tomar nota de la masa total del sistema (imagen 1).
• Poner dentro de la segunda jeringa la porción de comprimido y bajar el
émbolo lo máximo posible.
• Conectar ambas jeringas mediante a llave de tres vías y poner el sistema en
el plato de la balanza. La masa es la misma que la que se ha medido inicialmente (imagen 2).
Imagen 2
• Inyectar el agua hacia la jeringa que contiene el comprimido efervescente y
observar como la formación de gas desplaza el émbolo de una de las jeringas. La masa se conserva igual que la inicial (imagen 3).
• Dejar el dispositivo sobre el plato de la balanza y esperar a que ya no se
genere más gas.
Se puede comprobar en la balanza que la masa
final es la misma que la masa inicial (imagen 4).
Imagen 3
Imagen 4
Alambique
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REACCIÓN QUÍMICA
Sustancias ácidas y básicas
en los productos de limpieza
Muchos productos de limpieza son soluciones
ácidas o básicas. Por ejemplo, los productos
para eliminar la grasa contienen hidróxido de
sodio y amoníaco, y los productos para eliminar
los depósitos de cal contienen generalmente
ácido clorhídrico y ácido fosfórico. Para reconocer el carácter ácido o básico de los productos
de limpieza, se usan indicadores, sustancias que
cambian de color según el medio. La col roja
o col lombarda contiene antocianinas, que son
moléculas que reaccionan con los ácidos y las
bases, de manera que el cambio de su estructura
implica un cambio de color. Utilizando este
indicador u otros podemos indagar qué sustancias empleadas en limpieza son ácidas y cuáles
son básicas.
Carácter ácido o básico de los productos de limpieza
Material
• Diversos productos de limpieza líquidos (imagen 5).
• Extracto de col roja (se prepara cortando trozos pequeños de col roja
que se dejan macerar en agua muy caliente unos 15 minutos y se filtra
a continuación).
Imagen 5
• Recipientes varios (vasos pequeños o tubos de ensayo).
Procedimiento
• Poner unos mL de cada uno de los productos de limpieza en diversos
recipientes.
• Añadir a cada recipiente unas gotas del extracto de col roja.
• Observar los cambios de color (imagen 6) y deducir el pH a partir de
una escala de colores del indicador.
Imagen 6
Por ejemplo, podemos deducir que el KH7® tiene un pH de 9 y el Viakal®
de 5, comparando el color obtenido con la escala de colores de la col
lombarda (imagen 7).
Imagen 7
Una vieja receta nos lleva
a hablar de la espontaneidad
en las reacciones
¿Es posible una reacción espontánea y al mismo
tiempo endotérmica? Éste es un buen tema de
20
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
■
¿Es posible una reacción
espontánea y al mismo tiempo
endotérmica?
Reacciones químicas de la vida cotidiana
discusión, ya que la mayoría de las reacciones que
transcurren espontáneamente, por ejemplo las
combustiones, son exotérmicas. Curiosamente,
en un viejo libro de recetas caseras, hemos
encontrado una reacción ácido-base para pre-
parar un refresco de limón para días calurosos
sin necesidad de enfriar, ya que su preparación
implica una reacción endotérmica. Seguiremos
la vieja receta de preparación de un refresco con
zumo de limón y «bicarbonato».
Refresco de limón
Material
• Un vaso con zumo de un par de limones.
• Hidrogenocarbonato de sodio («bicarbonato»).
• Cucharilla para agitar.
Procedimiento
Imagen 8
Añadir una pequeña cantidad de bicarbonato al zumo (imagen 8). Se produce una intensa efervescencia y la temperatura disminuye (imagen 9).
La reacción es idéntica a la descrita en el experimento de los comprimidos
efervescentes. La espontaneidad se explica por el hecho de pasar de unos
reactivos en estado sólido y en disolución a unos productos en estado
gaseoso (CO2) y en disolución, lo que implica un aumento de la entropía
del sistema.
Energía desprendida al quemar
butano, un combustible usado en casa
Los combustibles son imprescindibles para mantener una temperatura confortable en casa y para
cocinar. No todos los combustibles transfieren
la misma cantidad de calor por unidad de masa.
Esta magnitud se conoce como «poder calorífico
de un combustible».
¿Se puede determinar de una manera sencilla
el poder calorífico del gas butano contenido en
un mechero? Podemos proponer a los alumnos
determinar el calor que se desprende en la com-
Imagen 9
bustión del butano contenido en un mechero,
y discutir y diseñar conjuntamente cuál podría
ser el procedimiento a seguir. A continuación, se
presenta un método posible que sólo implica el
uso de una lata de refresco, agua, un termómetro
y una balanza.
■
¿Se puede determinar de forma
sencilla el poder calorífico
del gas butano contenido
en un mechero?
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
21
REACCIÓN QUÍMICA
Poder calorífico del combustible de un mechero
Material
• Encendedor de bolsillo (contienen un 90% de gas butano o un isómero del butano
conocido como «gas azul»).
• Lata de refrescos vacía (debe tener la anilla para abrir la lata).
• Soporte con doble nuez y varilla.
• Termómetro.
• Balanza, sensibilidad 0,01 g.
Imagen 10
Procedimiento
• Se pesa el encendedor de bolsillo, anotando la masa inicial, mi.
• Se coloca en la lata entre 50 g y 100 g de agua. Se mide la temperatura inicial, T1.
• Se cuelga la lata por la anilla a la varilla que está sujeta al soporte (imagen 10).
• Se toma el encendedor, se enciende y con precaución se mantiene con la llama cerca del fondo de la lata
durante un tiempo aproximado de 1 minuto. Durante este tiempo hay que tener la precaución de que la
llama se mantenga estable. El tiempo es más que suficiente para que la temperatura del agua aumente
significativamente y la persona que mantiene la llama no sufra quemaduras.
• Transcurrido este tiempo, se pesa de nuevo el encendedor, anotando la masa final, mf.
• Se mide la temperatura del agua. Como el metal de la lata se calienta más que el agua, hay que esperar que
se termine de transferir calor al agua, de manera que el termómetro se estabilice en la temperatura final, Tf.
Este procedimiento sirve también para estimar el poder calorífico de otros combustibles como el etanol. En
este caso, hay que usar una pequeña lámpara de alcohol.
Cálculos
El calor transferido al agua de la lata se puede calcular a través de la ecuación:
Q = m · c · ∆T, siendo m, la masa del agua, c, la capacidad calorífica específica del agua (c = 4,18 J ºC-1 g-1)
y ∆T, el incremento de la temperatura del agua (∆T= Tf – Ti)La masa de combustible quemado se puede calcular restando la masa final del mechero de la inicial: m = mi - mf.
El poder calorífico buscado será el cociente entre la energía transferida y la masa de butano que se ha quenado.
Poder calorífico = Q / m
Resultado
Los estudiantes acostumbran a encontrar valores muy inferiores al poder calorífico real del butano (49 kJ/g),
con errores de un 50%. Ello se presta a analizar las causas de un error tan alto, como por ejemplo la falta de
aislamiento del dispositivo con la consiguiente pérdida de calor, y el hecho de que la combustión sea incompleta, como puede deducirse del color amarillo brillante de la llama y el depósito de hollín que queda en el
fondo de la lata.
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Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
Reacciones químicas de la vida cotidiana
Reacciones químicas
que proporcionan energía eléctrica
No siempre la energía involucrada en las reacciones químicas se transfiere en forma de calor.
Las pilas y baterías de los dispositivos como
teléfonos, cámaras de fotos, etc. funcionan con
pilas electroquímicas, que proporcionan energía
eléctrica a partir de una reacción química de
oxidación-reducción.
En las pilas de «níquel-cadmio», el metal cadmio
es el electrodo negativo y suministra electrones a
un hidróxido de níquel, que es el electrodo positivo. En las llamadas pilas o baterías de «ion-litio»,
el electrodo negativo es el metal litio en grafito;
éste cede los electrones a un compuesto de litio
y óxido de cobalto, que es el electrodo positivo.
En ambos tipos de pila el proceso es reversible, es
decir, una vez agotados los elementos del ánodo y
del cátodo de la pila, si se suministra electricidad,
se regeneran las sustancias primitivas.
¿Es posible obtener electricidad con productos
y objetos de casa? Muchos estudiantes conocen o han construido una pila «de limón» con
electrodos de zinc y cobre. En realidad, el jugo
del limón no es más que el electrólito que hace
posible el intercambio iónico en la pila, formada
por un electrodo de zinc y otro de cobre o grafito
en un limón. Aquí proponemos un par de pilas,
en las que en lugar de láminas de zinc y cobre se
utilizan materiales caseros como electrodos.
■
¿Es posible obtener electricidad
con productos y objetos
de casa?
Pilas
Material
• Papel de aluminio.
• Un recipiente con agua y un poco de sal disuelta.
• Un lápiz.
• Un tenedor o cuchillo de acero inoxidable.
• Cables de conexión, mejor con pinzas de cocodrilo.
• Trozos de patata, de limón, de naranja…
Pila de aluminio y oxígeno
Procedimiento
• En un recipiente con agua y sal se sumerge parcialmente una tira de papel de aluminio, conectada a un
cable.
• Se saca punta al lápiz por los dos extremos. Uno servirá para conectar un cable; el otro, para sumergirlo
en la solución de agua con sal.
• Se conecta un voltímetro a ambos cables. El cable en contacto con el aluminio es el polo negativo de la
pila (imagen 11). El voltaje obtenido es de 0,96V.
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
23
REACCIÓN QUÍMICA
Explicación
Los reactivos son el aluminio y el oxígeno que se ha disuelto en el agua.
El grafito de la mina de lápiz hace de electrodo inerte y el agua con sal
es el electrólito.
Las semirreacciones redox en esta pila son:
ánodo (polo negativo) 4 x ( Al(s) + 3OH- (aq) —> Al(OH)3(s) + 3e-)
cátodo (polo positivo) 3 x (O2(g) +2H2O(l) + 4e- —> 4OH-(aq))
La reacción global es: 4Al(s) + 3O2(g) +6H2O(l) —> 4Al(OH)3(s)
Imagen 11
Pila con patata o limón
Las llamadas «pilas de patata o de limón» usan los jugos de una fruta o
de un tubérculo como electrólito.
Procedimiento
• Se extiende sobre la mesa un trozo de papel de aluminio que se
conecta a un cable. Éste es el electrodo negativo de la pila.
• Se corta un trozo de patata o de limón, que se coloca sobre el papel Imagen 12a
de aluminio con la parte cortada en contacto con el aluminio.
• Se clava un tenedor o cuchillo en la patata y se conecta a un cable.
Éste es el electrodo positivo (imágenes 12a y 12b).
El voltaje obtenido está entre 0,77V y 1,0V, dependiendo del tipo de electrólito. Los jugos del limón son más eficaces que la patata.
Explicación
Las reacciones son las mismas que en la pila de aluminio y oxígeno, ya que Imagen 12b
el acero inoxidable se comporta como electrodo inerte.
Factores que influyen
en la velocidad de reacción
Para terminar nuestro recorrido por las diversas
reacciones químicas con cosas de casa, debemos
considerar el importante aspecto del control de la
velocidad de reacción. Para investigar los factores
que influyen en la velocidad de reacción volveremos a usar la reacción de los comprimidos efervescentes cuando se disuelven en agua.
24
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
Ya hemos visto que estos comprimidos efervescentes contienen un ácido y una base que,
al disolverse en agua, reaccionan y generan
dióxido de carbono gas y agua. La velocidad
a la que se disuelven estos reactivos, que en el
comprimido efervescente se encuentran en estado sólido, se puede controlar mediante factores
tales como la temperatura o el grado de división
de las partículas.
Reacciones químicas de la vida cotidiana
Para investigar el efecto de estos factores debemos
realizar investigaciones. Para planificarlas es preciso preguntarse cuáles son las variables dependiente e independiente y cómo las mediremos.
También cuáles son las otras variables que deberán
mantenerse constantes (control de variables).
piente cerrado (un envase de película fotográfica cerrado con un tapón a presión) y medir
el tiempo que tarda en saltar el tapón. Este
tiempo nos indicará la velocidad a la que se
han disuelto los reactivos, ya que la reacción
entre los iones citrato y los iones bicarbonato es
mucho más rápida. A continuación, mostramos
el procedimiento para investigar el efecto de la
temperatura.
Para medir la velocidad de reacción podemos
hacer reaccionar el comprimido en un reci-
Efecto de la temperatura en la velocidad de reacción
Material
• Comprimidos efervescentes (por ejemplo, Efferalgan®).
• Envases para película fotográfica (se pueden pedir en tiendas de fotografía).
• Cuentagotas.
• Agua a diferentes temperaturas.
• Cronómetro.
• Termómetro.
Procedimiento
• Poner 2 mL de agua a una cierta temperatura en un envase de película fotográfica.
• Medir la temperatura del agua.
• Colocar un comprimido entero o triturado.
• Cerrar con el tapón y poner en marcha el cronómetro.
• Cronometrar el tiempo hasta que salte el tapón.
• Repetir la experiencia con agua a otras temperaturas.
Hay que tomar precauciones para el
momento que salta el tapón. Diferentes
ltados
los resu
Véanse ://alambique.
medidas de la velocidad inicial a que
en http o.com
gra
sale disparado dan valores del orden
de 70 km/h (Corominas, 2012). Por tanto,
conviene, colocar algún recipiente boca abajo que
tape el envase en el que se hace el experimento.
Puede realizarse una gráfica del inverso del tiempo
que tarda en saltar el tapón en función de la temperatura del agua.
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
25
REACCIÓN QUÍMICA
Todas las reacciones descritas en este artículo han
sido realizadas durante varios años por alumnos
de 3.º y 4.º de ESO, a partir de los contextos que
aquí se describen. Aunque no se han pasado
encuestas, los comentarios de los estudiantes han
sido siempre muy favorables.2 ◀
Alambique. Didáctica de las Ciencias Experimentales,
núm. 69, pp. 21-34.
COROMINAS, J. (2012): «Reacció (química) i acció (física)». Revista electrònica. Recursos de física, núm. 9,
p. 7. Disponible en línea en: <www.rrfisica.cat/num/
num9/article_num=24&pos=7&total=10&art=113.
html>. [Consulta: julio de 2017.]
Notas
Dirección de contacto
1. www.youtube.com/watch?v=DCsVhLIoJzQ
2. Para saber más, véase el portal web del Grupo
Josep Corominas Viñas
de Didáctica e Historia de las Reales Sociedades
Escola Pia de Sitges. Sitges (Barcelona)
Españolas de Física y Química (http://quim.iqi.etsii.
jcoromi6@xtec.cat
upm.es/vidacotidiana/Inicio.htm).
Referencias bibliográficas
Este artículo fue solicitado por AlAmbique. DiDácticA
CAAMAÑO, A. (2011): «Enseñar química mediante la
contextualización, la indagación y la modelización».
De lAs
cienciAs
experimentAles, en febrero de 2017 y aceptado en junio de 2017 para
su publicación.
DOSIER
14,00 €
Aprender a convivir,
aprender a transformar
Juan de Vicente Abad (coord.)
La convivencia de un centro educativo está construida por todas y cada
una de las piezas que lo componen, algunas rotas o desechadas, pero
todas brillantes y valiosas. Este dosier sobre convivencia escolar está
construido con la idea de un mosaico diverso y armonioso. Se pueden
encontrar teselas que aportan la visión del alumnado, del profesorado,
de las familias, de personas del ámbito universitario o del entorno municipal en el que se desarrolla la convivencia de los jóvenes.
C/ Hurtado, 29
08022 Barcelona
26
Alambique
Tel.: (34) 934 080 464
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
www.grao.com
graoeditorial@grao.com
REACCIÓN QUÍMICA
Aprendizaje
cognitivo
y emocional de las
reacciones químicas
M.ª Antonia Dávila, Florentina Cañada, Jesús Sánchez
Universidad de Extremadura. Badajoz
PALABRAS CLAVE
•
•
•
Alambique
EMOCIONES
SECUENCIA DE ENSEÑANZA
CAMBIOS FÍSICOS Y QUÍMICOS
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • pp. 27-36 • octubre 2017
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REACCIÓN QUÍMICA
En este artículo se presenta una propuesta didáctica basada en el desarrollo de
actividades prácticas de aula relacionadas con los cambios físicos y químicos
de la materia. Se pretende que los alumnos del tercer curso de educación
secundaria obligatoria sean capaces de mejorar su aprendizaje tanto cognitivo
como emocional. Los resultados muestran una evolución positiva del
aprendizaje tras la realización de las actividades prácticas y una mejora de la
motivación.
L
as reacciones químicas, también denominadas «cambios químicos», se encuentran
presentes en todos los aspectos y ámbitos
de nuestra vida cotidiana. De ahí que la
enseñanza de las reacciones químicas sea un
contenido fundamental en el currículum de educación secundaria obligatoria.
Existen dificultades para diferenciar los cambios
químicos de los cambios físicos, tanto a nivel
microscópico como macroscópico, pues la comprensión conceptual de ambos cambios implica
la representación e interpretación de las propiedades y cambios de la materia en ambos niveles.
De manera sencilla, puede decirse que un cambio
químico es una transformación en la que cambia
la naturaleza de las sustancias, pues éstas aparecen y desaparecen. En cambio, un cambio físico
es una transformación donde la composición de
las sustancias no varía.
Los alumnos elaboran sus propias ideas o concepciones alternativas sobre diversos contenidos
científicos, ante la necesidad de dar explicaciones
a los fenómenos que se dan en su vida cotidiana.
De este modo, el alumnado de educación secundaria posee ideas referentes a los conceptos relacionados con los cambios físicos y químicos de la
materia. Entre ellas destacan la confusión entre
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Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
el cambio de estado de las sustancias con cambio
químico, la mezcla o disolución de sustancias con
reacción química o la oxidación de hierro como
cambio físico (Cañada, Melo y Álvarez, 2013).
En este trabajo se diseñan y desarrollan actividades prácticas en el aula relacionadas con la enseñanza de las reacciones químicas, cambios físicos
y químicos, haciendo uso de materiales de la vida
cotidiana, y teniendo en cuenta los componentes
conceptuales y emocionales del aprendizaje. Para
ello, se utiliza un modelo de enseñanza basado
en la investigación por descubrimiento orientado,
a partir de la construcción de significados por
parte de los alumnos, con el fin de modificar de
forma gradual sus concepciones aproximándolas a los conceptos científicos y se produzca así
un aprendizaje significativo (Ausubel y Novak,
1983), a través del cambio conceptual. Además,
este cambio conceptual no sólo es cognitivo, sino
también emocional y motivacional, pues para
aprender es necesario poder hacerlo (capacidades,
conocimiento y destrezas) y querer hacerlo (disposición, intención y motivación) (García Bacete
y Doménech Betoret, 1997). De ahí la necesidad
de conocer tanto el conocimiento como las emociones de los alumnos hacia diversos contenidos
científicos (Garritz, 2009), ya que las emociones
positivas favorecen el aprendizaje mientras que las
negativas limitan la capacidad de aprender.
Aprendizaje cognitivo y emocional de las reacciones químicas
Hay que generar emociones
positivas a través de actividades
prácticas motivadoras
y atractivas
Esta propuesta didáctica ha sido diseñada bajo
una perspectiva de investigación basada en el
descubrimiento guiado como forma de enseñar
ciencias, partiendo de la experiencia de los alumnos, generando en ellos la necesidad de adquirir
nuevos conocimientos durante el desarrollo de
actividades prácticas.
Tal y como señala Damasio (2010), lo que
ocasiona emociones negativas sólo puede ser
contrarrestado generando emociones positivas
aún más fuertes. De este modo, resulta necesario provocar emociones positivas hacia el
aprendizaje de la física y la química, en concreto hacia las reacciones químicas, que contrarresten las emociones negativas que pudieran
haberse desarrollado anteriormente (Mellado
y otros, 2014). Estas emociones positivas hay
que generarlas a través del desarrollo de actividades prácticas que resulten motivadoras
y atractivas para los alumnos de educación
secundaria.
Para ello, se ha llevado a cabo un trabajo colaborativo en grupos de tres o cuatro alumnos, con el
fin de maximizar su aprendizaje y el de sus compañeros y compartir ideas, conocimientos y habilidades, guiados por el docente. Es importante
destacar que estos alumnos no tienen experiencia
en este tipo de metodología de aprendizaje y
que, además, no habían realizado nunca trabajos
experimentales a lo largo de su etapa en educación secundaria.
