Ètica en química

Ethics in chemistry

Manel Pau / Investigador independent

resum

La química com a ciència i com a tecnologia (la indústria química) planteja problemes ètics. Algunes publicacions recents, com el llibre de J. Kovac The ethical chemist, o un conjunt d’articles en una revista de filosofia de la química, s’han ocupat d’aquests temes. Aquestes qüestions poden ajudar el professorat de ciències a comprendre millor la naturalesa de la ciència i de la tècnica; i poden servir de base per a activitats educatives en una perspectiva de ciència per a la ciutadania.

paraules clau

Ètica de la ciència, ètica de la tecnologia, filosofia de la química, impacte social de la química, valors en ciència.

abstract

Chemistry as a science and as a technology (the chemical industry) poses ethical problems. Some recent publications, such as J. Kovac’s book The Ethical Chemist, or a set of articles in a journal of philosophy of chemistry, have dealt with these topics. These questions can help science teachers better understand the nature of science and technology; and can serve as a basis for educational activities in a science for citizenship approach.

keywords

Ethics of science, technology ethics, philosophy of chemistry, social impact of chemistry, values in science.

The ethical chemist és el títol d’un llibre publicat recentment pel professor de química Jeffrey Kovac (2018). D’entrada, algú es pot preguntar si és que hi ha una ètica aplicada específica de la química (com hi ha la bioètica, per exemple). O, més en general, si hi ha filosofia de la química. El meu propòsit aquí és donar alguna resposta a aquestes qüestions.

Comencem per donar notícia del llibre esmentat. El seu autor, Jeffrey Kovac, és professor de química física en una universitat nord-americana. A part de la seva recerca com a químic, ha treballat també en ètica de la química i de les professions científiques en general. El llibre que comento està pensat per servir de suport a la introducció de problemàtiques morals en l’ensenyament de la química a nivell universitari de grau i de postgrau. Va ser publicat per primer cop el 2004 i en aquesta segona edició el nombre de pàgines ha passat de 122 a 214.

En una primera part, els cinc primers capítols, es dona d’entrada una informació resumida sobre les principals teories ètiques. Després es tracten els problemes de l’ètica de les professions en general i en especial els de l’ètica de la recerca científica. Tot seguit es fa referència a les qüestions relacionades específicament amb la recerca química, com ara el treball de laboratori, la recerca en armes químiques i en substàncies perilloses i, més en general, els possibles problemes de la introducció de molècules sintètiques noves en el medi que habitem. L’últim capítol d’aquesta primera part es dedica a proposar una metodologia per analitzar els casos pràctics.

La segona part, que ocupa gairebé dos terços del volum, està dedicada a descriure i comentar 65 casos (16 més que en la primera edició) de conflictes ètics relacionats amb la pràctica de la recerca química. Aquests supòsits pràctics es refereixen sobretot a situacions en què es poden trobar els investigadors doctorals o postdoctorals, i els seus directors: mala pràctica, frau, conflictes d’interessos, conflictes personals, falsificació de dades, apropiació de dades, conflictes en la revisió per col·legues, etc.

Aquest interès per l’ètica en química no és infreqüent. Per exemple, la revista de filosofia de la química Hyle ha publicat

recentment quatre sèries d’articles sota el títol genèric «Ethical cases studies of chemistry», posteriorment recollits en un llibre (Schummer & Børsen, 2021). Val la pena mostrar l’esquema del conjunt d’articles per veure l’amplitud de la temàtica tractada (dono entre parèntesis el tema concret de cada article):

1. Mal ús i mala conducta • Mala conducta científica (falsificació de dades) • Recerca militar (gasos verinosos a la Primera Guerra Mundial; el napalm) • Producció de drogues addictives (metamfetamina)

2. Conseqüències locals no previstes • Desastres industrials (accident de Bophal) • Efectes adversos de medicaments (talidomida) • Residus químics (cas Love

Canal)

3. Influències globals i a llarg termini • Contaminació global (riscos del bisfenol A; DDT) • Química verda (clorur de polivinil; toxicologia i química verda) • Enginyeria química i canvi climàtic (captura química de diòxid de carboni; forat de la capa d’ozó) • Justícia intergeneracional (escassetat de materials) • Justícia global (comerç de substàncies perilloses)

4. Reptes per a la cultura humana • Millorament humà (psicotròpics) • Creació de vida artificial (biologia sintètica) • Drets de propietat intel·lectual (patents d’ADN)

5. Codis i regulacions • Codis de conducta (codis de

conducta de l’American Chemical Society) • Regulació química (REACH: la regulació química europea)

Està clar, doncs, que hi ha reflexió moral i política al voltant de la química. Però, quin lloc ocupa dins del conjunt de la filosofia de la ciència?

