Alambique 90 by Editorial Graó

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Didรกctica de las Ciencias Experimentales

Número 90, Año XXIII Segunda época Octubre 2017 Publicación trimestral La suscripción anual incluye: 4 revistas (en papel y en digital) + acceso al fondo histórico PVP suscripción: Consultar boletín en páginas interiores Redacción C/ Hurtado, 29 08022 Barcelona Tel.: 934 080 455 Fax: 933 524 337 editorial@grao.com Dirección editorial Lourdes Martí Secretaria de Redacción Sara Cardona Gestión editorial Anna Coll-Vinent Maquetista Maria Tortajada Coordinadora de Producción Maria Tortajada Edita Editorial Graó, de IRIF, S.L. Presidente Antoni Zabala Director general Mario Juárez Director financiero Julià Jené Directora de Ediciones Cinta Vidal Directora del Área de Revistas Glòria Puig

Consejo de Dirección Aureli Caamaño (Societat Catalana de Química) Susana García Barros (Universidad de A Coruña) Rafael López-Gay (Universidad de Almería) Consejo Editorial Antxón Anta (Colegio Alemán San Alberto Magno, San Sebastián). Mauricio Compiani (Instituto Geociencias UNICAMP. Brasil). Àngel Ezquerra (Universidad Complutense de Madrid). Elvira González (Berritzegune B01, Bilbao). Glinda Irazoque (Universidad Nacional Autónoma de México). Juan de Dios Jiménez (Parque de las Ciencias, Granada). Xavier Juan (IES Sant Quirze del Vallés, Barcelona). Ana Lia de Longhi (Universidad Nacional de Córdoba. Argentina). Silvia Lope (CESIRE-CDEC, Universitat Pompeu Fabra, Barcelona). Isabel P.Martins (Universidad de Aveiro. Portugal). Diana Parga (Universidad Pedagógica Nacional. Colombia). José Antonio Pascual (IES El Escorial, Madrid). Blanca Puig (Universidad de Santiago de Compostela). Consejo Asesor Nacional Manuel Alonso (IES Leonardo da Vinci, Alicante). Alicia Benarroch (Universidad de Granada). David Brusi (Universidad de Girona). Pedro Cañal (Universidad de Sevilla). José Luis Cebollada (IES La Azucarera, Zaragoza).

Josep Corominas (Escola Pia de Sitges, Barcelona). Ángel Cortés (Universidad de Zaragoza). Digna Couso (Universidad Autónoma de Barcelona). Mariona Doménech (CESIRE-CDEC, Barcelona). María Jesús Fuentes (IES Isaac Díaz Pardo, A Coruña). Jenaro Guisasola (Universidad del País Vasco). Fina Guitart (CESIRE-CDEC, Universidad de Barcelona). María Pilar Jiménez Aleixandre (Universidad de Santiago de Compostela). M.ª Rut Jiménez Liso (Universidad de Almería). Teresa Lupión (Centro del Profesorado de Málaga). Conxita Márquez (Universidad Autónoma de Barcelona). Vicente Mellado (Universidad de Extremadura). Juan Gabriel Morcillo (Universidad Complutense de Madrid). José Maria Oliva (Universidad de Cádiz). Ana Oñorbe (IES Dámaso Alonso. Madrid). Fco. Javier Perales (Universidad de Granada). Antonio de Pro (Universidad de Murcia). Jordi Solbes (Universidad de Valencia). Consejo Asesor Internacional José A. Chamizo (UNAM. México). Ana Dumrauf (Universidad de La Plata. Argentina). Agustina Echevarría (Instituto de Química UFG. Brasil). Antonio Gutiérrez (Universidad Pedagógica de Buenos Aires. Argentina). Andrea Horta (Universidad Federal de Minas Gerais. Brasil). Héctor Luis Lacreu (Universidad Nacional de San Luis. Argentina). M.ª Fátima Paixão (Escola Superior de Educaçao, Castelo Branco. Portugal). Mario Quintanilla (Universidad Católica de Chile). Dorinda Rebelo (Escuela Secundária de Estarreja. Portugal). Vicente Talanquer (Universidad de Arizona. EE.UU.).