■
OBJETIVO, DISEÑO Y DESARROLLO
DE LA INVESTIGACIÓN
El objetivo fundamental de la investigación ha
sido mejorar el aprendizaje, la motivación y las
emociones hacia el aprendizaje de las reacciones
químicas de los alumnos del tercer curso de
educación secundaria obligatoria de un colegio
concertado de la ciudad de Badajoz.
Diagnóstico de las
ideas previas sobre
cambios físicos y
químicos.
Diagnóstico de
las emociones y
motivación hacia el
aprendizaje de las
reacciones químicas.
Estas actividades o experiencias prácticas están
diseñadas para trabajar los siguientes contenidos:
1 Cambios físicos y químicos.
2 Reacciones químicas: ecuaciones y ajustes.
3 Tipos de reacciones químicas.
4 Velocidad de las reacciones químicas.
5 Ley de conservación de la masa.
Se han realizado en 3 sesiones de 50 minutos
cada una. Los materiales que se utilizan son
materiales propios de la vida cotidiana. En el
cuadro 1 se muestra el proceso de desarrollo de
la propuesta.
Desarrollo de
las experiencias
propuestas.
Cuestionario de
conocimientos.
Cuestionario
de emociones y
motivación.
Cuadro 1. Desarrollo del proceso de intervención
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Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
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REACCIÓN QUÍMICA
Para llevar a cabo esta intervención se ha elaborado un cuestionario sobre los conocimientos previos de los alumnos en relación con los cambios
físicos y químicos, categorizado en tres aspectos
fundamentales: definición, identificación y diferenciación de cambios físicos y químicos, concepto de reacción química y conservación de la
masa. El cuestionario está constituido por diez
preguntas cerradas, siendo de múltiple opción las
nueve primeras. Las preguntas 1 y 2 tratan el concepto de reacción química; la pregunta 3 la conservación de la masa; las preguntas de la 4 a la
9 están relacionadas con la definición y diferenciación de cambios físicos y químicos. Además,
la pregunta 10 versa sobre las emociones y la
motivación inicial que sienten hacia el aprendizaje de las reacciones químicas. Para ello, se han
seleccionado seis emociones positivas (alegría,
confianza, diversión, entusiasmo, satisfacción y
tranquilidad) y cinco negativas (aburrimiento,
miedo, nerviosismo, preocupación y tristeza),
medidas a través de una escala de puntuación de
tipo Likert de 11 puntos, donde 0 (nunca) y 10
(siempre). Este cuestionario es completado por
los alumnos en dos momentos: antes de iniciar
la unidad didáctica y tras la realización de la
intervención.
Al finalizar las sesiones prácticas, se llevaron a
cabo entrevistas semiestructuradas con los alumnos con el fin de conocer su opinión acerca de las
experiencias y las emociones que experimentaron a lo largo de las sesiones.
materiales de uso cotidiano. En cada una de las
sesiones se ha realizado una presentación de
diapositivas con el fin de explicar de forma muy
breve los conceptos, teniendo en cuenta las cuestiones planteadas en el pretest. Seguidamente,
la profesora planteó diversas cuestiones y discutió con cada grupo hasta acordar la respuesta
correcta y proponer las experiencias que debían
realizarse, consensuando el procedimiento que
había que seguir (cuadro 2, pp. 31-33).
En la imagen 1 puede observarse el trabajo colaborativo de los alumnos, orientado y supervisado
por la profesora.
RESULTADOS DE LA PROPUESTA
DIDÁCTICA
En este apartado se presentan los resultados obtenidos tras el análisis de los datos recogidos, tanto
las ideas o conocimiento de los alumnos sobre las
reacciones químicas y los cambios químicos y
físicos de la materia antes y después de la intervención, como la evolución de las emociones
experimentadas por los alumnos hacia el aprendizaje de las reacciones químicas.
Antes de la intervención, el alumnado presenta
dificultades a la hora de diferenciar si una sustancia
PROPUESTA DIDÁCTICA
A partir de las ideas o conocimientos previos,
emociones y motivación inicial de los alumnos,
se ha diseñado una intervención basada en el
desarrollo de seis experiencias en el aula con
30
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
Imagen 1. Desarrollo de las actividades prácticas
Aprendizaje cognitivo y emocional de las reacciones químicas
Sesión I
La primera sesión comienza con el planteamiento de la primera experiencia. Se toma el cubo de hielo, se deja en la mesa y
transcurrido un tiempo se observa. A la vez se propone el proceso de derretir mantequilla para cocinar. Se plantean cuestiones
relacionadas con los estados de agregación de la materia y sus cambios de estado. Se introduce el concepto de cambio físico.
Experiencia 1.
1. Cambios
Cambios de
de estado
estado de
de agregación
agregación de
de la
la materia.
materia. La
La fusión
fusión del
del hielo.
hielo
Experiencia
Objetivos de la experiencia
Identificar y reconocer cambios físicos a partir de los estados de agregación de las sustancias y la formación o no de nuevas
sustancias.
Contenidos
Los estados de agregación sólido, líquido y gaseoso. Los cambios de estado.
Procedimiento a seguir
• Introducir el cubo de hielo en un vaso.
• Dejar el vaso encima de la mesa.
• Observar y anotar cambios.
Materiales
Cubos de hielo y vaso de vidrio.
Cuestiones
• ¿Cómo son las sustancias que tenemos al inicio? (estado de agregación, color…).
• A medida que transcurre el tiempo, ¿qué crees que le sucede al cubo de hielo? (estado de agregación, color, otros cambios…).
• ¿Crees que se han formado nuevas sustancias? ¿Crees que ha tenido lugar un cambio físico o químico? ¿Por qué?
• ¿Qué crees que ocurre al derretir mantequilla?
Experiencias
Experiencias 22 yy 3.
3. ¡Cuidado
¡Cuidado con
con las
las apariencias!
apariencias! Mezcla
Mezcla de
de sustancias.
sustancias. Separación
Separación de
de componentes
componentes de
de una
una mezcla.
mezcla
Objetivos de las experiencias
• Identificar y reconocer cambios físicos a partir de la mezcla de sustancias, estados de agregación y la formación o no de nuevas
sustancias.
• Diferenciar mezclas homogéneas y heterogéneas.
• Reconocer y aplicar procedimientos físicos para la separación de los componentes de mezclas homogéneas y heterogéneas.
Contenidos
Clasificación de sistemas materiales. Mezclas heterogéneas: métodos de separación de componentes. Mezclas homogéneas:
concepto de disolución y separación de componentes de una disolución.
Materiales experiencia 2
Agua, sal, vaso de vidrio, cuchara.
Materiales experiencia 3
Agua, arena, limaduras de hierro, vaso de vidrio, cuchara,
imán, embudo, papel de filtro (café).
Procedimiento a seguir
• Añadir agua aproximadamente hasta la mitad del vaso de
vidrio.
• Agregar tres o cuatro cucharadas de sal.
• Agitar suavemente con la ayuda de la cuchara.
• Dejar reposar y observar.
• Separar los componentes de la mezcla.
Procedimiento a seguir
• Añadir agua aproximadamente hasta la mitad del vaso de vidrio.
• Agregar tres o cuatro cucharadas de arena.
• Añadir unos trozos de limaduras de hierro.
• Agitar suavemente con la ayuda de la cuchara.
• Observar.
• Separar los componentes de la mezcla.
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Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
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REACCIÓN QUÍMICA
Cuestiones
• ¿Cómo son las sustancias que tenemos al inicio? (estado
de agregación, color…).
• A medida que hemos añadido la sal, ¿qué crees que ha
ocurrido?
• ¿Qué sustancias crees que tenemos al final? (estado de
agregación, color…). · ¿Crees que ha tenido lugar un
cambio físico o químico? ¿Por qué?
• ¿Crees que podrías separar los componentes de la mezcla
formada? Explica paso a paso cómo lo harías.
Cuestiones
• ¿Qué sustancias crees que tenemos inicialmente? ¿En qué
estado se encuentran?
• ¿Qué crees que está ocurriendo?
• ¿Qué sustancias tenemos finalmente? ¿Crees que ha
tenido lugar un cambio físico o químico? ¿Por qué?
• ¿Crees que podrías separar los componentes de la mezcla
formada? Explica paso a paso cómo lo harías.
Sesión II
Esta sesión se inicia con el planteamiento de un problema. Llevo una manzana al laboratorio, la abrimos por la mitad y se dejan
encima de la mesa. Transcurridos unos minutos se observa que la manzana ha cambiado de aspecto. En este momento se
introduce el concepto de reacción química, se describe la reacción de oxidación y se explica su presencia en muchos casos de
nuestra vida cotidiana. Además, no sólo en los alimentos tiene lugar esta reacción sino también en los metales, que cuando se
oxidan presentan una coloración diferente a medida que transcurre el tiempo.
Experiencia
Experiencia 4.
4. Cambiamos
Cambiamos hierro
hierro por
por cobre
cobre.
Experiencia
Experiencia 5.
5. Inflar
Inflar un
un globo
globo sin
sin soplar
soplar.
Objetivos de las experiencias
• Identificar y reconocer transformaciones químicas en procesos sencillos.
• Identificar y reconocer los distintos tipos de reacciones químicas.
• Escribir, ajustar e interpretar las ecuaciones químicas de las reacciones estudiadas.
• Reconocer y comprender la ley de conservación de la masa en el cambio químico.
Contenidos
Concepto de reacción química. Representación simbólica de la reacción química: ecuación. Métodos de ajuste de reacciones
químicas. Clasificar las reacciones químicas. Ley de conservación de la masa.
Materiales experiencia 4
Agua, sulfato de cobre (II) (CuSO4), tubos de ensayo,
clavo de hierro y cuchara.
Materiales experiencia 5
Bicarbonato de sodio, vinagre (ácido acético), botella de plástico,
globo, cuchara y balanza.
Procedimiento a seguir
• Añadir media cuchara de sulfato de cobre.
• Agregar agua hasta llenar el tubo y colocar el tapón.
• Agitar suavemente.
• Retirar el tapón y colocar el clavo en la parte superior.
• Observar cada 3 minutos.
• 2 tubos (agua y clavo de hierro; clavo de hierro).
• Anotar: descripción inicial, hipótesis, observación y
conclusión.
Procedimiento a seguir
• Añadir vinagre en la botella.
• Agregar al globo dos o tres cucharadas de bicarbonato de sodio.
• Colocar el globo con cuidado de no verter el contenido,
ajustándolo a la boca de la botella.
• Pesar el conjunto en la balanza.
• Verter el contenido del globo en la botella.
• Observar.
• Pesar el conjunto en la balanza.
Cuestiones
• ¿Qué sustancias crees que tenemos inicialmente? ¿Cómo
son? (sustancias, color, estado de agregación…).
Cuestiones
• ¿Cuánto pesa (g) el conjunto al inicio?
• ¿Cuánto pesa (g) el conjunto al final?
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Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
Aprendizaje cognitivo y emocional de las reacciones químicas
• Transcurrido ese tiempo, ¿qué crees que ha ocurrido?
¿Qué crees que rodea al tornillo de hierro?
• ¿Crees que se han formado nuevas sustancias?
En caso afirmativo, ¿cuáles crees que son esas nuevas
sustancias?
• ¿Qué crees que ha ocurrido dentro de la botella? ¿De qué
crees que son las burbujas que se han producido?
• ¿Crees que ha cambiado el valor de tu pesada en la balanza
antes y después?
• ¿Crees que se corresponde con algún principio o ley?
• ¿Cuáles son los reactivos?
• Observa si en la reacción química se produce o no
desprendimiento de calor.
• Cómo se llaman las reacciones que absorben calor? ¿Y las
que desprenden calor? Ajusta la reacción química.
Sesión III
Al igual que en la sesión anterior, se lleva de nuevo una manzana al laboratorio y se corta en tres partes. La primera se deja en la
mesa, la segunda se envuelve con plástico de cocina y a la tercera se le añade jugo de un limón. Transcurridos unos minutos se
observan los tres trozos de manzana. El primero ha cambiado de aspecto. En el segundo trozo su cambio es menor y en el tercero
no se aprecia cambio de color. En este momento se introduce el concepto de velocidad de reacción química, se describen los
factores que influyen (otros ejemplos) y la importancia de los catalizadores.
Experiencia 6.
6. Modificamos
Modificamos la
la velocidad
velocidad de
de las
las reacciones.
reacciones
Experiencia
Objetivos de la experiencia
• Conocer y entender los factores que influyen en la velocidad de una reacción química.
• Reconocer y valorar la importancia de los catalizadores como modificadores de la velocidad de una reacción química.
• Reconocer y diferenciar reacciones endotérmicas y exotérmicas.
Contenidos
Velocidad de reacciones químicas. Tipos de reacciones. Experiencias basadas en reconocer los factores que afectan a la velocidad
de reacción química.
Materiales
Agua oxigenada (peróxido de hidrógeno, H2O2), detergente, ioduro de potasio, dióxido de manganeso, patata, 3 probetas,
cuchara, recipiente.
Procedimiento a seguir
• Añadir agua oxigenada en las tres probetas.
• Agregar unas gotas de detergente.
• Añadir a cada probeta uno de los catalizadores (ioduro de potasio, dióxido de manganeso y patata).
Cuestiones
• ¿Crees que el tiempo que tarda la espuma en llegar a la parte superior de la probeta será el mismo para el ioduro de potasio,
dióxido de manganeso y patata?
• ¿Crees que ocurrirá lo mismo si la patata fuera cocida?
• Mide el tiempo que tarda la espuma en llegar a la parte superior de cada probeta.
Cuadro 2. Planteamiento de las experiencias
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Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
33
REACCIÓN QUÍMICA
sufre un cambio químico o físico, porque un elevado porcentaje de ellos posee la idea de que una
mezcla o una disolución es un cambio químico. Lo
mismo ocurre cuando se produce un cambio en
el estado de agregación de las sustancias. Además,
los alumnos que identifican con mayor claridad los
cambios de estado del agua como cambios físicos,
cuando se les pregunta por otras sustancias distintas
al agua, muestran mayor dificultad para diferenciar
un cambio físico de uno químico. Esto puede ser
debido a que en la mayoría de los libros de texto
a menudo los ejemplos están centrados en el agua
y sus cambios de estado (Cañada, Melo y Álvarez,
2013). Para superar estas dificultades y conseguir la
formación de conceptos científicos correctos se han
realizado las tres primeras experiencias, donde se
trabaja cada uno de los aspectos anteriores.
Por otro lado, los alumnos muestran dificultades
para identificar la reacción química como redistribución de los átomos, interpretar una ecuación
química y comprender el principio de conservación de la masa. En cambio, identifican correctamente la oxidación y la combustión como cambio
químico. En las experiencias 4 y 5 se abordan
cambios químicos.
Tras la intervención, se produce una evolución
de las ideas previas que poseen los alumnos, pues
el porcentaje de respuesta correcta aumenta. En el
cuadro 3 se representa la evolución de la puntuación media de la frecuencia de las emociones,
tanto positivas como negativas, experimentadas
por los alumnos hacia el aprendizaje de las reacciones químicas.
Cuadro 3. Evolución de la frecuencia media de emociones antes y después de la intervención didáctica
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Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
Aprendizaje cognitivo y emocional de las reacciones químicas
Tras la intervención, aumentan
emociones como la alegría,
la confianza, la diversión,
el entusiasmo y la satisfacción
■
Como se ha mencionado anteriormente, se
trata de un grupo de alumnos que no habían
realizado trabajos prácticos o experimentales a
lo largo de su etapa en educación secundaria,
pues están acostumbrados a una metodología
más tradicional, centrada en el libro de texto.
De ahí la falta de interés y motivación inicial
de los alumnos.
Puede observarse cómo las emociones positivas y negativas antes de la intervención presentaban valores medios elevados, exceptuando la
emoción tristeza y miedo. Tras la realización
de la intervención las emociones positivas han
aumentado destacando la alegría, la confianza,
la diversión, el entusiasmo y la satisfacción.
En cambio, se produce un descenso en las
emociones negativas, tales como aburrimiento, preocupación y nerviosismo. Esto puede
deberse a que los trabajos prácticos motivan,
despiertan interés y generan actitudes positivas
en los alumnos, facilitando la comprensión de
conceptos y teorías (Albaladejo y Caamaño,
1992), pero lo más importante es que ellos lo
hacen todo. Además, estas emociones se han
visto reflejadas en las entrevistas semiestructuras realizadas a los alumnos. A continuación,
se muestran algunas reflexiones de varios de
ellos:
«He sentido entusiasmo al descubrir que se obtienen sustancias nuevas en una reacción.»
«He sentido inquietud por saber lo que le ocurría
al clavo en las diferentes situaciones planteadas.»
«He sentido sorpresa al descubrir que los contenidos tienen utilidad práctica.»
«He sentido entusiasmo al averiguar que mi hipótesis de partida (el clavo no sufrirá ningún cambio)
ha cambiado con el transcurso de las experiencias.»
«Nunca habíamos estado en el laboratorio, ni
habíamos hecho ningún experimento. Me he sentido como una científica.»
CONCLUSIONES
Con estas actividades se favorece el aprendizaje
significativo y el alumnado es protagonista de su
propio aprendizaje, pues se toma como punto de
partida las dificultades iniciales que poseen.
Asimismo, se fomenta la interacción y la motivación de los alumnos a través de trabajos en grupo,
así como el carácter interdisciplinar, trabajando
en el aula con aspectos relacionados con la vida
cotidiana.
Los resultados obtenidos muestran que, tras el
desarrollo de estas actividades prácticas en el aula,
los alumnos del tercer curso de educación secundaria obligatoria superan las dificultades que
presentaban al inicio, proporcionando respuestas
científicamente correctas en relación con los
cambios químicos y cambios físicos de la materia.
Así, podemos concluir que la estrategia planteada para el desarrollo de actividades prácticas en el aula con materiales de la vida
cotidiana resulta adecuada para el aprendizaje,
porque propicia el cambio conceptual, la motivación, el interés y las emociones positivas de
los alumnos. ◀
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
35
REACCIÓN QUÍMICA
Referencias bibliográficas
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ALBALADEJO, C.; CAAMAÑO, A. (1992): «La resolución
de problemas», en ALBALADEJO, C.; CAAMAÑO,
ciencias». Educación Química, núm. 20, pp. 212-219.
MELLADO, V. y otros (2014): «Las emociones en la ense-
A.; JIMÉNEZ, M.P.: Didáctica de las Ciencias de la
ñanza de las ciencias». Enseñanza de las Ciencias,
Naturaleza. Madrid. MEC, pp. 128-159.
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AUSUBEL, N.; NOVAK, J. (1983): Hanesian. Psicología
educativa: Un punto de vista cognoscitivo. 2.ª ed.
Direcciones de contacto
saben los alumnos de Primaria sobre los sistemas
M.ª Antonia Dávila Acedo
Florentina Cañada Cañada
Jesús Sánchez Martín
materiales y los cambios químicos y físicos?».
Universidad de Extremadura. Badajoz
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mdavilaacedo@unex.es
México. Trillas.
CAÑADA, F.; MELO, V.; ÁLVAREZ, R. (2013): «¿Qué
DAMASIO, A. (2010): Y el cerebro creó al hombre.
flori@unex.es
jsanmar@unex.es
Barcelona. Destino.
GARCÍA BACETE, F.J.; DOMÉNECH BETORET, F. (1997):
«Motivación, aprendizaje y rendimiento escolar».
Este artículo fue solicitado por AlAmbique. DiDácticA
Revista Electrónica de Motivación y Emoción, núm. 1,
experimentAles, en febrero de 2017 y aceptado en junio de 2017 para
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su publicación.
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Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
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REACCIÓN QUÍMICA
Coloreando cáscaras
de huevo
Una exploración de la extensión
y velocidad de las reacciones químicas
Vicente Talanquer
Universidad de Arizona. Tucson (EE.UU.)
La explicación, predicción y control de reacciones químicas PALABRAS CLAVE
• EXTENSIÓN DE REACCIÓN
que ocurren en diversos sistemas a nuestro alrededor
• INDAGACIÓN
son objetivos centrales de la química. En este artículo se
• VELOCIDAD DE REACCIÓN
presenta un conjunto de actividades diseñadas para que
los estudiantes exploren el efecto de varios factores sobre
la extensión y la velocidad de las reacciones químicas. La finalidad es que
los alumnos desarrollen y apliquen conocimientos y habilidades de manera
integrada en la investigación de un sistema relevante.
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • pp. 37-43 • octubre 2017
37
REACCIÓN QUÍMICA
Los niveles de dióxido de carbono (CO2) atmosférico están subiendo como consecuencia de
las actividades humanas, como es el caso
de la quema de combustibles fósiles y están
aumentado la acidez del agua de mar […]. La
acidificación del océano provoca cambios en los
ecosistemas y en la biodiversidad marina […].