Les persones interessades en la història i la filosofia de la ciència estan acostumades a llegir i reflexionar sobre qüestions relacionades sobretot amb la física, la biologia o la matemàtica: la revolució científica de Galileu i Newton, la relativitat, la física quàntica, el darwinisme, la naturalesa convencional o realista de les veritats matemàtiques... La química no hi apareix gaire, excepte potser la revolució química de Lavoisier. La concepció del temps i de l’espai de la relativitat o l’indeterminisme de les teories quàntiques poden ocupar les cabòries de les ments més especulatives, però és la biologia, amb el gran canvi de

Figura 1. Portada de The ethical chemist.

número 29 Educació Química EduQ Figura 2. Pantalla d’inici de la web de Hyle.

paradigma de l’evolucionisme, la ciència que ha modificat més profundament la nostra concepció del món. La química ha quedat com un terreny ignorat sense grans idees d’abast general: física aplicada per a alguns o empirisme pràctic per a altres. Però, a partir dels anys noranta del segle xx –deixant de banda precursors, que sempre n’hi ha–, la filosofia de la química ha començat a ser una disciplina acadèmica amb les seves revistes i les seves institucions.

La primera revista que va aparèixer és Hyle: International Journal for Philosophy of Chemistry, que es va proposar tractar tots els aspectes filosòfics de la química: epistemològics, metodològics, conceptuals, ontològics, tecnològics, històrics, educatius, ètics, ambientals... Hyle va començar a sortir en alemany l’any 1995. Des del número 3 (1997) és en anglès i és accessible en línia: http://www.hyle.org/.

Pel que fa a les societats científiques, The International Society for the Philosophy of Chemistry va celebrar la primera reunió el 1994 i des de l’any 1999 publica la seva pròpia revista: Foundations of Chemistry. La persona interessada es pot fer una idea de les principals línies de recerca actuals en filosofia de la química en el corresponent article de l’Stanford Encyclopedia of Philosophy (Weisberg, Needham & Hendry, 2019).

La majoria dels debats en filosofia de la química s’ocupen de qüestions epistemològiques i ontològiques. Per exemple, les referides a la relació entre les teories químiques i la física quàntica: la taula periòdica, el concepte d’orbital, o el de forma d’una molècula... Aquí la manera de raonar no es diferencia gaire de la típica en altres branques de la filosofia de la ciència: un coneixement profund de la ciència en qüestió i una utilització sistemàtica dels instruments formals de la filosofia analítica. En general, la majoria dels filòsofs de la química defensen l’especificitat de la química com a ciència, assenyalant que hi ha ciència vàlida i madura més enllà dels models altament formalitzats, matematitzats, de la física teòrica. Rebutgen, doncs, la jerarquització de les ciències i propugnen el pluralisme de models científics per estudiar la realitat.

Una de les característiques de la química com a ciència és que no solament intenta explicar el canvi químic i el comportament de les substàncies existents en la natura, sinó que crea substàncies noves. La centralitat de la síntesi química és un fet diferencial de la recerca química moderna (Schummer, 2001).

Unes mínimes dades quantitatives de començament de l’any 2020 –extretes de la pàgina web del Chemical Abstracts Service i altres fonts de fàcil accés– situen la qüestió. Hi ha registrades 160 milions de substàncies químiques. El creixement és exponencial: l’any 2005 se’n coneixien 25 milions i el 2015, 100 milions. La majoria dels articles científics que es publiquen en química contenen essencialment la descripció d’una nova síntesi i d’algunes de les propietats de la molècula obtinguda. El nombre de reaccions químiques inventariades supera

ja els 123 milions. Per descomptat, els productes químics que es produeixen industrialment són moltíssims menys. D’aquests, n’hi ha uns 390 mil que estan sotmesos a algun tipus de regulació.

En la química els aspectes socials no es poden ometre. La ciència química no es pot deslligar de la química industrial. Dels milers de molècules que se sintetitzen per primera vegada en un laboratori, només unes quantes entren en un procés de fabricació industrial i passen a formar part del nostre entorn. Però cada vegada són més i en més quantitat. La ciutadania mira la química, ja no com a ciència, sinó com a activitat industrial moderna. I sovint percebuda com a perillosa per a la salut.