Coordinación de secciones Experiencias: Antxón Anta (antxonanta@yahoo.es), Xavier Juan (xjuan@anadoo.es) En contexto: Blanca Puig (blanca.puig@usc.es), Juan de Dios Jiménez (juandejv@hotmail.com) Recursos para el aula: Elvira González (elvirag@erritzeguneak.net), José Antonio Pascual (jap.tierra@gmail.com) Informaciones: Ángel Cortés (acortes@unizar.es), Teresa Lupión (teluco@cepmalaga.com) Diseño: Maria Tortajada Impresión: Ulzama D.L.: B 13372/1994 ISSN edición impresa: 1133-9837 ISSN edición en línea (Internet): 2014-4733 Impreso en España

Administración y suscripciones C/ Hurtado, 29 08022 Barcelona Tel.: 934 080 464 Fax: 933 524 337 revista@grao.com

Publicidad Natàlia Jaurrieta publi@grao.com Tel.: 934 084 464

Alambique. Didáctica de las Ciencias Experimentales se incluye en los siguientes catálogos, directorios y bases de datos: CARHU PLUS+, CINDOC (ISOC), DIALNET, DICE, ERIH, INRECS, LATINDEX, REDINED y RESH. Todos los artículos de este número y del fondo histórico de Alambique. Didáctica de las Ciencias Experimentales están disponibles en su versión digital en la mayoría de las bibliotecas universitarias del Estado español a través del servicio E-Premium de Graó. Infórmate llamando al 934 080 464. Alambique. Didáctica de las Ciencias Experimentales no asume necesariamente las opiniones ni los criterios expuestos en las distintas colaboraciones. Quedan rigurosamente prohibidas, bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproducción o almacenamiento total o parcial de la presente publicación, incluyendo el diseño de la portada, así como la transmisión de ésta por cualquier medio, tanto si es eléctrico como químico, mecánico, óptico, de grabación o bien de fotocopia, sin la autorización escrita de los titulares del copyright. Diríjase a CEDRO (Centro Español de Derechos Reprográficos) si necesita fotocopiar o escanear algún fragmento de esta obra (www.conlicencia. com) 917 021 970/932 720 447.

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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

Coloreando cáscaras de huevo: Una exploración de la extensión y velocidad de las reacciones químicas

Vicente Talanquer

La síntesis de la aspirina, según la Química Verde

Mariette M. Pereira, Marta Pineiro,

Lucas Danilo Dias, Fátima Paixão

Actualización y reflexión

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

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

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Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • pp. 4-7 • octubre 2017

Indagar sobre las reacciones químicas en contextos cotidianos

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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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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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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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. 8

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Formas y niveles de representación de las reacciones químicas

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

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(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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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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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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REACCIÓN QUÍMICA

En las reacciones entre gases es habitual representar las moléculas dentro de cuadros, rectángulos o prismas

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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) 12

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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

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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-

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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

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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-

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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.

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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

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.

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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.

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PALABRAS CLAVE

• • • • •

REACCIÓN QUÍMICA COMBUSTIÓN ÁCIDO-BASE CINÉTICA QUÍMICA ESPONTANEIDAD

Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • pp. 17-26 • octubre 2017

REACCIÓN QUÍMICA

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.

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¿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

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• 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

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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

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¿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.

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¿Se puede determinar de forma sencilla el poder calorífico del gas butano contenido en un mechero? Alambique

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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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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.

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¿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.

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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.

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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.

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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».

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cienciAs

experimentAles, en febrero de 2017 y aceptado en junio de 2017 para su publicación.

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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

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Tel.: (34) 934 080 464

Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017

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REACCIÓN QUÍMICA

Aprendizaje cognitivo y emocional de las reacciones químicas M.ª Antonia Dávila, Florentina Cañada, Jesús Sánchez Universidad de Extremadura. Badajoz PALABRAS CLAVE

• • •

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EMOCIONES SECUENCIA DE ENSEÑANZA CAMBIOS FÍSICOS Y QUÍMICOS

Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • pp. 27-36 • octubre 2017

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.

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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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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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

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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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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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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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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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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

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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. ◀

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REACCIÓN QUÍMICA

Referencias bibliográficas

GARRITZ, A. (2009): «La afectividad en la enseñanza de las

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.

núm. 32(3), pp. 11-36.

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

Campo abierto, núm. 32(1), pp. 11-33.

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

pp. 55-65.

su publicación.

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cienciAs

8 ideas clave La tutoría en los centros educativos Juan Carlos Torrego (Coord.) Desarrolla con detalle los distintos ámbitos en los que se despliega la acción tutorial y presenta la tutoría como un recurso de calidad para la educación, que contribuye de manera decisiva al buen desarrollo del proceso formativo de los alumnos, contemplando de una manera global e integrada los distintos aspectos (personales, sociales, académicos) que conforman su evolución y también los distintos contextos en los que se desenvuelven y por los que se ven influidos (escolares, familiares, sociales). 18,80 €

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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.