Las repercusiones económicas de la acidificación del océano podrían ser considerables. La
reducción de las emisiones de CO2 es la única
forma de minimizar los riesgos a gran escala y
a largo plazo. (IGBP, 2013)
EL CONTEXTO
Muchas personas han escuchado discusiones sobre
el calentamiento global de nuestro planeta y su
relación con la producción de dióxido de carbono
(CO2) durante la quema de combustibles y otras
actividades humanas. Sin embargo, es probable
que menos gente sepa que parte del CO2 liberado
en la atmósfera se disuelve en el agua del mar,
produciendo sustancias ácidas que afectan los ecosistemas marinos. Se estima que los océanos han
absorbido cerca del 30% del CO2 producido por los
humanos desde el inicio de la revolución industrial,
y esto ha resultado en un aumento cercano al 25%
de la acidez de las aguas marinas (IGBP, 2013).
La exploración y el análisis de los efectos de sustancias ácidas sobre componentes esenciales de
los seres vivos, como las proteínas y minerales que
cubren el cuerpo de muchos organismos marinos,
crean múltiples oportunidades para introducir y
discutir conceptos e ideas centrales relacionadas
con el tema de la reacción química. Las conchas,
caparazones y esqueletos de moluscos y corales
están típicamente hechos de carbonato de calcio
(CaCO3), un compuesto sólido básico que se disuelve al reaccionar con sustancias ácidas (Oceana,
38
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
2009). Estas estructuras frecuentemente están
cubiertas por una capa de proteína que las protege
de la disolución por ácidos. Estas proteínas también
tienen propiedades ácido-base y hay sustancias
que se adhieren a ellas en menor o mayor medida
dependiendo de la acidez del medio. El estudio de
cómo la acidez del medio afecta la extensión y la
velocidad de estas reacciones químicas es crucial
para comprender los efectos que la acidificación de
los océanos tiene sobre los ecosistemas marinos.
LOS OBJETIVOS
La explicación, predicción y control de reacciones químicas que ocurren en diversos sistemas a
nuestro alrededor son objetivos centrales de la
actividad química. En particular, se busca entender
y controlar los factores que afectan la extensión y
la velocidad de estas reacciones. La extensión de
una reacción química es una medida del grado
en que los reactivos acaban transformándose en
productos cuando el sistema alcanza el equilibrio
(% de la progresión total posible). En una reacción
de combustión, por ejemplo, la extensión típicamente alcanza el 100% ya que los reactivos se
transforman completamente en productos cuando
se les combina en la proporción estequiométrica
adecuada. Sin embargo, cuando el CO2 reacciona
con agua (H2O), menos del 1% del CO2 disuelto se
transforma en ácido carbónico (H2CO3), la sustancia responsable por la acidificación de los océanos.
Aunque las reacciones de combustión y la del CO2
con agua se dan con diferentes extensiones, ambos
procesos ocurren muy rápidamente. Otras reacciones químicas, como la reacción de oxidación del
hierro por el oxígeno, se dan más lentamente.
La extensión y la velocidad de una reacción química
dependen de diversos factores, como la naturaleza
y concentración de reactivos y productos, la tempe-
Coloreando cáscaras de huevo
EL SISTEMA BAJO ESTUDIO
Las moléculas de proteína que constituyen la cutícula que cubre la cáscara de huevo contienen grupos ácidos y básicos (como grupos amino: R-NH2).
Cuando la cáscara se sumerge en medios ácidos,
la cutícula adquiere cargas positivas y la concentración de estas cargas es mayor entre mayor sea
la acidez del medio. La concentración de grupos
amino protonados, R-NH3+, en las moléculas de
proteína se incrementa en medios más ácidos debido a esta reacción química:
R-NH2 + H+ —> R-NH3+
Los colorantes para comida son sustancias iónicas
en las que las especies coloridas tienen carga negativa (Col-) y son atraídas por las cargas positivas en
la cutícula del cascarón (imagen 1). Este proceso
puede representarse con esta ecuación química:
R-NH3+ + Col- —> R-NH3+ - Col>—
Las exploraciones y experimentos que se proponen
pueden adaptarse a situaciones escolares diversas.
El tema de «efectos de la acidificación» puede
problematizarse con relativa facilidad dada su relevancia en ecosistemas marinos y en otros problemas
ambientales como la lluvia ácida (AEMA, 2016).
Adicionalmente, la secuencia de actividades propuesta puede incorporarse dentro de distintas unidades
temáticas en cursos de química y biología, como
unidades dedicadas al estudio de ácidos y bases, el
equilibrio químico o la cinética de reacciones.
Imagen 1. Modelo de la interacción
entre la cáscara de huevo y el colorante
>—
ratura del sistema y la presencia de otras sustancias
que pueden interferir en el proceso. No obstante,
el efecto de estos factores varía de un tipo de reacción a otro y comprender estos efectos es crítico
para controlar estos procesos, reducir su impacto o
aprovecharlos de forma productiva. Las actividades
que se proponen en este artículo han sido diseñadas para explorar de manera cualitativa procesos
químicos que son afectados por la presencia de
sustancias con propiedades ácido-base. Las actividades se centran en el análisis de la extensión y la
velocidad de la reacción de coloración de cáscaras
de huevo. Estas cáscaras tienen una composición
química similar a la de las conchas, caparazones y
esqueletos de organismos marinos: una capa sólida
de carbonato de calcio cubierta por una cutícula
delgada de proteína, por lo que los resultados de
la investigación son relevantes en la comprensión
de los efectos de la acidificación de los océanos.
La extensión y la velocidad con la que los iones de
colorante se adhieren a la cutícula de la cáscara
de huevo son influenciadas por la concentración
del colorante, la acidez del medio, la temperatura
y la presencia de otros iones que también sean
atraídos por la cutícula. El efecto de estos factores
sobre la extensión y la velocidad del proceso de
coloración pueden monitorearse de manera cualitativa analizando la intensidad del color adquirido
por cáscaras de huevo sumergidas en diversas solu-
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Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
39
REACCIÓN QUÍMICA
ciones. Se espera, por ejemplo, que aumentos en la
concentración de ácido o de colorante incrementen
la extensión de reacción, dado que el equilibrio
químico se desplazará hacia la derecha (formación
de más producto). Estos incrementos de concentración reducirán el tiempo necesario para establecer
el equilibrio químico dado que incrementan la probabilidad de interacción entre los reactivos.
La cutícula del huevo es porosa y permite el paso
de algunas sustancias. Sustancias ácidas pueden
entonces reaccionar con el carbonato de calcio
presente en la cáscara, degradándola poco a
poco a través de la formación de CO2 gaseoso y
otros productos solubles (sales de calcio) en agua.
La ecuación química para este segundo proceso
puede expresarse de esta manera:
CaCO3 + 2 H3O+ —> Ca2+ + 3 H2O + CO2
>—
Los efectos de esta segunda reacción pueden
explorarse de manera cualitativa trabajando con
concentraciones de ácido más altas y permitiendo
que la interacción entre la cáscara de huevo y el
medio ácido ocurra por tiempos más prolongados.
Incrementos en la concentración de ácido desplazan este equilibrio hacia la derecha, favoreciendo la
disolución de la cáscara.
realizar cualquier trabajo experimental, el docente
invite al alumnado a construir modelos iniciales
del sistema bajo estudio y a realizar predicciones
sobre el efecto de cada variable estudiada con
base en el modelo propuesto. Tras los experimentos, el docente debe guiar a los estudiantes en el
uso de sus resultados para modificar sus modelos
y predicciones iniciales, así como para construir
explicaciones relativas a los fenómenos observados.
Se recomienda que los alumnos trabajen en grupos
de dos o tres, y que al menos dos grupos distintos
exploren el efecto de cada factor. Esto les permitirá
comparar resultados y enriquecerá las discusiones.
Los materiales
Las actividades descritas en los siguientes párrafos
requieren de materiales de uso casero (imagen 2),
incluyendo agua, cáscaras de huevo blanco, colorantes líquidos para alimentos, vinagre blanco,
vasos y cucharas de plástico, sal, azúcar, un reloj
y guantes de plástico (para evitar que las manos
se manchen). Las cáscaras se pueden usar enteras
(huevo crudo o cocido) o en trozos. Lo importante
es asegurar que el color, tamaño y textura de las
ACTIVIDADES SUGERIDAS
Las actividades que aquí se proponen permiten que
los estudiantes exploren los efectos de diferentes
factores sobre la extensión y la velocidad de la
reacción de coloración de cáscaras de huevo utilizando colorantes para alimentos (ICE, 1993). En
cada actividad es posible abrir espacios para que
los estudiantes diseñen e implementen sus propias
estrategias para estudiar el efecto de distintas
variables. En cada caso se sugiere que, antes de
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Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
Imagen 2. Materiales básicos
Coloreando cáscaras de huevo
cáscaras utilizadas en cada experimento sean similares. Es recomendable preparar suficiente cantidad
de la disolución acuosa de los colorantes que se
utilizarán como base en la mayoría de las exploraciones. La concentración de esta disolución debe
ser cercana a 5 mL de colorante (una cucharadita)
por cada 240 mL de agua (una taza).
Efecto de la concentración de ácido en la extensión
Una primera exploración puede enfocarse a resolver la pregunta de cómo afecta la concentración de
ácido la extensión de la reacción de coloración. El
reto consiste en diseñar un experimento que permita observar variaciones en la coloración de cáscaras
de huevo sumergidas en disoluciones del colorante
con distintas concentraciones de ácido (vinagre).
Los estudiantes deben reconocer la necesidad de
controlar variables, así como la concentración del
colorante y el tiempo de inmersión (de 8 a 10
minutos es suficiente para que el sistema alcance
el equilibrio). Variaciones notables en la coloración
pueden observarse en el rango de 0 a 30 mL de
vinagre (0 a 6 cucharaditas) por cada 120 mL
(media taza) de disolución de colorante (imagen 3).
Efecto de la concentración
del colorante en la extensión
Los estudiantes también pueden explorar el efecto de la concentración del colorante sobre la
Imagen 3. Efecto de la concentración de ácido sobre la
intensidad de coloración
extensión de la reacción de coloración. Para ello,
deberán diseñar una estrategia para generar disoluciones diluidas del colorante a partir de la disolución de base. Los alumnos deben pensar en
cómo generar al menos cinco disoluciones, cada
una con una concentración equivalente a la mitad
de la anterior. En esta exploración, las variables a
controlar incluyen la concentración de ácido y el
tiempo de inmersión. Se recomienda trabajar con
concentraciones cercanas a 15 mL de vinagre (3
cucharaditas) por cada 120 mL (media taza) de
disolución de colorante.
Efecto de otros factores
en la extensión y la velocidad
Una vez realizadas las dos exploraciones descritas
en los párrafos anteriores, el docente puede invitar
a los estudiantes a generar otras preguntas que
les interese resolver. Para facilitar este proceso,
es conveniente organizar una lluvia de ideas que
facilite la identificación y discusión de preguntas
investigables. Por ejemplo:
• ¿Cómo varía la intensidad de la coloración con
el tiempo de inmersión?
• ¿Cómo cambia la extensión y velocidad de la
reacción con la temperatura?
• ¿Cómo cambia la extensión y velocidad de la
reacción cuando hay otras sustancias, como sal
común o azúcar, en la disolución?
• ¿Cómo varía el tiempo que tarda la cáscara en
disolverse completamente (o una parte) con la
concentración del ácido y con la temperatura?
El establecimiento de equilibrio químico en la formación de interacciones iónicas entre la cutícula
de la cáscara de huevo y el colorante de alimentos
toma varios minutos, por lo que el nivel de coloración dependerá del tiempo de inmersión. La
velocidad de este proceso es menor a bajas temperaturas, lo que se manifiesta en la disminución
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Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
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REACCIÓN QUÍMICA
ligado a actividades de modelación de los sistemas
bajo estudio y a procesos de generación de argumentos y explicaciones basadas en los resultados
obtenidos. Es por ello importante que los alumnos
mantengan un registro escrito detallado de sus
planes, estrategias y resultados que facilite y apoye
la revisión de modelos y la construcción de argumentos y explicaciones.
EVALUACIÓN
Imagen 4. Disolución de la cáscara en altas
concentraciones de ácido
de la intensidad de la coloración para un mismo
tiempo de inmersión. La presencia de otros iones
negativos que pueden adherirse a la cáscara, como
los iones cloruro (Cl-) generados en la disolución
de sal común (NaCl) en agua, también afectará la
extensión de la reacción, porque dejarán menos
grupos –NH3+ libres para poder unirse a los iones
del colorante. La disolución de la cáscara será más
pronunciada a concentraciones de ácido y temperaturas más altas (imagen 4).
IMPLEMENTACIÓN
Las actividades que se sugieren ofrecen múltiples
oportunidades para que los estudiantes investiguen
el efecto de diversas variables y condiciones de
reacción. Estas actividades pueden implementarse
en diferentes niveles de indagación (estructurado,
guiado, abierto) y pueden profundizarse de acuerdo al nivel educativo de los estudiantes. Durante su
implementación, los docentes deben crear espacios
para que los alumnos comuniquen, justifiquen y
evalúen sus propuestas de trabajo y los resultados
obtenidos de manera pública. El trabajo experimental que se propone debe estar íntimamente
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Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
La evaluación del aprendizaje en la secuencia
didáctica que se propone debe incluir componentes formativos y una auténtica evaluación sumativa.
Para facilitar la evaluación formativa, el docente
debe implementar estrategias que hagan visible
el pensamiento de los estudiantes en diferentes
momentos en el trabajo en el aula y el laboratorio. Por ejemplo, el docente puede pedir que los
alumnos construyan modelos visuales del sistema
bajo estudio a diferentes escalas (macroscópica y
submicroscópica), en los que representen cómo
imaginan la composición y estructura de los diferentes componentes presentes en el sistema y las
interacciones entre ellos. Estos dibujos pueden
desplegarse en el salón de clases para que el maestro y todos los estudiantes de manera colectiva
los comparen y contrasten, hagan preguntas y
proporcionen retroalimentación para mejorarlos.
Una vez completadas algunas investigaciones, los
alumnos pueden modificar estos modelos a partir
de sus resultados y justificar sus cambios de manera
pública para compartir y evaluar sus nuevas ideas.
La evaluación sumativa de los conocimientos y
habilidades desarrollados debe involucrar a los
alumnos en el análisis de un sistema diferente al ya
estudiado, pero conceptualmente equivalente. Por
ejemplo, este nuevo problema puede consistir en la
predicción de efectos y el diseño de experimentos
Coloreando cáscaras de huevo
para comprobar hipótesis sobre variaciones en la
extensión y la velocidad de la reacción de decoloración de colorantes de alimentos usando blanqueador de ropa. De manera similar a la reacción
de coloración de cáscaras de huevo, el proceso de
blanqueamiento depende de las concentraciones
de los reactivos (colorante y blanqueador), de la
acidez del medio y de la temperatura del sistema.
Los estudiantes deben demostrar que pueden
justificar sus predicciones, planes, decisiones, acciones, argumentos y explicaciones con base en sus
conocimientos químicos y la evidencia recolectada
durante sus exploraciones. ◀
ICE (Institute for Chemical Education) (1993): Fun with
Chemistry. Vol. 2. Madison. University of Wisconsin.
IGBP (Programa Internacional para la Geosfera y
Biosfera) (2013): La acidificación del océano.
Disponible en línea en: <http://bit.ly/2g4VPSg>.
[Consulta: julio 2017.]
OCEANA (2009): Acidificación: ¿Cómo afecta el CO2 a
los océanos?. Disponible en línea en: <http://bit.
ly/2Kje2JO>. [Consulta: julio 2017.]
Dirección de contacto
Vicente Talanquer
Universidad de Arizona. Tucson (EE.UU)
vicente@u.arizona.edu
Referencias bibliográficas
AEMA (Agencia Europea del Medio Ambiente) (2016):
Este artículo fue solicitado por AlAmbique. DiDácticA
De lAs
cienciAs
Acidificación. Disponible en línea en: <http://bit.
experimentAles, en febrero de 2017 y aceptado en junio de 2017 para
ly/2wskVAR>. [Consulta: julio 2017.]
su publicación.
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Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
43
REACCIÓN QUÍMICA
La síntesis de la aspirina,
según la Química Verde
Mariette M. Pereira, Marta Pineiro, Lucas Danilo Dias
Universidad de Coimbra (Portugal)
Fátima Paixão
Universidad de Aveiro (Portugal)
PALABRAS CLAVE
La enseñanza de las reacciones químicas, tema central
• REACCIONES QUÍMICAS
en la comprensión de la química, tiene un profundo
• SÍNTESIS DE ASPIRINA
compromiso con la vida cotidiana. Sin embargo, el impacto • QUÍMICA VERDE
negativo que la síntesis de nuevas sustancias ha causado
• METODOLOGÍA SOSTENIBLE
al medio ambiente aleja al alumnado de elegir cursos
de química. Con estos fundamentos, se trata, aquí, de
presentar parte del trabajo desarrollado en el proyecto titulado «Metodologías
sostenibles en la síntesis de fármacos» (Programa «Elegir Ciencia»), basado en
el estudio de la síntesis de la aspirina mediante dos metodologías diferentes: la
convencional y la basada en los principios de la Química Verde, lo que permite,
al mismo tiempo, comprender los niveles macro y micro en las reacciones.
L
a química se considera un área difícil que
no atrae al alumnado. Superar este sentimiento requiere la búsqueda de prácticas
motivadoras, como lo son, en general, las
relacionadas con problemas de la vida cotidiana.
Un profesor sensible y consciente de la importancia del aprendizaje de la química promueve la
participación de sus alumnos en actividades que
sean significativas, es decir, que aborden aspectos
relevantes para una formación integral.
La comprensión de las reacciones químicas es el
centro del aprendizaje de la química conjunta-
44
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • pp. 44-51 • octubre 2017
La síntesis de la aspirina, según la Química Verde
mente con el conocimiento de la composición, la
estructura y las propiedades de la materia. Como
se sabe (Rosa y Schnetzler, 1998), las concepciones
de los alumnos en relación con el concepto de reacción química son bastante ambiguas, lo que impide
que la mayoría de los estudiantes, en la escuela o
fuera, sean capaces de lograr una percepción adecuada de un fenómeno que ocurre a menudo en
áreas diversificadas, tales como el cuerpo humano,
la agricultura, la industria farmacéutica, la obtención de nuevos materiales...; una química muy
cercana a nuestras experiencias de vida.
Para comprender la química, es esencial desarrollar
el concepto de reacción, entender el proceso y
adoptar las metodologías reactivas más adecuadas.
Sin embargo, en general, las características de
la reacción química expresadas por los alumnos
están restringidas al nivel macroscópico, sin referencia a cualquier atributo microscópico (Puggian,
Morais Filho y Lopes, 2012). Esta separación entre
niveles parece ser atribuida a las dificultades en
la comprensión del papel de los modelos teóricos en la interpretación de las reacciones y a las
deficiencias en la construcción de otros conceptos
fundamentales del conocimiento químico. Es decir,
el concepto de reacción limitado a la aparición de
nuevas sustancias, en meros ejemplos académicos,
no conduce a los alumnos a entender la idea.
Como se menciona en Rosa y Schnetzler (1998), el
alejamiento del concepto científicamente aceptado
se ve acentuado por la ausencia de discusiones en
clase sobre la propia ciencia y la falta de relación
explícita entre los niveles macro y micro.
La mejora de la enseñanza y el aprendizaje de la
química pasa, entonces, por tener en cuenta la
importancia de planear la enseñanza del concepto de reacción química asociado con la vida real,
cotidiana, incluyendo los riesgos y beneficios,
preocupándose por el medio ambiente y la sostenibilidad del planeta Tierra, como parte de una
filosofía que contiene una práctica consonante: la
Química Verde. Para ello se diseñaron actividades
de laboratorio que permitieran a los alumnos tener
contacto con la teoría y la práctica, involucrándolos
en la obtención de una sustancia de uso frecuente
y de gran relevancia socioeconómica, la aspirina,
por el alto consumo en el mundo de esta medicina
de gran espectro.
El objetivo de este trabajo es dar a conocer la
participación de algunos docentes y sus alumnos
de bachillerato en un proyecto cuya finalidad era
sensibilizar para «Elegir Ciencia», haciendo ciencia
a través de una actividad química de laboratorio
motivadora por estar asociada a la síntesis de un
fármaco muy conocido, evidenciando la importancia de la utilización de metodologías de reacción
de la Química Verde frente a metodologías convencionales, y contribuyendo a la interpretación de los
modelos de reacción.
QUÍMICA VERDE:
NUEVA METODOLOGÍA
El área de la Química Verde se estableció por Warner
y Anastas, en la década de 1990, por la evidencia
creciente de las necesidades de conservación del
medio ambiente que implicaban la reducción de
la contaminación. La definición se identifica con el
desarrollo de productos y procesos químicos que
buscan reducir o eliminar el uso y generación de sustancias peligrosas, y fue aceptada ampliamente por
la comunidad científica. Partiendo del concepto de
reducción de la contaminación del medio ambiente,
los objetivos de la Química Verde se dirigen hacia la
reducción del uso de materias-primas, del consumo
de energía, de los residuos, de la toxicidad, del uso de
fuentes no renovables y del riesgo de la contamina-
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
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REACCIÓN QUÍMICA
ción. Con tales objetivos de reducción, se busca el
desarrollo de nuevos métodos y reacciones químicas
destinadas al restablecimiento del medio ambiente y
el progreso sostenible de la sociedad, con el apoyo
de unas acciones que se rigen por doce principios (Silva, Lacerda y Jones Junior, 2005). Fueron
estos principios los que guiaron las propuestas del
proyecto desarrollado con profesores y alumnos
de bachillerato, lo que implicó una comparación
de los parámetros de las reacciones de síntesis de
fármacos, utilizando la metodología convencional y
nuevas metodologías, así como calentamiento eléctrico convencional y calentamiento por microondas
sin disolventes tóxicos, con el fin de dar a conocer
la filosofía de la Química Verde en la enseñanza, el
aprendizaje y en las acciones de la vida cotidiana.
EL PROYECTO «METODOLOGÍAS
SOSTENIBLES EN LA SÍNTESIS
DE FÁRMACOS»
El reto planteado por el programa «Elegir Ciencia»
condujo al desarrollo del proyecto «Metodologías
sostenibles en la síntesis de fármacos».1 Dicho
proyecto dio lugar a la posibilidad de desarrollar un
conjunto de situaciones experimentales e interpretativas que involucraban a investigadores y profesores y alumnos de cuatro institutos de bachillerato,
así como realizar y analizar reacciones químicas de
síntesis de fármacos y al mismo tiempo visitar un
laboratorio de investigación de síntesis orgánica en
el Departamento de Química de la Universidad de
Coimbra. De un conocimiento activo y significativo
de la práctica química y de la investigación actual
se puede esperar que los jóvenes puedan «Elegir
Química» de una manera más informada.
El objetivo del proyecto, que formaba parte del programa «Elegir Ciencia», era sensibilizar a los alumnos
(15-17 años) de la importancia de la química involu-
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Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
crándolos en la síntesis de fármacos y que comprendieran la evolución reciente de la forma de operar
con las reacciones químicas. Para ello se comparó la
metodología sostenible que aplica calentamiento por
microondas, en el ámbito de la filosofía de la Química
Verde, con las metodologías convencionales que aplican calentamiento por energía eléctrica.
El desarrollo del proyecto empezó por la realización
de seminarios, dirigidos por los investigadores, en
cada uno de los cuatro institutos participantes,
acerca de temáticas como «la síntesis química y
el desarrollo sostenible» o «la síntesis asistida por
microondas en el desarrollo de fármacos». En los
seminarios fueron presentados tres medicamentos
(Aspirina: analgésico,2 antiinflamatorio y antipirético; Monasterol: anticancerígeno, y Foscan: prodroga para la terapia fotodinámica del cáncer)
con vistas a que cada instituto eligiese uno de los
tres para hacer su síntesis de las dos formas ya
referidas, y a continuación realizar discusiones con
la intención de profundizar los conocimientos de
estructura-reactividad e impacto ambiental.
Todo el proceso fue orientado por protocolos previamente construidos para las reacciones y por un
documento de orientación para el análisis comparativo de los resultados, incluyendo los parámetros que
debían ser analizados y los cálculos para hacerlo.
Los 51 alumnos de bachillerato de uno de los institutos eligieron la síntesis de la aspirina y desarrollaron las actividades con mucha ilusión (imagen 1).
Al final, todos los alumnos y profesores involucrados en el proyecto visitaron el Laboratorio de
Síntesis Orgánica del Departamento de Química
de la Universidad de Coimbra, para tomar conciencia del «hacer ciencia» en la actualidad con los
requisitos de la Química Verde.
La síntesis de la aspirina, según la Química Verde
tecnología», pero no la podemos considerar baja.
Además, es posible que los alumnos no incluyeran
en «ciencia y tecnología» cursos como ciencias médicas y farmacéuticas ni varías ingenierías. Al revés,
cuando agregamos los dos niveles más negativos
(suma de 1 y 2) solamente encontramos dos ítems
que no presentan porcentajes diferentes de cero, y
pueden ser considerados bajos (20% y 4%). Es de
destacar que el porcentaje más grande obtenido de
la suma de los niveles 4 y 5 (96%) releva el interés
por conocer mejor la investigación que actualmente
se desarrolla en el Laboratorio de Química Orgánica.
Porcentajes de 94% son atribuidos a ítems que
evidencian la valorización de conceptos asociados a
las reacciones químicas y a la síntesis que siguen los
principios de la Química Verde.
Imagen 1. Alumnos en el laboratorio
La evaluación del proyecto se ha hecho a través de
un cuestionario de opiniones (cuadro 1).
Se observa que todos los ítems de evaluación del
proyecto obtuvieron un porcentaje de entre el 90%
y el 96% en la suma de 4 y 5 (los dos niveles más
positivos), con excepción de uno que obtuvo un
porcentaje del 69%. El ítem con menor evaluación
positiva fue el que se refiere a «la probabilidad que
escoja un curso superior en el área de la ciencia y la
SÍNTESIS DE ASPIRINA
Las dos actividades de reacciones químicas de
síntesis de la aspirina se pueden representar en un
Ítems de evaluación (alumnado – N = 51)
1f
2f
3f
4f
5f
1+2%
4+5%
El protocolo para la realización de la actividad experimental era explícito.
0
0
4
26
21
0
92
La actividad experimental contribuyó a la comprensión de conceptos de
reacción química.
0
0
3
37
11
0
94
Fue relevante la información relativa a la investigación que actualmente
se desarrolla en el Laboratorio de Química Orgánica.
0
0
2
34
15
0
96
Las reacciones de síntesis asistidas por microondas son demostrativas de
los principios de la Química Verde.
0
0
3
33
15
0
94
Es probable que elija un curso superior en el área de la ciencia y la
tecnología.
2
8
6
19
16
20
69
Considero las actividades interesantes y sugiero que sean utilizadas con
otros alumnos de bachillerato.
0
2
3
20
26
4
90
(Desde 1: Totalmente en desacuerdo, hasta 5: Totalmente de acuerdo)
Cuadro 1. Evaluación del proyecto por parte del alumnado
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Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
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REACCIÓN QUÍMICA
Cuadro 2. Esquema general de síntesis de la aspirina (ácido acetilsalicílico)
esquema general (cuadro 2), teniendo en cuenta
que los reactivos y los productos de reacción son
los mismos, y la diferencia reside simplemente en
la forma de calentamiento. De forma convencional
con el símbolo tradicionalmente utilizado (∆ – baño
de agua caliente – energía eléctrica) o, alternativamente, utilizando microondas.
Imagen 2. Sistema de
calentamiento eléctrico
convencional
Materiales y reactivos3
• Materiales: Dos Erlenmeyers de 50 mL; matraz
de fondo redondo de 50 mL; baño de agua
caliente; una probeta de 10 mL; una pipeta de
1 mL; vidrio de reloj; tubo de ensayo; baño de
hielo; agitador magnético; embudo de Buchner
y sistema de filtrado; horno de microondas
doméstico.
• Reactivos: Ácido 2-hidroxibenzoico (2 g);
anhídrido acético (3 mL); ácido fosfórico4 85%
(0,5 mL).
Actividad 1. Reacción de síntesis
de la aspirina mediante
calentamiento convencional
Pesar ácido 2-hidroxibenzoico (1 g) y colocarlo
en un matraz de fondo redondo de 50 mL.
En la campana extractora adicionar anhídrido
acético (2 mL), medido previamente con una
probeta. Añadir ácido fosfórico 85% (~ 0,5
mL); colocar en el matraz de fondo redondo un
condensador y una barra magnética y calentar
en un baño de agua (~50ºC), con agitación
durante 50 min (imagen 2).
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Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
Imagen 3. Cromatografía en capa fina
La reacción puede ser seguida por cromatografía
en capa fina de gel de sílice utilizando como
eluyente una mezcla de hexano y acetato de
etilo (7:3 v/v) y mediante la determinación del
factor de retención Rf (Rf = Dp/Dr donde Dp es
la distancia de la línea de aplicación a la frente
de la mancha del reactivo y Dr es la distancia de
la línea de aplicación al frente de la macha del
producto)
La imagen 3 muestra que después de 2 minutos
de reacción sólo existe la mancha correspondiente
al reactivo y después de 50 minutos se observa
solamente la mancha del producto aspirina pura
(ácido acetilsalicílico con Rf = 0,34), lo que indica
que la reacción se ha completado. Adicionar, a
continuación, lentamente, agua destilada (4 mL)
La síntesis de la aspirina, según la Química Verde
Imagen 4. Cristales de ácido acetilsalicílico (aspirina)
para descomponer el exceso de anhídrido acético.
Después de un minuto, añadir agua con hielo
y dejar enfriar hasta la temperatura ambiente y
enseguida colocar el matraz en un baño de hielo
durante 5-10 minutos, para la precipitación completa de la aspirina (ácido acetilsalicílico). Filtrar
con un embudo de Buchner y lavar con agua fría.
Transferir a un vidrio de reloj previamente pesado,
secar y pesar los cristales obtenidos (0,793 g) (imagen 4). El rendimiento de la reacción por calentamiento convencional fue del 61,2%, siendo el
ácido 2-hidroxibenzoico el reactivo limitante [rendimiento de la reacción (%) = (mol de producto
obtenido/mol de producto teóricamente previsto)
x 100 = (4,43 x 10-3 mol/ 7,24 x 10-3 mol) x 100
= 61,2%)].
Actividad 2. Reacción de síntesis
de la aspirina mediante
calentamiento con microondas
Pesar ácido 2-hidroxibenzoico (1 g) y colocarlo en
un tubo de ensayo insertado en un vaso. Medir 2
mL de anhídrido acético en una probeta y adicionarlo al tubo de ensayo, en una campana extractora. Añadir ácido fosfórico (~ 0,5 mL). Tapar con un
poco de algodón. Colocar el tubo de ensayo insertado en el vaso en el centro del horno microondas
doméstico y calentarlo con una potencia media
durante 1 minuto (imagen 5).
Imagen 5. Sistema de calentamiento por microondas
Imagen 6. Cromatografía en capa fina (después de
1 minuto)
A través de la realización de cromatografía de capa
fina (imagen 6) se puede concluir que la reacción
se ha completado después de 1 minuto y con igual
valor Rf = 0,34. Enseguida, dentro de la campana extractora, adicionar, lenta y cuidadosamente,
agua destilada (2 mL) para descomponer el exceso
de anhídrido acético. Para aislar la aspirina, usar el
mismo procedimiento experimental descrito anteriormente para el calentamiento convencional. Se
obtuvieron 0,855 g de aspirina que corresponde a
un rendimiento de 65,9%.
Para concienciar a los alumnos a realizar reacciones
químicas de una forma más sostenible (con menos
desperdicios y menor consumo energético), consideramos relevante introducir en la enseñanza las
conclusiones obtenidas utilizando conceptos complementarios para medir la sostenibilidad de una
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Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
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REACCIÓN QUÍMICA
reacción, particularmente el Factor E (del inglés,
Environmental Factor) y el cálculo comparativo de la
energía. El Factor E fue definido por Sheldon (2007)
con objeto de determinar la sostenibilidad de un proceso de síntesis química. Se define como la relación
entre la masa de desperdicio producido (g) y la masa
de producto obtenido en una determinada reacción
(g). Todos los reactivos y solventes son considerados
para el cálculo, excepto el agua. Recientemente,
Sheldon (2017) revisó el concepto, que ahora define
como el cEF (del inglés, complete E-Factor), en el que
también considera la masa del producto y la del agua.
En el cuadro 2 se presentan los valores obtenidos para
el Factor E y para la energía consumida en la síntesis
de la aspirina, utilizando calentamiento eléctrico convencional o con microondas.
CONCLUSIÓN
Del análisis del cuadro 3 se puede concluir que
la introducción de calentamiento por microondas
versus calentamiento convencional para llevar a
cabo la reacción química de la síntesis de aspirina en el contexto de la química escolar permite
no sólo reducir la cantidad de residuos (menor
Factor E) sino también disminuir el consumo
energético (275 veces menor con microondas
que con el calentamiento eléctrico convencional).
Las actividades desarrolladas produjeron un enorme entusiasmo en los alumnos, incrementado
por la constatación de los resultados obtenidos.
Asimismo, la comparación entre éstos en cada
una de las metodologías contribuyó a mejorar la
comprensión de un concepto de reacción química
más realista, conjugando los niveles macro y micro
y los principios de la filosofía de la Química Verde.
Los resultados del cuadro 1 muestran opiniones
muy favorables. Se puede destacar los elevados
porcentajes de opiniones positivas. Es de remarcar
que algunos de los alumnos que no pretenden
seguir estudios de ciencia y tecnología percibieron
claramente la diferencia entre la metodología
Calentamiento convencional
Calentamiento microondas
Masa de desperdicio de ácido 2-hidroxibenzoicoa/g
0,387
0,346
Masa de desperdicio de anhídrido acéticob/g
1,715
0,602
Masa de desperdicio de ácido fosfóricoc/g
0,840
0,840
Masa de producto, aspirina/g
0,793
0,855
Factor Ed
3,710
2,091
Consumo energéticoe/W min
60500
220
Parámetros Factor E
a) Masa de desperdicio de 2-hidroxibenzoico = (moles de reactivo ácido 2-hidroxibenzoico iniciales – moles de producto aspirina)
x (masa molar de ácido 2-hidroxibenzoico); b) Masa de desperdicio de anhídrido acético = (moles de anhídrido acético iniciales –
moles de producto aspirina) x (masa molar anhídrido acético; c) Masa de desperdicio de ácido fosfórico = Volumen ácido fosfórico
x densidad ácido fosfórico; d) Factor E = masa total desperdicios/masa producto aspirina; e) Consumo energético = P x t.
Cuadro 3. Determinación del Factor E y del consumo de energía por los dos métodos de calentamiento
50
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La síntesis de la aspirina, según la Química Verde
convencional y la metodología con calentamiento
por microondas y sin disolvente, basada en los
principios de la Química Verde. Con este proyecto se dio sentido social y cultural al aprendizaje,
contribuyendo a desarrollar competencias que se
identifican con el pensamiento crítico, a partir
de una intervención más activa. También se dio
significado a lo que la escuela enseña, yendo más
allá de la mera función propedéutica de preparar
a los estudiantes para acceder a niveles superiores
de enseñanza. ◀
Referencias bibliográficas
HAACK, J.A.; HUTCHISON, J.E. (2016): «Green
Chemistry Education: 25 years of progress and
25 years ahead». ACS Sustainable Chemistry
and Engineering (on line, DOI:10.1021/
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PUGGIAN, C.; MORAIS FILHO, Z.B.; LOPES, C.V.N.B.
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Articulando teoria e prática na formação e ação
docente». Investigações em Ensino de Ciências,
núm. 17(3), pp. 697-708.
ROSA, M.I.; SCHNETZLER, R.P. (1998): «Sobre a impor-
*
Notas
tância do conceito “transformação química” no
AgrADecimientos:
processo de aquisição do conhecimento químico».
-
Centro de Química, Departamento de Química,
Universidade de Coimbra.
-
Escola Superior de Educação, Instituto
Politécnico de Castelo Branco.
-
Centro de Investigação Didática e Tecnologia
na Formação de Formadores, Universidade de
Aveiro (Portugal).
Química Nova na Escola, núm. 8, pp. 31-35.
SHELDON, R.A. (2007): «The E factor: fifteen years on».
Green Chemistry, núm. 9, pp. 1.273-1.283.
— (2017): «The E factor 25 years on: the rise of green
chemistry and sustainability». Green Chemistry,
núm. 19, pp. 18-43.
SILVA, F.M.; LACERDA, P.S.B.; JONES JUNIOR, J. (2005):
El autor L.D.D. agradece al CNPq (Conselho Nacional
«Desenvolvimento Sustentável e Química Verde».
de Desenvolvimento Científico e Tecnológico de
Química Nova, núm. 28(1), pp. 1-19.
Brasil) la concesión de la beca de doctorado N.º
232620/2014-8/GDE.
1. Projeto Ciência Viva – Agência Nacional para a
Dirección de contacto
Fátima Paixão
Cultura Científica e Tecnológica, Programa Escolher
Universidad de Aveiro. Portugal
Ciência, P-62: «Metodologias sustentáveis na síntese
mfpaixao@ipcb.pt
de fármacos».
2. http://theinventors.org/library/inventors/blaspirin.
htm. [Consulta: 03/2012.]
3. Seguridad: no olvidar la utilización de gafas, guantes
y delantal de laboratorio; y analizar previamente los
rótulos de todos los reactivos y productos.
4. Utilizamos el ácido fosfórico para mayor seguridad de los alumnos en vez del ácido sulfúrico,
que es el que se cita habitualmente en la literatura sobre la síntesis de aspirina. En nuestros
Este artículo fue solicitado por AlAmbique. DiDácticA
ensayos con los dos ácidos, los resultados fueron
experimentAles, en febrero de 2017 y aceptado en junio de 2017 para
coincidentes.
su publicación.
Alambique
De lAs
cienciAs
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
51
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ACTUALIZACIÓN Y REFLEXIÓN
Los modelos
históricos de las
reacciones ácido-base
José Antonio Chamizo
Universidad Nacional Autónoma de México. México
Alambique
PALABRAS CLAVE
•
•
•
•
•
ÁCIDOS
BASES
REACCIONES ÁCIDO-BASE
MODELOS
REVOLUCIONES QUÍMICAS
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • pp. 53-60 • octubre 2017
53
ACTUALIZACIÓN Y REFLEXIÓN
Para su enseñanza, la historia de la química se ha podido recientemente
reconstruir en cinco momentos revolucionarios. Las cinco revoluciones
químicas están caracterizadas por la introducción de nuevos instrumentos
y conceptos, además de por la aparición de nuevas y múltiples subdisciplinas.
En este artículo se presentan brevemente algunos de los modelos de ácidos
y bases predominantes en esas cinco revoluciones, mencionando aspectos
del saber químico previos a las mismas.
L
a historia es lo que contamos hoy, con la
información que tenemos de ayer, y mucho
de lo que contamos lo organizamos a través
de modelos (también históricos: Caamaño,
2013) con los que podemos representar una
porción del mundo con un objetivo determinado (Chamizo, 2010, 2014). En las ciencias y las
tecnologías se puede identificar que la postura
historiográfica que apela a la ruptura, alrededor
de la idea de revolución científica u obstáculo
epistemológico, es una de las predominantes además de que permite una más clara enseñanza de
las ciencias.
Una revolución (Kuhn, 1971, p. 277) «es una
clase especial de cambio, que abarca cierta índole
de reconstrucción de los compromisos de cada
grupo». Los compromisos que comparten los
grupos o comunidades científicas se reconocen
con la palabra paradigma, que es «un criterio
para seleccionar problemas que, mientras se dé
por sentado el paradigma, puede suponerse que
tienen soluciones» (1971, p. 71).
Sin entrar en la discusión de las maneras en las
que se puede reconocer una revolución científica,
en los últimos años (Chamizo, 2016) se ha podido
describir la historia de la química a partir de cinco
revoluciones con un período previo llamado protoquímica y otro largo y extenso que conocemos
como alquimia. Aquí se presentarán brevemente
54
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
algunos de los modelos de ácidos y bases predominantes en esas cinco revoluciones, mencionando aspectos del saber químico provenientes de la
extensa trayectoria anterior.
ALQUIMIA Y PROTOQUÍMICA
De entre las muchas cosas que se pueden decir
de la alquimia europea y asiática tal vez lo más
significativo apunte hacia el desarrollo de equipamiento de laboratorio, como el alambique, y la
preparación de diversas sustancias como los álcalis (palabra de origen árabe que significa ‘ceniza
calcinada de ciertas plantas’), la «sal ammoniacus», (NH4Cl), el «espíritu de la sal» (HCl) o el
«aceite de vitriolo» (H2SO4).