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Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • pp. 37-43 • octubre 2017

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,

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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

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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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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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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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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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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

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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

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.

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-

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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-

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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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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)

1+2%

4+5%

El protocolo para la realización de la actividad experimental era explícito.

La actividad experimental contribuyó a la comprensión de conceptos de reacción química.

Fue relevante la información relativa a la investigación que actualmente se desarrolla en el Laboratorio de Química Orgánica.

Las reacciones de síntesis asistidas por microondas son demostrativas de los principios de la Química Verde.

Es probable que elija un curso superior en el área de la ciencia y la tecnología.

Considero las actividades interesantes y sugiero que sean utilizadas con otros alumnos de bachillerato.

(Desde 1: Totalmente en desacuerdo, hasta 5: Totalmente de acuerdo) Cuadro 1. Evaluación del proyecto por parte del alumnado

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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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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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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

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

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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/ acssuschemeng.6b02069), pp. A-H. PUGGIAN, C.; MORAIS FILHO, Z.B.; LOPES, C.V.N.B. (2012): «Ensino de reações químicas em Laboratório: 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.

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De lAs

cienciAs

Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017

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ACTUALIZACIÓN Y REFLEXIÓN

Los modelos históricos de las reacciones ácido-base José Antonio Chamizo Universidad Nacional Autónoma de México. México

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PALABRAS CLAVE

• • • • •

ÁCIDOS BASES REACCIONES ÁCIDO-BASE MODELOS REVOLUCIONES QUÍMICAS

Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • pp. 53-60 • octubre 2017

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.

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

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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

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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

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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

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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

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.

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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…

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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. ◀

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ACTUALIZACIÓN Y REFLEXIÓN

Referencias bibliográficas

JENSEN, W.B. (1980): The Lewis Acid-Base concepts: An overview. Nueva York. Wiley-Interscience.

CAAMAÑO, A. (2013): «Els models d’Arrhenius i de

KUHN, T. (1971): La estructura de las revoluciones cientí-

Brönsted-Lowry en la modelització dels àcids i les

ficas. México. FCE.

bases: presentació anhistòrica i modelització híbrida». Educació Química. EduQ, núm. 16, pp. 24-31.

Dirección de contacto

CHAMIZO, J.A. (2010): «Una tipología de los modelos para la enseñanza de las ciencias». Eureka, Revista

José Antonio Chamizo

de Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, núm. 7,

Universidad Nacional Autónoma de México. México

pp. 26-41.

jchamizo@unam.mx

— (2014): «De la paradoja a la metáfora. La enseñanza de la química a partir de sus modelos». México. Siglo 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). • De metodología general: relaciones interactivas, dinámica 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.

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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 electrónico y líneas prioritarias de trabajo. 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 su propiedad. 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

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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.

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

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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

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)

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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

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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

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Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017

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

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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.

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: <www.researchgate.net/

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.

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Ciencias Experimentales, en abril de 2017 y acep-

Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 90 • octubre 2017

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

• • • •

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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

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

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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

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¿Se podría encontrar una ballena fósil en el campamento militar de Viator?

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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:

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¿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

Actividad: ¿Se puede encontrar una ballena fósil en Viator? Actividad: ¿Una corteza desigual?

Lectura: «La aceptación de las teorías científicas».

Expositiva: Teoría de la deriva continental.

Actividad: La deriva continental es un hecho.

Debate y actividad: ¿Cómo son los fondos oceánicos?

Actividad: ¿Cómo es el interior terrestre?

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

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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-

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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.

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Imagen 4. Imagen de las distintas capas del interior terrestre según dos modelos (tomado de Fernández, Alonso-Chaves y Anguita, 2013)

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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.

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Ciencias Experimentales, en abril de 2016 y

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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

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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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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

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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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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

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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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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

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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 €

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,

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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

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.

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• 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

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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

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.

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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

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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 estructuras locales, así como a representantes de organizaciones de la sociedad civil. www.cm-cascais.pt/area/cidadeseducadoras-xv-congresso-internacional

http://eventos.unizar.es/go/eri-

www.edcities.org/congreso/cas-

dob2018

cais-2018

www.congresoeducacion-ciecal.com

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Física y Química Investigación, innovación y buenas prácticas Aureli Caamaño (coord.)

Docentes en tránsito Incidentes críticos en secundaria Carles Monereo, Manuel Monte

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