Ya en el período protoquímico, a mitad de camino entre la alquimia y la química, Robert Boyle
(1627-1691) fue el primero en identificar que
algunos jugos coloreados de plantas cambiaban de
color cuando se colocaban en presencia de ácidos
o de álcalis, es decir descubrió lo que hoy llamamos «indicadores ácido-base» (como el tornasol),
que permitió clasificarlos de manera muy simple.
Así, además de reconocer las sustancias por sus
propiedades «físicas» (por ejemplo, las disoluciones de los álcalis eran resbaladizas y disolvían los
aceites, mientras que las disoluciones ácidas eran
picantes, corrosivas, y disolvían muchas sustancias), se empezó a reconocer sistemáticamente las
Los modelos históricos de las reacciones ácido-base
sustancias por las reacciones que llevaban a cabo
entre ellas, así como que cuando un ácido reaccionaba con un álcali producía una sal neutra. Quedó
claro pues la que iba a ser la reacción fundamental
de la química:
Para Lavoisier que una sustancia
fuera reconocida como ácido
implicaba que contenía
el elemento oxígeno
■
ácido + álcali → sal
reacción que Lemery, en la mejor tradición mecanicista de la época, representó mediante unos
corpúsculos que poseían en sí mismos las propiedades de estas sustancias, que se anulaban en
la sal:
PRIMERA REVOLUCIÓN (1754-1808)
La química como fundamentalmente hoy la identificamos puede reconocerse a partir de 1754
cuando Joseph Black (1728-1799) aísla el dióxido
de carbono (llamado por él «aire fijo») a partir de
la descomposición térmica del carbonato de magnesio, en la que puede reconocerse como la primera reacción cuantitativa. Ese mismo año G.F.
Rouelle (1703-1770) generaliza el término «base»
para sustituir el de «álcali», como consecuencia
del aumento de sustancias conocidas identificadas
como sales. Y reescribe la reacción de formación
de las sales de la siguiente manera:
ácido + base (álcali, tierra, metal, etc.) → sal
Es decir, una base es aquella sustancia capaz de
reaccionar con un ácido a la que le da una forma
sólida concreta. Como los ácidos conocidos eran
líquidos y las sales sólidas, la sustancia que destruía
(«aniquilaba», «mortificaba» o «mataba», por usar
otras palabras empleadas en ese tiempo) la volatilidad de los ácidos y le impartía solidez era la base.
Antoine Lavoisier (1743-1794) incorporó la palabra «oxígeno» a la química. Ésta proviene del
griego y significa ‘productor de ácidos’. Para
Lavoisier que una sustancia fuera reconocida
como ácido implicaba que contenía el elemento
oxígeno. Lavoisier clasificó los no metales (C, N, P,
S, Cl, entre otros) como aquellas sustancias que, al
quemarse, formaban óxidos gaseosos que al disolverse en agua eran ácidos (y producían un color
rojo con el tornasol), mientras que al quemar los
metales el calx o las cenizas resultantes disueltas
en agua eran alcalinas (y producían un color azul
con el tornasol). Hay una significativa y extendida
tradición en química que asigna una determinada
propiedad a una composición específica y el caso
de los ácidos es una de las más significativas.
Es decir, el modelo de Lavoisier para los ácidos
es composicionista. Además de la presencia del
oxígeno, era importante la cantidad del mismo
elemento, que debería quedar reflejada en el nombre del ácido como lo hacemos actualmente. Por
ejemplo, en el caso del cloro: ácido hipocloroso
(HClO), ácido cloroso (HClO2), ácido clórico
(HClO3) y, finalmente, ácido perclórico (HClO4).
No es sino hasta el período conocido en Europa
como Ilustración, con una definición operativa
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
55
ACTUALIZACIÓN Y REFLEXIÓN
de sustancia, una nueva nomenclatura, la ley de
conservación de la materia, el oxígeno y el modelo atómico de Dalton (que marca el final de esta
revolución), que la química inicia su camino.
SEGUNDA REVOLUCIÓN (1828-1874)
El químico J.B.A. Dumas (1800-1884) preparó
el ácido tricloroácetico (CCl3CO2H) a partir
del ácido acético (el principal constituyente del
vinagre, de fórmula CH3CO2H). Esta sustancia
–como había indicado Lavoisier– contenía oxígeno aunque, como también se había demostrado poco después de su muerte en la guillotina, el
ácido clorhídrico (HCl) era una sustancia ácida
que no contenía oxígeno, empezándose a cuestionar ya desde entonces el origen composicionista de la acidez.
El ácido tricloroacético era una sustancia ácida
prácticamente igual en sus propiedades que el
ácido acético y lo que muchos químicos de la
época no podían aceptar era que tres átomos positivos de hidrógeno del ácido acético se pudieran
sustituir por tres negativos de cloro sin que las
propiedades de la sustancia cambiaran de manera
significativa. Una posible respuesta a este espinoso asunto se encontró en el «modelo de los tipos».
De acuerdo con este modelo, basado en la idea de
la sustitución, las sustancias orgánicas podían sistematizarse de acuerdo con sus reacciones características. Por ejemplo, todas las aminas obtenidas
al tratar con amoniaco (NH3) y varios derivados
halogenados fueron incluidos en el tipo «amoniaco», pues uno o más hidrógenos del amoniaco
son sustituidos por «radicales» (es decir, grupos
de átomos que se mantienen unidos a lo largo de
diferentes reacciones, por ejemplo el metilo CH3,
el etilo C2H5, el fenilo C6H5, etc.:
56
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
Igual sucede con el tipo «agua», en el que la sustitución de un hidrógeno da lugar a un alcohol y la
sustitución del segundo a un éter:
Además de estos dos tipos se identificaron
dos más: el tipo «hidrógeno» y el tipo «ácido
clorhídrico». Al sustituir el hidrógeno del
tipo «ácido clorhídrico» con un metal o una
base se obtenía una sal. El modelo de los
tipos distinguía así diferentes partes de una
molécula, y proponía que la sustitución del
hidrógeno en el tipo ácido era la que daba
lugar a las sales.
El modelo de los tipos fue el sustento de la química orgánica estructural que caracterizó a la segunda revolución química. En este mismo período
Mendeleiev (1834-1907) construyó la tabla periódica, se realizaron los primeros experimentos
de espectroscopia, Nobel inventó la dinamita y
Perkin los colorantes artificiales.
TERCERA REVOLUCIÓN (1887-1923)
Durante la tercera revolución química, en pleno
crecimiento de la fisicoquímica, se volvió a presentar el asunto de modelar el comportamiento
de los ácidos y las bases. Siguiendo el pensamiento lavoisieriano, las principales respuestas
apelan a la presencia de dos de las entidades
«encumbradas» en este período: los iones y los
electrones.
Los modelos históricos de las reacciones ácido-base
De acuerdo con el muy conocido modelo de
Arrhenius de ácidos y bases –que es un caso particular del de disociación electrolítica–, un ácido
es cualquier sustancia capaz de ionizarse en agua
cediendo un protón H+, y una base es aquella que
se ioniza cediendo un oxhidrilo OH-. La reacción
de neutralización entre un ácido y una base da
lugar a una sal y agua (el H+ que libera el ácido
se une al OH- de la base para formar el agua). Los
productos de estas reacciones no contienen los
iones característicos de los ácidos y las bases, y,
por lo tanto, han desaparecido sus propiedades.
En la mejor tradición composicionista Arrhenius
afirmó que son los iones H+ los responsables de
las propiedades ácidas de las sustancias y los iones
OH- los que producen las propiedades básicas.
Un modelo más general de los ácidos y las bases
fue enunciado años después por Gilbert N. Lewis
(1875-1946). Aquí no se apela a la presencia de un
átomo, sino a la disposición o carencia de un par
de electrones. En el modelo ácido-base de Lewis:
• Un ácido es una sustancia capaz de aceptar un
par de electrones.
• Una base es una sustancia capaz de donar un
par de electrones.
Así, el H+ es un ácido de Lewis (como lo es también para Arrhenius) ya que puede aceptar un par
de electrones, pero también son ácidos el BF3 y la
mayoría de los cationes. Por otro lado, el H2O, el
NH3 y la mayoría de los aniones son bases.
Las reacciones que tienen lugar entre un ácido y
una base de Lewis originan un «aducto», término
que agrupa a todas las sales, pero también a otro
tipo de agregados en los que, como resultado de la
donación de un par de electrones por la base y la
aceptación por el ácido, se forma un nuevo enlace.
Ejemplos de la formación de aductos son:
H+ + Cl- → HCl
Na+ + Cl- → NaCl
BF3 + NH3 → BF3-NH3
El modelo de ácidos y bases de Lewis incluye el
de Arrhenius y es independiente del disolvente y
del estado de agregación en el que se encuentren
las sustancias reaccionantes. Para Lewis, las reacciones ácido-base son reacciones de sustitución
entre ácidos o entre bases, una idea semejante a
la expresada en el modelo de los tipos cuando
distinguía las diferentes partes de una molécula
(que aquí se identifica también como aducto). Por
ejemplo, en los siguientes casos la base2 sustituye
a la base1 en el aducto ácido-base1:
Aducto Aducto
ácido-base1 + base2 → ácido-base2 + base1
HCl + H2O → H3O+ + ClH-OH + NH3 → NH4+ + OHEs decir, el agua es una base en la primera reacción (cede un par de electrones al H+ para formar
lo que se llama «ion oxonio») y es un aducto, en la
segunda. La naturaleza química de una sustancia
depende de contra quién reaccione.
CUARTA REVOLUCIÓN (1945-1966)
Los laboratorios de química cambiaron más
durante la cuarta revolución química que en los
trescientos años anteriores, toda vez que se proveyeron de nuevos equipos de espectroscopia.
Se sintetizan polímeros y moléculas biológicas y
muchos químicos aprenden a pensar como físicos. Se pasa de sustancias a «especies químicas».
El modelo de ácidos y bases duros y blandos propuesto por Ralph G. Pearson extiende el modelo
de Lewis, lo que permitió relacionar multitud de
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
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ACTUALIZACIÓN Y REFLEXIÓN
Especies blandas
Especies duras
• Gran tamaño.
• Pequeño pKa (bases).
• Pequeño estado de
oxidación (ácidos).
• Pequeña densidad de
carga positiva en el átomo
aceptor (ácidos).
• Pequeña densidad de
carga negativa en el
átomo donador (bases).
• Tamaño pequeño.
• Gran pKa (bases).
• Estados de oxidación grandes
(ácidos).
• Alta densidad de carga
positiva en el átomo aceptor
(ácidos).
• Alta densidad de carga
negativa en el átomo donador
(bases).
Cuadro 1. Distinción entre especies blandas y especies duras
reacciones entre las especies y las estructuras que
se derivan de ellas. En el cuadro 1 se identifican
algunas de las características que permiten separar
las especies químicas en duras y blandas independientemente de su condición de ácidos o bases:
Hay que hacer notar que en la regla 1 se emplea la
palabra «preferir» para indicar que, en el caso de
que varios reactivos puedan dar lugar a diferentes
productos, lo harán generalmente dando aquellos
que se predice, pero no únicamente éstos.
Posteriormente Pearson identificó las especies
en ácidos y bases, recordando que esa condición
depende de contra quién se interactúe, pero
incorporando la mayor cantidad empírica de
conocimiento químico que se tenía hasta la fecha.
Esta clasificación se muestra en el cuadro 2 que,
como se puede observar, integra especies iónicas
y neutras, orgánicas e inorgánicas:
Las aplicaciones de este modelo abarcan de manera cualitativa prácticamente cualquier espacio de
la química, toda vez que la mayoría de las reacciones (orgánicas, inorgánicas, de coordinación,
bioquímicas, geoquímicas, catalíticas, ya sea en
fase gaseosa líquida o sólida) pueden interpretarse
como el resultado de la interacción entre especies
duras y blandas (Jensen, 1980).
Clasificación
Ácidos
Bases
Duros
H+, Li+, Na+, RCO+, Be+2, Mg+2, Ca+2, Cr+3, Fe+3, Co+3,Ti+4, Zr+4,
Sn+4
BF3, Al(CH3)3, CO2
HX (moléculas con enlace por puente de hidrógeno)
OH-, O2-, RO-, NO3-, F-, (Cl-)
NH3, RNH2, H2O, ROH, R2O
Intermedios
Fe+2, Ni+2, Cu+2, Zn+2, Sn+2, Pb+2, Rh+3, Sb+3, Bi+3, GaH3, SO2
C6H5NH2, C6H5N, N2, Br-
Blandos
Cu+, Ag+, Au+, Hg+, Br+, I+, R+
Pt2+, Hg2+, metales
trinitrobenceno, quinonas, tetracianoetileno
H-, R-, CN-, RS,
C2H4, C6H6, CO
R3P, R2S
Cuadro 2. Clasificacion de las especies en ácidos y bases
58
Finalmente, Pearson procedió a enunciar las dos
reglas que resumen la mayoría de los datos experimentales conocidos por entonces y que constituye
el modelo de ácidos y bases duros y blandos, un
modelo que, antes que éste, ninguno había identificado tan claramente.
• Regla 1. Equilibrio. Los ácidos duros prefieren
asociarse con bases duras y los ácidos blandos
con bases blandas.
• Regla 2. Cinética. Los ácidos duros reaccionan
más rápidamente con bases duras, mientras que
los ácidos blandos lo hacen con bases blandas.
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
Los modelos históricos de las reacciones ácido-base
QUINTA REVOLUCIÓN (1973-1999)
La quinta revolución marca los límites de la
química con el acceso directo a los átomos y
las moléculas y a las reacciones que suceden en
femtosegundos. En química nada puede ser más
pequeño ni más rápido.
El modelo de orbitales moleculares, creado durante la cuarta revolución por Robert S. Mulliken
(1896-1986) y desarrollado en el subsiguiente
período de ciencia normal por Hoffmann y Fukui
(galardonados con el Premio Nobel de Química
en 1981), era el único capaz de explicar las propiedades ácido-base de especies tan disímiles
como los carbocationes de Olah, los aniones de
cúmulos metálicos (o del C60) o aductos como
el [Ag-benceno]+ o el Ni(C2B9H11)2, muchos
de ellos sintetizados o caracterizados durante la
quinta revolución.
De acuerdo con el modelo de orbitales moleculares –y empleando la nomenclatura desarrollada
por Fukui de «orbitales moleculares frontera»,
en la que se reconoce el papel central de estos
orbitales en el inicio de las reacciones químicas–,
un ácido y una base se definen de la siguiente
manera:
• Un ácido –un aceptor de electrones en el
modelo de Lewis– es una especie que emplea
un orbital molecular desocupado de baja energía (LUMO por sus iniciales en inglés, Lowest
Unoccupied Molecular Orbital) para iniciar
una reacción y formar un aducto.
• Una base –un donador de electrones en el
modelo de Lewis– es una especie que emplea
un orbital molecular ocupado por dos electrones apareados, de alta energía (HOMO
por sus iniciales en inglés, Highest Occupied
Molecular Orbital) para iniciar una reacción y
formar un aducto.
Los modelos responden a las
preguntas de su momento
histórico…
■
Estas definiciones reconocen que son las moléculas las que reaccionan unas con las otras (aunque
sean moléculas mononucleares, es decir átomos) y
que son las propiedades moleculares (los HOMO
y LUMO correspondientes) las que definen la
reactividad para la formación de un aducto. Así,
el HOMO de la base, en el que se sitúan dos electrones, interactúa con el LUMO del ácido para
formar dos nuevos orbitales moleculares, uno
de los cuales –el de menor energía (HOMO)– se
encuentra ya en el aducto. La relativa naturaleza
ácida o básica de las especies químicas depende de
la energía de los HOMOS Y LUMOS y de contra
quienes reaccionen.
CONCLUSIONES
A lo largo de la historia de la química se han
construido una pluralidad de modelos que buscan entender y predecir la reacción fundamental
de esta disciplina, la que se da entre los ácidos y
los álcalis (o las bases) para formar una sal (o un
aducto) en el que esas propiedades características
desaparecen. Cada uno de estos modelos tiene
unas propiedades mecánicas, composicionales,
electrónicas, orbitales, etc. bien definidas. No hay
uno mejor que otro, sino más bien uno más capaz
de entender y predecir lo que en su tiempo era
y es necesario entender y predecir. Los modelos
responden a las preguntas de su momento histórico… y, si se trata de enseñar, ésa es una lección
esencial. No hay un modelo mejor que otro, sino
uno más capaz de entender y predecir lo que en su
tiempo era necesario predecir. ◀
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
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ACTUALIZACIÓN Y REFLEXIÓN
Referencias bibliográficas
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Dirección de contacto
CHAMIZO, J.A. (2010): «Una tipología de los modelos
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jchamizo@unam.mx
— (2014): «De la paradoja a la metáfora. La enseñanza
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XXI-Facultad de Química-UNAM.
— (2016): «How chemistry teachers, using history of
chemistry, could teach chemistry», en LAVONEN,
J. y otros (eds.): Science education research:
Este artículo fue solicitado por AlAmbique. DiDácticA
Engaging learners for a sustainable future.
experimentAles, en febrero de 2017 y aceptado en julio de 2017 para
Helsinki. ESERA.
su publicación.
Normas para la publicación de artículos
1. Los artículos pueden narrar cuatro tipos de experiencias
de aula de educación reglada:
• De la didáctica específica.
• De trabajo interdisciplinar.
• De trabajo integrado de contenidos de área y lenguas
extranjeras (AICLE).
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de grupos, organización de contenidos (proyectos globalizados), uso del tiempo y del espacio, etc.
2. Los artículos deben ser inéditos. Su extensión total
será de 13.000 caracteres, incluidos los espacios (tablas
y gráficos también incluidos), y deberán aportar: un resumen de 450 caracteres (incluidos los espacios), de 3 a 5
palabras clave y 2 o 3 fotografías ilustrativas (600 DPI de
resolución).
3. Los artículos se centrarán en casos concretos de aula
que deberán abarcar, a título orientativo, los siguientes
aspectos: definición del problema, alternativas consideradas, decisiones y acciones que se tomaron, y resultados
obtenidos.
60
Alambique
De lAs
cienciAs
4. Se deberá señalar, en cada página, una frase significativa
que refuerce el discurso del texto (utilizar la herramienta de
texto resaltado).
5. En la primera página, se harán constar los datos siguientes: nombre y apellidos, DNI, referencia profesional, dirección particular y profesional, teléfono de contacto, correo
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6. Se recomienda reseñar enlaces web relacionados con la
experiencia, así como adjuntar vídeos, si los hubiere.
7. El autor autoriza a Editorial Graó a reproducir el artículo,
total o parcialmente, en su página web y redes sociales de
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8. ENVIAR LAS COLABORACIONES A: editorial@grao.com
(revista AlAmbique).
Para una información más detallada de las normas de
publicación de cada una de las secciones, consultar
alambique.grao.com
También se pueden enviar colaboraciones para las secciones
breves de «Ideas prácticas»: «Experiencias», «En contexto» y
«Recursos para el aula». Descargar las normas de publicación
en www.grao.com/newsletter/Ideas practicas alambique.pdf
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
INTERCAMBIO
Rosalind Franklin
y la estructura helicoidal
del ADN
M.ª Elvira González Aguado
Berritzegune Central del Gobierno Vasco. Bilbao
Se presenta un experimento para secundaria sobre
PALABRAS CLAVE
• EXPERIMENTO DIFRACCIÓN
el fenómeno de la difracción y su importancia en la
determinación de la estructura del ADN. Con este experimento • ESTRUCTURA ADN
• FRANKLIN
se persiguen dos grandes objetivos. El primero de ellos,
aproximar ciencias como la física, la química y la biología
al alumnado, analizando la contribución de éstas al descubrimiento de
la estructura del ADN; y el segundo, también muy importante, poner de
manifiesto el papel de una magnífica científica injustamente ignorada y
ayudar así a integrar la perspectiva de género en nuestras clases de ciencias.
E
l currículo de física de 2.º
de bachillerato recoge un
bloque de contenidos sobre
ondas en donde aparece el
estudio de los fenómenos ondulatorios: interferencia y difracción,
reflexión y refracción; entre los
estándares de aprendizaje tam-
bién se encuentra el siguiente:
«Interpreta los fenómenos de
interferencia y la difracción a partir del principio de Huygens».
El experimento que se presenta
ayuda a entender mejor la difracción, un fenómeno –junto con la
■
Cuando la onda incide sobre una rendija todos
los puntos de su plano se convierten en fuentes
secundarias de ondas
Alambique
interferencia– típicamente ondulatorio que se produce cuando
una onda encuentra un obstáculo o una apertura (especialmente cuando las dimensiones son
semejantes a la longitud de onda)
y que se rige por el principio de
Huygens. De acuerdo con este
principio, cuando la onda incide sobre una rendija todos los
puntos de su plano se convierten
en fuentes secundarias de ondas,
emitiendo nuevas ondas, denominadas ondas difractadas, por lo
que la explicación del fenómeno de
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • pp. 61-65 • octubre 2017
61
INTERCAMBIO
la difracción no es cualitativamente distinta de la de interferencia
(imagen 1).
La difracción de rayos X de muestras cristalinas es una técnica química muy importante que aporta
información estructural sobre un
amplio rango de sistemas, desde
moléculas pequeñas a proteínas,
ya que su longitud de onda es
semejante a las dimensiones atómicas. Sin embargo estás técnicas
no son consideradas como parte
importante de la química por
parte de los estudiantes, como se
puso de manifiesto en las diferentes
ediciones de los campus científicos
de verano, dirigidos al alumnado de 4.º de ESO y de 1.º de bachillerato, en donde ha participado la
Universidad del País Vasco/Euskal
Herriko Unibertsitatea con varios
proyectos, entre ellos uno titulado
«La materia solamente se transforma», de la facultad de Ciencia
y Tecnología. En este proyecto
los estudiantes obtenían diversos
Imagen 1. Difracción por una doble
rendija (se indican los distintos órdenes
de difracción) (es.wikipedia.org)
62
Alambique
cristales de sustancias desconocidas y difícilmente apreciaban la
importancia de las técnicas instrumentales, como por ejemplo la
difracción de rayos X, como herramientas básicas para la caracterización de materiales cristalinos
y su extraordinaria utilidad en
diversas disciplinas científicas y
tecnológicas. Un ejemplo importante fue el descubrimiento de la
estructura helicoidal del ADN.
ROSALIND FRANKLIN,
LA DESCUBRIDORA
DESCONOCIDA DEL ADN
Rosalind Franklin (Londres,
1920-1958) es una pieza clave en
la ciencia moderna. Con 21 años
se graduó en Física y Química
por Cambridge. Al terminar la
Segunda Guerra Mundial viaja
a París y aprende la técnica de
difracción de rayos X, que llegará a dominar con gran maestría
y de la que se servirá frecuentemente en sus investigaciones. En
1951 vuelve a Inglaterra como
investigadora asociada en el
laboratorio de Juan Randall en
Cambridge.
Para Rosalind era la gran oportunidad de aplicar sus conocimientos a la biología y el laboratorio de
Randall se encontraba en el mejor
nivel de desarrollo. Fue allí donde
su trayectoria se cruzó con la de
Maurice Wilkins.
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
Rosalind resolvió
dos formas de
cristalización y
obtuvo cristales de
extraordinaria pureza
de cada una de ellas
■
Wilkins había sido el primero en
reconocer los ácidos nucleicos. El
ADN o ácido desoxirribonucleico es una molécula biológica que
se encuentra en el núcleo de las
células eucariotas y tiene como
función transmitir la información
genética. El mecanismo de transmisión genética era desconocido
hasta 1951. En ese momento se
conocía la forma deshidratada de
la molécula. Franklin se concentró
primero en interpretar los patrones de difracción utilizando las
laboriosas fórmulas de Patterson y
anuló los argumentos de todos sus
colegas. La cantidad de agua en el
modelo no se correspondía con
el de los estudios de difracción.
Rosalind cristalizó el ADN como
nadie lo había hecho hasta el
momento. Resolvió dos formas
de cristalización, dependiendo del
agua de hidratación de la molécula, y obtuvo cristales de extraordinaria pureza de cada una de
ellas. Sobre esos cristales realizó
estudios de difracción de rayos X
Rosalind Franklin y la estructura helicoidal del ADN
que le permitieron obtener patrones de difracción con un alto grado
de resolución, desconocidos hasta
entonces, que indicaban que el
ADN tenía estructura helicoidal
y permitían deducir su conformación. La imagen 2 muestra el
patrón de difracción de ADN-B
tomado por Rosalind Franklin,
llamado «Foto 51». Este patrón
tan sencillo bastó para identificar
la estructura del ADN.
Esta imagen supone un hito para
la historia de la biología. A espaldas de Rosalind, su colega Wilkins
le enseña a Watson las fotos decisivas que ésta había obtenido del
ADN y cuyos resultados aún no
había publicado. Watson, después, afirmaría haberse quedado
«boquiabierto» al ver la foto.
dedujo que el ADN tenía «una
estructura helicoidal densamente
empaquetada, conteniendo 2, 3 o
4 cadenas de ácidos nucleicos coaxiales por unidad helicoidal; con los
grupos fosfatos al exterior las cadenas debían orientarse a lo largo de
la fibra con los grupos fosfato ionizados hacia fuera y las bases nitrogenadas hidrofóbicas hacia dentro.
Todas las características que hoy
conocemos de la doble hélice (imagen 3) están deducidas y discutidas
en sus cuadernos de laboratorio del
King´s College de Londres desde
enero de 1951 a marzo de 1953,
y en los artículos que publicó en
Nature y Acta Crystallographica en
ese mismo año (Franklin y Gosling
1953a, b, c, d).
Dos años después, Watson y Crick
utilizaron estos resultados para
proponer la estructura del ADN
y ganar el premio Nobel (que no
recibió Franklin). La estructura
primaria y secundaria del ADN
(tipo B) se muestra en la imagen 3.
REPRODUCCIÓN
DEL EXPERIMENTO
DE FRANKLIN
Para reproducir el experimento de
Franklin con materiales más accesibles hay que tener en cuenta el
origen del patrón de difracción y las
dimensiones moleculares. El patrón
de difracción proviene del esqueleto
fosfórico externo de doble hélice del
ADN y no depende de la presen-
Sobre la base del alto contenido
en agua de hidratación del ADN
Imagen 2. «Foto 51» de los cuadernos
de Rosalind Franklin, publicada en
Nature el 25 de abril de 1953. Franklin
y Gosling, 1953a) (Desoxirribonucleato
sódico de timo de ternera. Estructura B)
Imagen 3. Estructura del ADN (tipo B), un doble polímero de nucleótidos formados
por una base nitrogenada (A, T, C, G), un azúcar (desoxirribosa) y un grupo fosfato.
Las dos cadenas de la hebra se unen de forma antiparalela mediante enlaces
de hidrógeno entre las bases, mientras el esqueleto azúcar-fosfato forma una
estructura secundaria de doble hélice
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
63
INTERCAMBIO
cia de las bases nitrogenadas. Por
tanto podemos considerar cualitativamente al ADN como un simple
muelle helicoidal. El paso de hélice
del ADN es de 34 Å (10,5 pares
de bases), mientras que los rayos
X utilizados en el experimento de
Franklin tienen una longitud de
onda de cerca de 1 Å.
Si reemplazamos los rayos X por
un puntero láser (532 nm) hemos
multiplicado la longitud de onda
5.320 veces. Por tanto necesitamos
un muelle con un paso de cerca de
0.02 mm (=34 x 5.320 Å).
Algunos materiales sencillos,
como el filamento de una bombilla o el muelle de un bolígrafo,
son más grandes, pero permiten
reproducir el experimento.
En nuestro caso utilizamos el muelle
de un bolígrafo y lo sujetamos con
una pinza para poder enfocarlo bien
con el puntero láser (imagen 4).
el láser ilumine varias muestras del
muelle. En nuestra experiencia, la
distancia entre la muestra y el puntero láser es de unos 4 cm y proyectamos el patrón de difracción
sobre una pantalla o pared blanca,
que en nuestro caso estaba situada
aproximadamente a 10 metros. Se
obtiene un patrón de difracción
semejante al de la imagen 5.
Sin embargo, si nos acercamos un
poco más y hacemos de nuevo la
fotografía podemos observar este
patrón de difracción con más detalle, identificándose máximos y mínimos, tal como vemos en la imagen 6.
En esta imagen observamos que:
• Los mínimos están relacionados con la anchura del muelle.
• Los máximos están relacionados con el paso del muelle.
RESOLVIENDO EL PATRÓN
DE DIFRACCIÓN
El patrón de difracción del muelle
se asemeja al que formarían dos
series de rendijas inclinadas entre
sí 2 a (imagen 7).
El patrón de difracción permite
determinar el paso de hélice (P) y
el radio del muelle (R), que en el
experimento real corresponderían
al esqueleto fosfórico, así como el
ancho del propio muelle (imagen 8).
El paso de hélice se obtiene de la
separación entre rendijas y el ángulo entre los patrones de difracción:
P=
d
cos a
Con la habitación o el laboratorio
totalmente a oscuras hacemos que
Imagen 4. Posición del muelle y el láser
64
Alambique
Imagen 5. Imagen obtenida de la
difracción del muelle
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
Imagen 6. Reproducción del
experimento de Rosalind Flanklin.
Difracción de un muelle
Rosalind Franklin y la estructura helicoidal del ADN
DNA: Experiments in diffraction». The
Physics Teacher, vol. 49, pp. 140-143.
FRANKLIN, R.E.; GOSLING, R.G.
(1953a): «Molecular configuration in Sodium Thymonucleate».
Nature, núm. 171, pp. 740-741.
Imagen 7. La difracción de ADN puede asemejarse cualitativamente a la difracción
de un muelle
— (1953b): «Evidence for 2-chain helix
in crystalline structure of sodium
desoxyribonucleate». Nature,
núm.172, pp. 156-157.
— (1953c): «The structure of sodium
thymonucleate fibres. I. The
influence of water content». Acta
Cryst., núm. 6, pp. 673-677.
— (1953d): «The structure of sodium thymonucleate fibres. II. The cylindrically
symmetrical Patterson function». Acta
Cryst.. núm. 6, pp. 678-685.
Imagen 8. La relación entre d, P y a se puede ver aquí, así como entre a y la
pendiente de la función sinusoidal
LESARRI, A. (2016): «CFIE: Perspectivas
Enseñanza Química Actual».
Departamento de Química y
Física. Universidad de Valladolid.
La separación entre rendijas resulta de los máximos del patrón de
difracción:
l
sen 0 max = m
d
Con m=1 para el primero y m=2,
3… para los siguientes.
Los mínimos de difracción resultan en el ancho del muelle (a)
según:
l
sen 0 min = m
a
Con m=1 para el primero y m=2,
3… para los siguientes.
diferentes mínimos y máximos
sobre la pantalla, anotando el
orden de difracción.
<www.researchgate.net/
publication/258373167_How_
Rosalind_Franklin_Discovered_
Conocidas la distancia entre el
muelle y la pantalla podemos
calcular por trigonometría los
ángulos 0min y 0max y calcular posteriormente el paso del muelle y el
radio. Se puede repetir el proceso
con la «Foto 51», am pliándola al
tamaño que tenía originalmente
(diámetro exterior 9,4 cm). ◀
the_Helical_Structure_of_DNA_
Experiments_in_Diffraction>.
[Consulta: julio 2017.]
Dirección de contacto
M.ª Elvira González Aguado
Berritzegune Central del Gobierno
Vasco. Bilbao
elvirag@berritzeguneak.eus
Referencias bibliográficas
BRAUN, G.; TIERNY, D.; SCHMITZER,
Para completar la experiencia se
pueden medir las posiciones de
Disponible en línea en:
Este artículo fue recibido en Alambique. Didáctica de
H. (2011): «How Rosalind Franklin
las
discovered the Helical Structure of
tado en abril de 2017 para su publicación.
Alambique
Ciencias Experimentales, en abril de 2017 y acep-
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
65
INTERCAMBIO
El caso de la ballena
encontrada en el
campamento militar
Anabella Garzón, Juan Gisbert, Carmen Guirado
Universidad de Almería
Vivimos en un planeta en continuo cambio que, a escala de tiempo geológico, ha
sufrido uniones y divisiones continentales, variaciones del nivel del mar, que han
ocasionado cambios en la distribución de los seres vivos que habitan en él. En
este artículo presentamos una experiencia de aula para la enseñanza de la deriva
continental siguiendo una secuencia de actividades con el soporte de distintos
tipos de recursos TIC organizados a partir de un mapa conceptual elaborado con
Cmap Tools, en el que se añaden imágenes, animaciones y enlaces a páginas
web, haciéndolo más dinámico e interactivo. La evaluación de la propuesta se ha
realizado de modo cualitativo a través de su implementación en el aula.
PALABRAS CLAVE
•
•
•
•
66
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • pp. 66-71 • octubre 2017
DERIVA CONTINENTAL
MAPA CONCEPTUAL
MOTIVACIÓN
RECURSOS
TIC
El caso de la ballena encontrada en el campamento militar
L
a enseñanza de la geología
presenta varias dificultades
dependiendo de los contenidos que se vayan a tratar en el aula. Valorar este grado
de dificultad permite seleccionar
mejor los contenidos, elegir un
nivel de formulación adecuado,
secuenciarlos de manera que facilite su aprendizaje y proponer
actividades específicas que ayuden a superar esas dificultades
(Guirado, 2012).
El objetivo de esta experiencia ha
sido implementar una propuesta
didáctica para la enseñanza de la
deriva continental, con la finalidad
de que los alumnos aprendan, asimilen y relacionen correctamente
las nociones de eustasia, isostasia
y deriva continental, entre otras,
ya que se consideran conceptos
básicos para la posterior enseñanza de la teoría de la tectónica de
placas y sus consecuencias.
Dicha propuesta se diseña tras
el análisis de otras varias presentadas por distintos autores para
la enseñanza de este contenido,
tomando como punto de partida la secuencia de contenidos
establecida por Pedrinaci y Gil
(2003) en su unidad didáctica
«¿Se mueven los continentes?», en
donde se recurre al planteamiento
de preguntas, para facilitar una
metodología por indagación. A
partir de esta secuencia hemos
modificado y adaptado algunos
aspectos adecuándola al contexto
de nuestra aula e introduciendo
en ella la utilización de diferentes recursos digitales. Partiendo
de la elaboración de un mapa
conceptual en formato digital se
presentan de manera esquemática y relacionada las ideas y conceptos más importantes. El mapa
conceptual no sólo sirve como
herramienta para ordenar y presentar los contenidos de modo
sintético e interrelacionado, sino
que constituye además un recurso didáctico para el aprendizaje
mediante indagación, al encontrar
el alumno diferentes útiles para
realizar las tareas y actividades,
facilitando así el aprendizaje significativo y funcional. El uso de
mapas o redes conceptuales favorece este tipo de aprendizaje, ya
que el conocimiento se construye
sobre la base que previamente se
conoce, además de ayudar en la
revisión y reelaboración del conocimiento. La herramienta para la
construcción de los mapas Cmap
Tools ® (2015) permite asimismo enlazar diferentes recursos
■
El uso de mapas
o redes conceptuales
favorece el aprendizaje
significativo
y funcional
Alambique
virtuales como imágenes, gráficos, vídeos, tablas, textos, páginas
webs u otros mapas conceptuales
secundarios.
El planteamiento didáctico se ha
centrado en el aprendizaje autónomo y colaborativo, alternando
trabajos individuales y de grupo y
fomentando habilidades para descubrir y resolver problemas, pero
también aquellas competencias
relacionadas con la responsabilidad, la cooperación, la discusión y
la toma de decisiones. Asimismo,
se ha facilitado la participación en
debates y puestas en común para
analizar diferentes enfoques o
posibles controversias sociocientíficas, ya que está demostrado
que favorecen un aprendizaje más
duradero y la práctica de ciertas
habilidades científicas.
El papel del profesor ha sido el
de motivar a los alumnos con
las diferentes actividades indagatorias e incitar a la reflexión; en
definitiva, ser un guía en la resolución de actividades y problemas,
revisando o concretando los contenidos ya alcanzados.
DESCRIPCIÓN
DE LA ACTIVIDAD
De forma general, y teniendo en
cuenta lo expuesto anteriormente,
se procedió con las acciones que se
muestran a continuación:
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
67
INTERCAMBIO
¿Se podría encontrar
una ballena fósil en el
campamento militar
de Viator?
■
Imagen 1. Fósil de una ballena
(Fuente: Francisco Bonilla)
•
•
Al inicio del tema, para conocer las concepciones previas del
alumnado y a modo introductorio, se les propuso una actividad reflexiva planteándoles la
siguiente cuestión: «¿Se podría
encontrar una ballena fósil
en el campamento militar de
Viator?» (Contextualización)
(imagen 1).
A partir de la información
recogida en la actividad anterior, y en consonancia con los
contenidos que pretendíamos
trabajar, se elaboró un mapa
conceptual de forma colaborativa para que ayudara a visualizar los contenidos necesarios
para resolver la pregunta planteada, así como la secuencia
de interrogantes que debían
también resolver (imagen 2).
En el cuadro 1 se muestran las
diferentes acciones realizadas
en el aula, así como su temporización:
68
Alambique
¿Se puede encontrar una
ballena fósil en Viator?
Se inició el tema con la lectura
de una noticia de prensa y planteando una pregunta previa con
la finalidad de hacer reflexionar al
alumnado sobre el hallazgo local,
en unos terrenos del que es ahora
un campamento militar, de un
esqueleto fósil de ballena bastante
bien conservado.
La actividad se hizo en grupo,
ya que la lectura cooperativa ha
demostrado ser muy útil para
aumentar las habilidades de criticar, analizar y juzgar, lo cual
favorece competencias como la
comunicación lingüística, el tratamiento de la información y la
competencia social.
¿Una corteza desigual?
Tras una breve introducción
expositiva sobre cómo y por qué
se producen los cambios en la
distribución de tierras y mares
(cambios eustáticos e isostáticos),
para una mejor comprensión de la
teoría de la isostasia se les muestra una animación (imagen 3),
desarrollada por la Universidad
de Michigan, que consiste en un
modelo que simula los efectos de
la isostasia al variar el grosor de
la corteza, la densidad de los materiales de la corteza o del manto.
Sesión
Acciones realizadas
I
Actividad: ¿Se puede encontrar una ballena fósil en Viator?
Actividad: ¿Una corteza desigual?
2
Lectura: «La aceptación de las teorías científicas».
3
Expositiva: Teoría de la deriva continental.
4
Actividad: La deriva continental es un hecho.
5
Debate y actividad: ¿Cómo son los fondos oceánicos?
6
Actividad: ¿Cómo es el interior terrestre?
7
Quiero saber más.
Cuadro 1. Tabla resumen de las acciones llevadas a cabo en siete sesiones
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
El caso de la ballena encontrada en el campamento militar
Para la puesta en práctica de este
modelo, se lanzaron varias preguntas a los alumnos: ¿Qué le
ocurrirá al bloque si aumenta su
densidad, se elevará o se hundirá?
Se observó que, tras varias simulaciones, comprendieron mejor la
Teoría de la Isostasia.
Lectura «La aceptación
de las teorías científicas»
Mediante la utilización de una lectura se analiza y valora la ciencia
como un proceso cambiante en
permanente construcción, y las
dificultades de los científicos hasta
que una teoría es aceptada. Se
pretende con ello la comprensión
de la realidad histórica de la ciencia, su evolución, sus logros y sus
problemas, así como diferenciar
las teorías fijistas de las movilistas.
Imagen 2. Mapa conceptual desarrollado con Cmap Tools1
Teoría de la deriva
continental
Imagen 3. Modelo de isostasia desarrollado por la Universidad de Michigan2
Alambique
Se analiza y discute acerca de la
teoría de la deriva continental,
sobre cuáles fueron los argumentos de Wegener para desarrollarla. En este caso, se hace uso de
una animación que muestra el
desplazamiento de los continentes
desde hace 600 millones de años
hasta la actualidad, producida por
Prentice Hall.3 Además, se realizó
una actividad de ampliación de
contenidos en la que los alumnos,
en grupos, debían buscar infor-
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
69
INTERCAMBIO
mación y realizar presentaciones
sobre las pruebas que demuestran
la veracidad de esta teoría.
Una vez desarrollada la teoría de
la deriva continental están puestas
las bases para poder explicar el
mecanismo de movimiento cortical, a través de las investigaciones sobre el interior terrestre y
de observaciones de los fondos
oceánicos, como indicadores del
motor tectónico.
¿Cómo son los fondos
oceánicos?
En este caso se recurrió a la herramienta Google Maps, donde los
alumnos pudieron observar las
grandes dorsales oceánicas del
planeta, así como analizar el fondo
de los distintos océanos y mares
y compararlos, coligiendo de ello
la distribución de sedimentos en
los océanos como explicación de
la formación del fondo oceánico.
Debido a que la mayoría de alumnos no distinguen por qué unas
veces se habla de corteza, manto
y núcleo, y otras de litosfera, astenosfera, mesosfera, núcleo interno
y núcleo externo (imagen 4), se
presentan y analizan las diferencias entre el modelo composicional y el geodinámico, así como los
datos que han llevado a establecer
ambos. Además, se estudian diferentes imágenes debido al debate
actual sobre la astenosfera.
Quiero saber más
Como actividad complementaria
se puede presentar el ejemplo de
la controversia (en este caso más
reciente y específica) entre geofísicos
y geólogos sobre la existencia y definición de la astenosfera (Fernández,
Alonso-Chaves y Anguita, 2013).
EVALUACIÓN
En la demanda de nuevas metodologías y de otras formas de enseñar,
el uso de mapas conceptuales en el
aula favorece un aprendizaje más
integrado y relacionado, minimizando el aprendizaje memorístico, descontextualizado y poco relacionado,
uno de los principales problemas
tanto en la enseñanza de las ciencias
experimentales como en otras áreas.
¿Cómo es el interior
terrestre?
Para la enseñanza de las características del interior de la Tierra,
primeramente se facilita a los
alumnos algunos datos relevantes
hallados sobre la Tierra: que la
densidad en el interior es mayor,
que el interior está más caliente que
la superficie y que la Tierra está
estructurada en capas.
70
Alambique
Imagen 4. Imagen de las distintas capas del interior terrestre según dos modelos
(tomado de Fernández, Alonso-Chaves y Anguita, 2013)
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
El caso de la ballena encontrada en el campamento militar
Los alumnos descubren
por sí mismos
las diferencias entre
las teorías fijistas
y movilistas
■
•
•
•
•
Se consiguió mantener el interés y motivación del alumnado
desde el primer momento con
la metodología empleada. Los
alumnos comentaron que el
empleo del mapa conceptual
«interactivo» con la adición
de varios recursos TIC, fue
novedoso para ellos y también resultó muy práctico para
el docente, ya que encontraba todo el material y recursos didácticos perfectamente
organizados.
La lectura «La aceptación de
las teorías científicas» tuvo
muy buenos resultados y
ayudó a los alumnos a descubrir por sí mismos las diferencias entre las teorías fijistas y
movilistas, valorando la aportación de Wegener a la ciencia.
Con la enseñanza visual de
las dorsales mediante Google
Maps se mejoró la comprensión de una dorsal o una falla.
Las metodologías empleadas fueron bastante exitosas
desde el punto de vista de la
motivación y participación
del alumnado, mejorando los
resultados en el aprendizaje.
CONCLUSIONES
3. Se puede acceder a ella mediante el
La evaluación cualitativa de la
propuesta presentada e implementada en el aula ha puesto de
manifiesto una mejora de los procesos de enseñanza-aprendizaje
de los contenidos de esta unidad
didáctica («¿Se mueven los continentes?»), facilitando la comprensión de la siguiente unidad sobre
la tectónica de placas.
siguiente enlace: www.bioygeo.info/
Animaciones/PlateMoTime.swf
Referencias bibliográficas
ALFARO, P. y otros (2013): «La tectónica de placas, teoría integradora
sobre el funcionamiento del planeta». Enseñanza de las Ciencias de
la Tierra, núm. 21(2), pp.168-180.
FERNÁNDEZ, C.; ALONSO-CHAVES,
F.M.; ANGUITA, F. (2013):
Con esta propuesta pretendemos
animar al profesorado a hacer un
mayor uso de los recursos digitales disponibles hoy día. Para ello,
consideramos que sería necesario
que los mapas conceptuales estuvieran en cierto modo «vivos»,
es decir, se compartieran en la
red en tiempo real entre docentes
y alumnado con el fin de poder
modificarlos, añadir nuevos conceptos y ampliarlos, para lograr
un aprendizaje más relacionado y
holístico. ◀
«Astenosfera: ser o no ser».
Enseñanza de las Ciencias de la
Tierra, núm. 21(1), pp. 2-15.
GUIRADO, C. (2012): «Propuesta
metodológica para abordar el
aprendizaje de la deriva continental
en el aula». Trabajo fin de máster.
Universidad de Almería.
OLIVERAS, B.; SANMARTÍ, N. (2009): «La
lectura como medio para desarrollar
el pensamiento crítico». Educación
química, núm. 20(1), pp. 233-245.
PEDRINACI, E.; GIL, C. (2003): Biología
y geología. Proyecto Ecosfera. 4.º
de Secundaria. Madrid. SM.
Notas
*
Agradecimientos: a Emilio Pedrinaci,
por sus orientaciones, sus enseñanzas, por su saber hacer, por su saber
ser.
1. Se puede acceder a él y ver toda la
Direcciones de contacto
Anabella Garzón Fernández
Juan Gisbert Gallego
Carmen Guirado Gutierrez
Universidad de Almería
información a través del siguiente
agarzon@ual.es
enlace: http://bit.ly/2xhuHtU
jgisbert@ual.es
2. Dicha simulación podemos verla en
clguirado@gmail.com
la siguiente página web:
www.globalchange.umich.edu/
Este artículo fue recibido por Alambique. Didáctica
globalchange1/current/lectures/
de las
topography/isostasy.swf
aceptado en abril de 2016 para su publicación.
Alambique
Ciencias Experimentales, en abril de 2016 y
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
71
IDEAS PRÁCTICAS
EXPERIENCIAS
INFORMACIONES
Resonancia
Mediante dos sencillos experimentos se puede analizar en un laboratorio básico de física tanto matemática como cualitativamente el fenómeno de la resonancia. La propuesta son dos dispositivos que
de manera económica y no demasiado complicada se pueden armar en los laboratorios para el estudio del fenómeno.
Finalidad de la actividad: Ilustrar el fenómeno de la resonancia de forma sencilla a nivel mecánico de forma
que los alumnos estén más preparados para entender el papel que ésta juega en diferentes esferas de la vida,
por ejemplo en la detección de ondas electromagnéticas, ya que la sintonización en el mundo de la radio, la
televisión, los móviles, etc. se basa justamente en la respuesta de circuitos resonantes a las ondas de determinada frecuencia que inundan el medio ambiente.
Contenidos: El péndulo, la energía, trabajo, frecuencia, movimiento oscilatorio, sonido.
Destinatarios: Alumnos de ESO, bachillerato y público en general.
Duración: Una hora.
Recursos materiales necesarios: Fuente de alimentación, plato de tocadiscos, soporte y pinzas de laboratorio, bola maciza, cuerda, quita vueltas, caja de madera, cuerda de guitarra y tensores.
Introducción
Para ilustrar el concepto de resonancia es frecuente acudir al ejemplo del columpio. Como sabemos, este ejercicio consiste en hacer
continuos movimientos de vaivén, tal y como los realiza un péndulo. También sabemos que un columpio no puede ser autopropulsado, por eso al niño o la niña se le separa del punto de equilibrio y
se le deja caer libremente. Si no hubiera pérdida de energía debida
a resistencias volvería a esa posición al cabo de cierto tiempo
(período) para seguir el movimiento sin ningún amortiguamiento
(imagen 1). Pero en el trayecto hay pérdidas de energía y esto sig- Imagen 1. El columpio como péndulo
nifica perder amplitud. Para solucionarlo caben dos soluciones: una
aplicada por la niña y otra por su
abuelo, que es quien la ha llevado
al parque.
La niña puede alcanzar el punto
inicial después de un ciclo, porque
cuando pasa por sus proximidades
arquea el cuerpo, eleva sus piernas
y tira con sus brazos de las cuerdas
haciéndolas más cortas, por lo que Imagen 2. Pies y manos de la niña
Imagen 3. Piernas y manos de la niña
AlambiqueAlambique
Didáctica de las
Didáctica
CienciasdeExperimentales
las Ciencias Experimentales
• núm. 90 • • pp.
núm.
73-75
90
• octubre 2017
73
IDEAS PRÁCTICAS
EXPERIENCIAS
eleva su centro de masas la altura necesaria para compensar la pérdida de energía por rozamiento (imágenes 2 y 3).
El abuelo puede compensar la pérdida de energía aplicando una fuerza en la espalda de la niña cada vez que
llegue al punto inicial en un pequeño desplazamiento, para, así, realizar trabajo. Eso se llama ponerse en resonancia con el péndulo niño.
La resonancia es pues un fenómeno que se produce cuando un cuerpo capaz de oscilar es sometido a la acción
de una fuerza periódica, cuyo período de actuación se acerca al período de vibración propio de dicho cuerpo. De
esta forma, una fuerza relativamente pequeña, aplicada en forma repetida, hace que la amplitud de un sistema
oscilante se haga muy grande. Tal resultado puede ser modelizado para hacerlo susceptible de medidas en el
aula o en el laboratorio.
Experiencia 1. Resonancia mecánica
Disponemos encima de la mesa un plato de tocadiscos de un aparato desechado para así poder alimentar su pequeño motor con varias tensiones. También
colocamos sobre la mesa un soporte con su nuez y pinza de la que cuelga un
péndulo. A la cuerda del péndulo se le anuda otra cuyo extremo final llevará
un quita vueltas (piecita de pescador para que la cuerda no se retuerza). Éste
se sujeta con cinta fuerte a la periferia del plato con el fin de que cuanto éste
dé vueltas tire de la cuerda del péndulo cada vez que se sitúe en el punto más Imagen 4. Montaje del dispositivo
alejado de ella. En la imagen 4 no habrá duda del montaje. Las medidas no
son críticas y podemos jugar con ellas.
Alimentaremos el plato para que gire a 45 rpm. El alumno puede calcular su
período (4/3 s) y la frecuencia (3/4 Hz).
Para que el péndulo reciba el tirón (la fuerza periódica) con la misma frecuencia, ¿qué longitud debe tener su cuerda? El alumno puede utilizar la expresión
típica del péndulo y calcular que son aproximadamente 44 cm. Con esa medi- Imagen 5. Péndulo y plato en
movimiento
da apreciaremos cómo el péndulo aumenta su amplitud y cómo tocadiscos y
péndulo están en resonancia (imagen 5).
Variando la tensión aplicada modificamos la velocidad angular del plato y podremos observar que el sistema deja
de ser resonante. Todo ello puede apreciarse mejor en la referencia web que al final del artículo sugiero.
Experiencia 2. Resonancia acústica
Construimos una caja resonante de madera cuyas medidas pueden ser 15 x 80 x 6 cm. En un lateral se abren dos
orificios de unos 5 cm de diámetro. Su aspecto es el de un sonómetro de laboratorio, por lo que en el caso de
poseerlo evitamos la construcción. Las cajas de resonancia son un componente importantísimo de la gran mayoría
de instrumentos acústicos, principalmente de cuerda y percusión, y su finalidad consiste en amplificar o modular
un sonido (en los instrumentos de cuerda generalmente a través de un puente).
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Alambique
Didáctica
Didáctica
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las
las Ciencias
Ciencias
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Experimentales
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Física
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IDEAS PRÁCTICAS
EXPERIENCIAS
INFORMACIONES
La cuerda de guitarra que vemos en la imagen 6 la someteremos a tensión entre dos
hembrillas mediante un tensor de cables de
venta en ferreterías. Dos pequeños trozos
de listón cortados a modo de trastes nos
ayudarán a buscar una nota predominante,
preferentemente la de 440 Hz por ser la del
diapasón patrón y más frecuente en los cen- Imagen 6. Caja de resonancia,
tros de enseñanza. Así que vamos a tratar cuerda y tensor
de poner cuerda y diapasón en resonancia.
Para encontrar la distancia entre los listoncitos en busca de la frecuencia
deseada contaremos con la ayuda de una aplicación con afinador – n-Track
Turner–, existente tanto en IOS como en Android, gratuita y de uso muy
sencillo. Hacemos vibrar la cuerda y separamos los trastes hasta que la pantalla del iPad indique La (imagen 7).
Imagen 7. Captura en el iPad del
afinador
Imagen 8. Salto del papelito
Una vez conseguido esto, colocaremos pequeños y ligeros papelitos sobre la cuerda en la zona que hemos preparado entre los listoncitos. A continuación golpeamos el diapasón y colocamos su mango sobre la cuerda. ¿Qué
ocurre? Los papelitos vibran, pero el que se ve saltar es el colocado en un vientre. Podemos probar, en el caso de
que dispongamos de él, con un diapasón de 880 Hz. ¿Qué ocurrirá? (imagen 8)
A partir de aquí toda persona interesada puede profundizar en este fenómeno que tiene una gran cantidad de
aplicaciones en el mundo de la tecnología, y además está presente en multitud de situaciones de la vida real,
tanto en el ámbito doméstico como en la vida pública o los entornos laborales.
Referencias bibliográficas
ANTA, A.; SANCHO, C. (2011): «Experimentos e investigación en física», en CAAMAÑO, A. (coord.): Física y Química:
Investigación, innovación y buenas prácticas. Barcelona. Graó, pp. 105-129.
CAAMAÑO, A. (2003): «Los trabajos prácticos en ciencias», en JIMÉNEZ, M.P. y otros: Enseñar ciencias. Barcelona. Graó, pp. 95-118.
GARCIA MOLINA, R. (2011): «Ciencia recreativa: un recurso didáctico para enseñar deleitando». Revista Eureka sobre
Enseñanza y Divulgación de las Cencias, núm. 8, pp. 370-392.
Bibliografía web
•
www.youtube.com/watch?v=2rfa09Z1tfk&t=24s
César Sancho Martín
csanchom@educacion.navarra.es
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
75
IDEAS PRÁCTICAS
RECURSOS PARA EL AULA
Atlas de histología vegetal y animal
Sitio web dedicado al aprendizaje de la biología celular e histología de plantas y animales. Ofrece
itinerarios de aprendizaje guiados, secciones con ejercicios de autoevaluación, análisis de imágenes,
técnicas histológicas y microscopía virtual (www.mmegias.webs2.uvigo.es/inicio.html).
Adecuación del material a los objetivos
El objetivo que impulsó la creación de este sitio en
Internet fue, y sigue siendo, hacer una herramienta didáctica en castellano y de libre acceso para el
aprendizaje de la citología y la histología. Este año se
cumplen diez años de la publicación de las primeras
páginas. Siguiendo una misma estructura, se diseñaron
diferentes apartados donde se guía al usuario por sus
contenidos. Uno está dedicado a la biología celular y a
los principales compartimentos de la célula. Los tejidos
animales y vegetales se abordan por tipos, incluyendo
numerosas imágenes para la identificación de estructuras. Los órganos animales y vegetales están agrupados
en sistemas, analizándose cada uno de ellos en detalle.
Contiene, además, una sección de técnicas básicas de
laboratorio donde se expone cómo se procesan las
Página de inicio
muestras, incluyendo protocolos técnicos detallados.
En cada uno de estos apartados se puede practicar la
identificación de estructuras celulares y tisulares con
imágenes interactivas, así como realizar ejercicios de
autoevaluación. Además, hay una sección de microscopía virtual con imágenes de alta resolución, una
sección de descargas con todo el contenido del sitio en archivos con formato pdf y un amplio glosario de términos.
Recientemente se ha comenzado una sección con archivos de sonido en formato mp3 para escuchar el contenido
de cada página. En conjunto hay más de cuatrocientas páginas con contenidos.
Puntos fuertes y puntos débiles
En nuestra opinión hay varios aspectos que aportan valor a este sitio como recurso didáctico:
1 Estructura en itinerarios que cubren la mayor parte de los aspectos de la biología celular, histología y organografía vegetal y animal.
2 Contenidos actualizados y con diferente nivel de complejidad.
3 Abundancia de imágenes y esquemas originales.
4 Interactividad: imágenes de entrenamiento y microscopio virtual.
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Didáctica de
de las
las Ciencias
Ciencias Experimentales
Experimentales
Alambique
Didáctica
Tándem Didáctica
de la Educación
Física • núm. 47
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IDEAS PRÁCTICAS
RECURSOS PARA INFORMACIONES
EL AULA
5 Aprendizaje autónomo: ejercicios tipo test y de identificación de imágenes.
6 Libertad de uso: licencia «Creative Commons by-nc-sa».
Averiguar si el objetivo inicial se está cumpliendo o no supone preguntar a
los usuarios, lo que es inalcanzable por ser éstos anónimos. Sin embargo,
un indicador de la difusión de un sitio en Internet se mide habitualmente
por el número de visitas que recibe. En nuestro caso, el contador de visitas
(Google Analytics) muestra que en el año 2016 hubo más de un millón y
medio de usuarios únicos, y hasta marzo de 2017 de casi cuatrocientos mil.
Por otra parte, el sitio carece de contenidos relacionados con la bioquímica,
la genética o la fisiología de los órganos. Aunque potencialmente podría
atraer a usuarios interesados en estos campos, introducir estos apartados
probablemente desvirtuaría el enfoque actual de las diferentes secciones
que actualmente están disponibles.
Cómo se puede usar en el aula o en casa
En este sitio web se abordan diversos aspectos de la biología celular y la
histología con distintos grados de complejidad en sus contenidos. La organización de éstos y sus herramientas está pensada para que cualquier persona interesada en la biología celular y la histología encuentre en ellos un
recurso didáctico. Es potencialmente útil para estudiantes de enseñanzas
medias, tanto para secundaria y bachillerato como para ciclos de formación
profesional relacionados con la rama sanitaria.
En el aula, el profesor puede emplear las imágenes y esquemas como
soporte para las clases. Además, es posible hacer ejercicios en tiempo real
en un aula con ordenadores o en una pantalla electrónica conectada a
Internet. Al contar el atlas con una licencia «Creative Commons by-nc-sa»,
se puede usar, distribuir y modificar el contenido sin restricciones (exceptuando propósitos comerciales y citando
el crédito de los autores); por tanto, el profesor podrá adaptar los contenidos a sus necesidades didácticas, modificarlos o complementarlos como considere oportuno. Fuera del aula, el alumno encontrará útiles los textos, los
ejercicios de autoevaluación y las imágenes y esquemas para complementar y reforzar los contenidos de clase.
Además de facilitar su aprendizaje autónomo, los contenidos pueden utilizarlos para presentaciones y trabajos
de aula.
Manuel Megías Pacheco
Manuel Ángel Pombal Diego
Pilar Molist García
mmegias@uvigo.es
pombal@uvigo.es
pmolist@uvigo.es
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
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IDEAS PRÁCTICAS
RECURSOS PARA EL AULA
Proyecto EDIA. Recursos educativos abiertos para aprendizaje por
proyectos para física y química y biología y geología en secundaria
Los recursos educativos abiertos del proyecto EDIA ofrecen materiales para el desarrollo del currículo de
las materias de ciencias en ESO con metodología ABP (aprendizaje basado en proyectos). Son adaptables a cada docente y grupo-clase ya que incluyen los archivos fuentes y cuentan con licencia CC BY-SA.
Finalidad del material o recurso y destinatarios
El principal objetivo de estos recursos es ofrecer a los
docentes materiales educativos completos que les permitan plantear y desarrollar en el aula experiencias de
aprendizaje activo e introducir la metodología de aprendizaje basado en proyectos en el aula. Se trata de facilitar que cualquier docente de las materias de biología y
geología y de física y química de ESO pueda llevar a cabo
estas experiencias contando con un recurso completo
que incluya todos los documentos, guías y materiales
complementarios que él y su alumnado van a necesitar
Página web oficial del Centro Nacional de Desarrollo
para este proyecto de aula. Por tanto, los destinatarios de Curricular en Sistemas no Propietarios. Sección «Recursos»:
estos materiales son tanto los docentes de estas materias http://cedec.educalab.es/es/ccnn/1640-reaciencassec
como sus alumnos. Del mismo modo, se trata de materiales muy útiles para los formadores del profesorado.
Al mismo tiempo, estos recursos educativos abiertos del proyecto EDIA ofrecen modelos de contenidos abiertos,
multimedia y basados en ABP que permiten que otros docentes o entidades puedan generar sus propios recursos
para el aula siguiendo este modelo o directamente modificando y adaptando los materiales publicados por CeDeC.
La filosofía REA con la que estos contenidos son publicados conlleva, por último, la generación de comunidades
de cooperación entre docentes, quienes comparten sus materiales, generan nuevos recursos y los ponen a disposición de toda la comunidad educativa.
Se encuentran disponibles estos cuatro proyectos: dos para biología y geología («Geoaventura» y «La curiosidad es
saludable»), y dos para física y química («¿Es magia? No. Son reacciones químicas» y «Deconstruyendo la materia»).
Los proyectos están organizados en tareas, en las cuales se realizan actividades individuales y en equipo. También
se elabora un producto final (redacción de una ponencia para una jornada, la organización de una feria, la elaboración de un videoblog, la creación de un mural virtual). Todas las tareas se evalúan mediante rúbricas de evaluación (una por cada tarea) que, después, se reflejan en un resultado final. No obstante, su carácter de recurso
educativo abierto permite que el profesorado adapte la propuesta a la realidad de su aula, incorporando nuevos
elementos o utilizando sólo algunos de los existentes
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Alambique
Didáctica
Didáctica
deEducación
las
las Ciencias
Ciencias
Experimentales
Experimentales
Tándem Didáctica
de lade
Física
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IDEAS PRÁCTICAS
RECURSOS PARA INFORMACIONES
EL AULA
Adecuación y valoración del material
El análisis y valoración de los recursos tiene en cuenta su carácter innovador (tecnológica y metodológicamente) y su
capacidad para propiciar y apoyar cambios reales en los modelos de aprendizaje. Estos criterios generales se completan
con el estudio y la evaluación de la facilidad de su acceso y uso por parte de los destinatarios: docentes y alumnos.
Los recursos educativos abiertos del proyecto EDIA ofrecen materiales amplios, completos y –tecnológica y,
sobre todo, metodológicamente– innovadores. Cualquier docente puede aplicarlos o tomarlos como modelos bien para su uso directo en el aula, o bien para diseñar o complementar experiencias educativas basadas
en metodologías activas, especialmente centradas en el ABP.
Los principales retos para estos recursos son, en primer lugar, conseguir que su difusión llegue a un número
mayor de docentes y alumnos. Al mismo tiempo, sería muy interesante ofrecer versiones de los mismos más
simplificadas y que ofrezcan un formato rápido de usar sobre todo para dispositivos móviles y pensando en los
nuevos modelos de búsqueda de información que los adolescentes, principales destinatarios de estos REA, usan
diariamente.
Orientaciones sobre el posible uso del material o el recurso en el aula
y actividades que puedan realizarse a partir él
La metodología planteada es la del aprendizaje basado en proyectos. Cada contenido facilita al alumnado desarrollar, con el resto de estudiantes, diferentes proyectos que les llevarán a aprender los contenidos del currículo
de las materias y a adquirir las competencias básicas de forma integrada.
Cada recurso permite el desarrollo completo del proyecto planteado, de tal forma que todas las actividades y
horas de clase estén dedicadas al proyecto. También pueden usarse sólo partes del recurso para completar y
ampliar otras experiencias de aula.
Los materiales pueden ser usados en el aula de diferentes maneras:
• Proyectados en pizarra digital para guiar el aprendizaje del alumnado.
• Como material de aula en las tabletas u ordenadores del alumnado.
• Incorporados a plataformas de aprendizaje virtual, páginas web o blogs de aula a los que los estudiantes
tengan acceso dentro y fuera del centro educativo.
El carácter de recursos educativos abiertos hace que estos materiales puedan ser modificados y adaptados por
cada docente para que la propuesta se ajuste a las características del alumnado de cada grupo con la herramienta
libre de autor exelearning.
Cristina Valdera López
Miguel Ángel Pereira Baz
cristina.valdera@mecd.es
miguelangel.pereira@mecd.es
Alambique
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
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IDEAS PRÁCTICAS
COLECCIÓN
FORMACIÓN DEL PROFESORADO. EDUCACIÓN SECUNDARIA
BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA
Complementos de formación disciplinar
P. CAÑAL (COORD.) / P. ALFARO / M. ARÁNZAZU / O. BARBERÁ
15,20 €
Ebook 12,40 €
Núm. 2. Vol. I
Y OTROS
La profesión docente exige una dedicación constante al estudio y a la actualización de los conocimientos. Para un buen profesor de ciencias es imprescindible estar al corriente de las
nuevas interpretaciones y hallazgos sobre la realidad material que produce la ciencia, saberes que deben incorporarse al discurso del aula. En esta obra se incluye, por tanto, un conjunto de complementos de formación sobre Biología y Geología que resultan necesarios para
la enseñanza de estas materias en la educación secundaria, junto con los planteamientos didácticos y las bases requeridas para desarrollar una docencia de calidad que aportan el segundo y tercer volumen de esta trilogía.
DIDÀCTICA DE LA BIOLOGÍA Y LA GEOLOGÍA
P. CAÑAL (COORD.) / A. DE PRO / L.
S. GARCÍA-BARROS Y OTROS
DEL
CARMEN /
Núm. 2. Vol. II
Para enseñar ciencias no basta con conocer esta disciplina. Por una parte, porque es preciso acceder a un conocimiento didáctico del contenido que es específico del docente.
Por otra, porque el profesor necesita un saber especializado para seleccionar, implementar y evaluar las metas y las estrategias de enseñanza que resultan idóneas en cada
contexto. Este volumen incluye las principales aportaciones actuales de la didáctica de la
Biología y la Geología sobre los problemas relativos a qué, cómo y cuándo enseñar y
evaluar estas materias en la educación secundaria.
Ebook 12,70 €
BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA
Investigación innovación y buenas prácticas
P. CAÑAL (COORD.) / M. CANO / A.
15,20 €
Ebook 12,40 €
DE
PRO / M.J. HERNÁNDEZ
15,50 €
Núm. 2. Vol. III
Y OTROS
En la enseñanza de las ciencias, tan relevante es para el profesor poseer unos sólidos fundamentos teóricos para la actuación profesional, como disponer de los saberes metodológicos necesarios para una adecuada intervención docente en la práctica del aula. Este volumen aporta criterios y posibles pautas de actuación docente inspiradas en el conocimiento actual en Didáctica de las ciencias, así como ejemplos concretos y amplias
referencias sobre buenas prácticas en la enseñanza de estas materias, contenidos que
pueden ser útiles tanto para el profesor en formación inicial como para el docente en ejercicio que desee potenciar su desarrollo profesional.
www.grao.com
graoeditorial@grao.com
INFORMACIONES
Reseñas
La competencia
en alimentación
CABELLO, A.; ESPAÑA, E.; BLANCO Á.
Barcelona. Octaedro, 2016
Muchos han sido los medios de
comunicación que recientemente
se han hecho eco de la nueva
pirámide alimentaria. Algunos
señalan que los suplementos
como la vitamina D o los folatos
se incluyen como novedad en
la cúspide de la pirámide; otros,
que se recomiendan 10.000
pasos diarios de caminata para
responder a un equilibrio energético y no caer en el sedentarismo,
que conlleva al sobrepeso y la
obesidad. Y es que cuidarse está
de moda. Cada vez son más las
personas que cuidan su alimentación y regulan su actividad física
diaria para tener un estilo de vida
saludable. No obstante, teniendo
en cuenta los altos índices de
sobrepeso y obesidad infantiles,
hemos de pensar que algo estamos haciendo mal. Hemos de
reflexionar más allá de las modas
para llegar a lo más profundo
del problema: no sabemos comer
adecuadamente.
De cómo podemos trabajar la competencia en alimentación en las
escuelas trata este libro. En general
presenta una lectura fácil y amable con respecto a los diferentes
temas que atañen a la competencia en alimentación. En el primer
capítulo, se desarrolla el origen de
trabajar por competencias como
herramienta en el sistema educativo español, recomendado por la
Unión Europea, para organizar el
trabajo del aula en torno a problemas auténticos y útiles para la vida
real, señalando la importancia de
asociar los aprendizajes científicos
del aula con los problemas y preocupaciones humanas en tres grandes ámbitos: la salud, el medio
ambiente y la comunicación.
En el capítulo dos –referido al
contexto de la alimentación– se
traza un recorrido por la situación
actual española basado en el estudio ALADINO –en el marco de la
estrategia NAOS– u otros como
el estudio EnKid. Así, se determinan los factores determinantes
de salud que intervienen en la
alimentación, como por ejemplo
el perfil calórico de la dieta de los
jóvenes españoles (parece ser que,
Alambique
según las últimas investigaciones
realizadas, los jóvenes toman más
lípidos y menos carbohidratos de
los que debieran), sus alimentos
preferidos y rechazados (demasiada carne, pescado, huevos y
grasas, y menos cereales, verduras
y hortalizas de lo recomendado),
o la ingesta de fibra (consumimos
menos fibra de la que debiéramos,
con las consiguientes alteraciones
digestivas que ello conlleva, entre
otras el estreñimiento), minerales y
sal. Atendiendo a esto último, los
autores señalan por ejemplo que la
cantidad de sal que los españoles
consumimos diariamente duplica
la recomendada por la OMS (9,8 g
consumidos contra 5 g recomendados).
En el siguiente capítulo, los autores indican cómo la FSA (Food
Standards Agency) del Reino
Unido recoge en 2009 el marco de
competencias en alimentación en
cuanto a las habilidades y conocimientos esenciales sobre alimentación, con el objetivo de ayudar
a los jóvenes a tomar decisiones
más saludables que les beneficien
a lo largo de su vida. A partir de
esto, se define la competencia en
alimentación como la capacidad
de una persona para alimentarse de
forma saludable durante su vida,
lo que implica seleccionar correctamente los alimentos que han de
configurar su dieta y prepararlos
de forma segura para su ingestión.
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • pp. 81-85 • octubre 2017
81
INFORMACIONES
Se determinan aquí y se describen
particularmente cuáles son cada
una de las dimensiones que caracterizan la competencia en alimentación:
• Los alimentos y su composición en nutrientes, a partir
de pirámides de alimentos en
todas sus variantes («mi plato»,
rueda de los alimentos, rombo
de los alimentos, diagramas de
diferentes países…) y el pragmatismo de tales conocimientos a la hora de seleccionar
los alimentos basándose en la
lectura de etiquetas, lo cual
resulta de gran interés.
• El funcionamiento del cuerpo
con respecto a la nutrición
(esto es, el requerimiento
energético y nutricional) y la
distribución de las comidas a lo
largo del día.
• Cocinar o saber cómo preparar
los alimentos, entendiendo los
diferentes métodos: freír, cocer,
al vapor, al horno…, lo cual
también implicará un mayor o
menor aporte calórico de los
alimentos que seleccionemos
e, indirectamente, reducirá el
consumo de platos preparados.
• Cultivo y elaboración de alimentos, para conocer mejor la
procedencia de los productos
básicos, la estacionalidad, el
origen, las condiciones necesarias, las técnicas agrícolas
básicas o la tecnología de los
alimentos.
82
Alambique
•
•
•
Otra dimensión importante es
la selección de alimentos a la
hora de hacer la compra, con
un presupuesto determinado y
teniendo en cuenta la publicidad y la mercadotecnia asociada.
Comer en compañía parece ser
otro de los aspectos que tiene
múltiples beneficios en la mejora de la calidad de la dieta;
y por último, pero no menos
importante.
La actividad física necesaria
para mantener un equilibrio
energético entre lo que ingerimos –que generalmente suele
ser superior a nuestras necesidades– y lo que gastamos.
Llegados a este punto, corresponde en el cuarto capítulo orientar
sobre cómo se trabajaría la competencia en alimentación en el aula
de secundaria (y puntualmente
en primaria). Para ello los autores
proponen una serie de actividades,
descritas a modo de ejemplos,
donde se señalan los objetivos, las
dimensiones y el nivel educativo al
que va dirigida cada una de ellas.
Resulta un material relevante para
utilizar en materia de alimentación,
al margen del libro de texto, al
proponer actividades en algunos
casos manipulativas y útiles para la
vida diaria de nuestro alumnado.
Algunas de estas propuestas pueden emplearse también durante
la formación del profesorado en
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
asignaturas relacionadas con la
salud y la alimentación en la infancia; por ejemplo, la simulación de
una dieta virtual, la elaboración de
encurtidos o de yogur, o presentar
en fotografías equivalencias nutricionales o energéticas de diferentes alimentos de uso común.
Finalmente, en el capítulo cinco
se proponen una serie de recursos web descargables, tanto de
organismos oficiales relacionados
específicamente con la nutrición
(AECOSAN) como de algunas
comunidades autónomas y otras
entidades que han elaborado sus
propios materiales divulgativos.
Este apartado resulta muy adecuado por la cantidad de contenidos sobre alimentación que se
pueden trabajar en los diferentes
niveles educativos, con diferente
grado de profundización en los
mismos.
En definitiva, se trata de un libro
recomendable para introducirse en
la competencia en alimentación y
muy útil para profundizar en los
enlaces y recursos que proponen,
tanto en el ámbito escolar como
universitario.
Beatriz Mazas Gil
bmazas@unizar.es
Didáctica de la química
universitaria:
Unidades didácticas en temas
torales de la Química
BELLO, S. (coord.)
México. UNAM, 2016
No son habituales las monografías
sobre la didáctica de la química a
nivel universitario. El libro digital
que reseñamos constituye una
notable excepción. Didáctica de
la química universitaria es una
reciente publicación fruto del
conocimiento didáctico y la dedicación de un amplio grupo de profesores, miembros del Seminario de
Investigación Educativa en Química
(SIEQ), formado en su mayor parte
por profesores de la Facultad de
Química de la Universidad Nacional
Autónoma de México (UNAM).
La obra es el resultado del proyecto de investigación «Didáctica
de la Química Universitaria.
Construcción del conocimiento en
el aula y el laboratorio». No es esta
la primera publicación del SIEQ; ya
en 2008, se publicó Hacia el cambio conceptual en el enlace quími-
co, que constituía una propuesta
constructivista para mejorar el
aprendizaje del enlace químico en
bachillerato y licenciatura, también
bajo la coordinación de Silvia Bello.
Tampoco es frecuente encontrar
equipos de profesores de química
universitarios tan implicados en
la mejora de la enseñanza de la
química. Probablemente no es
ajeno a este interés el liderazgo
del recientemente fallecido y coautor de esta publicación, Andoni
Garritz, que orientó gran parte de
su carrera universitaria a la investigación didáctica en química y fue
fundador de la revista Educación
Química, así como la participación
de muchos de los profesores de la
Facultad de Química de la UNAM
en la organización de congresos
de enseñanza de las ciencias para
profesorado no universitario, y en
cursos y proyectos de formación
del profesorado de química de
bachillerato y universitario.
Didáctica de la química universitaria consta de seis capítulos, cada
uno de los cuales aborda un tema
o unidad que pertenece al programa oficial de una asignatura
de los planes de estudio vigentes
en la Facultad de Química de la
UNAM o en la Facultad de Estudios
Superiores (FES) Cuautitlán. El primero de ellos, de Andoni Garritz y
Plinio Sosa, aborda los conceptos
de química, sustancia y reacción
Alambique
química. El segundo, de Pilar Rius y
Ana María Martínez, describe cómo
exploramos y modelamos la estructura de los átomos. El tercero trata
del tema central de la química: el
estudio de las reacciones químicas;
son sus autoras Gisela Hernández,
Norma Mónica, Elizabeth Nieto y
Flor de María Reyes. El cuarto, de
Mercè Izquierdo, Andoni Garritz y
Glinda Irazoque, se adentra en el
concepto de la reversibilidad de las
reacciones químicas. El quinto, de
Margarita Rosa Gómez, examina la
aplicación de las reacciones redox
al análisis químico. Y, por último, el
sexto aborda la didáctica del enlace
químico, uno de los grandes logros
del intelecto humano, tal como lo
define su autora, Silvia Bello.
Una característica común a todos
los capítulos es que se enfocan
desde una perspectiva de construcción del conocimiento con la participación activa del alumnado. Por
ello, las orientaciones didácticas se
complementan con la presentación
de actividades secuenciadas para
los estudiantes, que tienen como
objetivo resolver las dificultades
conceptuales y ayudar a la modelización de los procesos que se
estudian. Cada unidad didáctica
comprende una breve síntesis conceptual y una propuesta didáctica
que se ha elaborado a partir del
reconocimiento de las ideas previas
de los estudiantes y del conocimiento pedagógico del contenido
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
83
INFORMACIONES
(CPC) de los docentes. El CPC
contempla aspectos como el desarrollo histórico de los conceptos,
las experiencias de cátedra, la resolución de problemas, analogías,
ejercicios e instrumentos de evaluación. A través de la realización
de las actividades propuestas se
pretende desarrollar competencias
como la argumentación, la indagación, la búsqueda y selección de
información y el trabajo en equipo. Todas las unidades han sido
experimentadas con estudiantes
de las facultades antes citadas y
en cursos curriculares y en otros
contextos, por los propios autores
y por otros profesores.
En el prólogo se indica que este
libro está dirigido a los docentes de
nivel de licenciatura, que se supone que enriquecerán las propuestas didácticas a partir de su propia
experiencia. En nuestra opinión
también puede ser de gran utilidad
para los profesores de química
de enseñanza secundaria, especialmente de bachillerato. No nos
queda más que recomendar esta
excelente monografía. Cualquier
profesor de química encontrará en
su lectura ideas y reflexiones didácticas extremadamente útiles para
sus clases y también una propuesta
concreta de actividades de carácter
constructivista que, a buen seguro, ampliarán el «conocimiento
pedagógico del contenido» de la
asignatura que imparte.
84
Alambique
Se puede acceder al libro digital en
el enlace: http://depa.fquim.unam.
mx/sieq/publicaciones.htm
V Congreso de Docentes
de Ciencias
Madrid (España), abril de 2018
Aureli Caamaño
aurelicaamano@gmail.com
Encuentros
XXVIII Encuentro
de Didáctica de las Ciencias
Experimentales
A Coruña (España), 2018: fechas
por confirmar
Organizado por la Universidade
da Coruña y APICE (Asociación
Española de Profesores e
Investigadores de Didáctica de las
Ciencias Experimentales), estos
encuentros de didáctica de las
ciencias experimentales se celebran
cada dos años y reúnen a profesores de ciencias e investigadores
en el ámbito de la didáctica de las
ciencias. Constituye una buena
oportunidad para presentar trabajos y ponerse al día en investigación e innovación educativa, así
como para intercambiar ideas.
www.apice-dce.com
Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
Organizado por el Colegio
Profesional de la Educación de la
Comunidad de Madrid (CDL),
la editorial Santillana y el Grupo
de Investigación EPINUT de la
UCM, desde 2010 y con carácter
bianual, el Congreso de Docentes
de Ciencias (Jornadas sobre
Investigación y Didáctica en ESO y
bachillerato) plantea el debate, la
reflexión y la elaboración de propuestas para la enseñanza y aprendizaje de las ciencias.
www.epinut.org.es
V Congreso Internacional
de Educación
Zinacantepec y Ciudad de México, del
13 al 16 de marzo de 2018 en versión
presencial (CIECAL y UNAM) y, en
versión en línea, del 20 al 31 de marzo
de 2018
Organizado por el Centro
de Investigación de Estudios
Comparados de América Latina
(CIECAL) y el Instituto de Estudios
Históricos y Económicos de la
Universidad Complutense de
Madrid, en colaboración con
el Centro de Ciencias de la
Complejidad (C3) de la UNAM,
este congreso se celebrará en su
versión presencial en las instalaciones del CIECAL, en Zinacantepec
(próximo a Toluca, México). El 16
de marzo se clausurará junto al
Quinto Seminario de Pensamiento
complejo, Transdisciplinariedad,
Pensamiento conjunto y Educación
en la UNAM, en Ciudad de
México.
Las líneas de trabajo del congreso
son las siguientes:
• Educación del presente.
• Educación del futuro.
• Realidad de los docentes.
• Intereses de los estudiantes.
• Investigación básica sobre educación.
• Investigación de intervención
sobre educación.
• Tema abierto.
XII Conference of European
Researchers in Didactics of
Biology (ERIDOB 2018)
Zaragoza (España), del 2 al 6 de julio
de 2018
Esta conferencia se celebra cada
dos años en diferentes ciudades europeas. En esta ocasión,
organizada conjuntamente por
las universidades de Zaragoza y
Santiago de Compostela, la XII
Conferencia de Investigadores
Europeos sobre Didáctica de la
Biología (ERIDOB 2018) se celebrará en la ciudad de Zaragoza.
Se trata de un congreso que recoge aportaciones relacionadas con la
didáctica de la biología, en general,
y de la investigación educativa en
ese ámbito concreto, en cualquiera
de los niveles educativos.
XV Congreso Internacional
de Ciudades Educadoras:
La ciudad pertenece a las
personas
Cascais (Portugal), del 13 al 16
de noviembre de 2018
Organizado por la Asociación
Internacional de Ciudades
Educadoras (www.edcities.org)
cada dos años, este congreso se
convierte en un espacio de diálogo, intercambio y reflexión que
reúne a presidentes, concejales
y técnicos de municipios y otras
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Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017
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