Què hi poden dir les persones dedicades professionalment, en la ciència i en la indústria, a la química? Com a professionals, no només com a ciutadans. El llibre de Kovac s’adreça sobretot a químics practicants, a estudiants i a professors, i també a químics del sector industrial. Aborda problemes o qüestions relacionades amb l’ètica professional: la integritat en el treball, la falsificació de dades, o la manipulació, les relacions jeràrquiques dins dels laboratoris... Es tracta d’ètica professional, dels científics i dels enginyers. Simplement els exemples, les situacions plantejades, són del món de la química. Però els problemes socials de la química no venen de la mala pràctica individual, sinó de l’enfocament global de la recerca i de la indústria. L’anomenada Química verda intenta donar-hi una resposta. Es tractaria de reorientar la indústria química, la producció i ús dels productes químics industrials en un sentit ambientalment benigne. Com una part de l’esforç per corregir el camí autodestructiu del creixement econòmic tal com ha tingut lloc fins ara. Com una part de la necessària resposta al repte ecològic.

El lector que hagi arribat fins aquí pot preguntar-se, amb raó, què hi fa un article com aquest en una revista destinada al professorat de secundària. Com que actualment no soc un professor en actiu, no puc oferir experiències concretes portades a la pràctica de l’aula. Però sí que goso suggerir algunes idees:

• En primer lloc, crec que una visió global, històrica i filosòfica, de la ciència que s’ensenya, no solament interessa a molts professors, sinó que sens dubte contribueix d’una manera indirecta a l’ensenyament. De la mateixa manera que un professor de literatura, posem per cas, pot transmetre el seu interès per la lectura, nosaltres transmetem, en siguem conscients o no, el sentit que donem a la ciència, per a la persona i per a la societat. No sobra, doncs, que de tant en tant hi pensem. Materials com els que he comentat ens hi poden ajudar. • El llibre de Kovac té el mèrit de plantejar que l’ètica podria formar part del currículum educatiu professional en química. Potser això ajudarà a posar en discussió la filosofia espontània dels científics que els empeny a excloure les reflexions valoratives per refugiar-se en una suposada neutralitat de la pràctica científica. • Finalment, i més en concret, crec que alguns dels temes que he exposat formen part de debats públics generals i poden ser objecte d’activitats educatives en les matèries de ciències i en projectes interdisciplinaris amb el professorat d’altres matèries.

Referències

koVac, J. (2018). The ethical chemist:

Professionalism and ethics in science. 2a ed. Nova York:

Oxford University Press (1a ed.

Upper Saddle River, NJ:

Pearson Prentice Hall, 2004). schummer, J. (2001). «Ethics of chemical synthesis». Hyle:

International Journal for Philosophy of Chemistry, vol. 7, núm. 2, p. 103-124. Disponible en línia a: <http://www.hyle.org> [Consulta: 26 juliol 2021]. schummer, J.; Børsen, t. (ed.) (2021). Ethics of chemistry:

From poison gas to climate engineering. Singapur: World

Scientific Publishing. (Recull d’articles publicats entre 2016 i 2020 a Hyle: International Journal for Philosophy of

Chemistry, núm. 22, 23, 24. 26.

Disponible en línia a: <http:// www.hyle.org>) [Consulta: 26 juliol 2021].

weisBerG, m.; needham, P.; hendry, r. (2019). «Philosophy of

Chemistry». The Stanford

Encyclopedia of Philosophy.

Disponible en línia a: <https://plato.stanford.edu/ archives/spr2019/entries/ chemistry> [Consulta: 26 juliol 2021].

Manel Pau

Investigador en temes de filosofia moral i política de la ciència i de la tècnica. Doctor per la Universitat de Barcelona dins del programa «Ciutadania i Drets Humans». Llicenciat en química. Antic professor d’institut de física i química. A/e: manelpau@gmail.com

Escalfadors de mans i termodinàmica

Hand warmers and thermodynamics

Aarón Pérez Das Doresa i Anna Garriga Font / Universitat Rovira i Virgili

resum

La química no només es troba als llibres i als laboratoris, sinó que molts dels productes químics que s’estudien a les aules tenen aplicacions diàries o d’ús comú que poden ser exemples per ensenyar i motivar els alumnes per a l’estudi d’aquesta ciència experimental. L’acetat de sodi (NaOAc) és un producte químic que té diverses aplicacions com a sal bàsica (agent amortidor i neutralitzador), additiu en el món de l’alimentació (E-262), escalfador de mans per a l’ús diari. És de gran interès tant a nivell industrial pels seus usos com per a aplicacions didàctiques.

paraules clau

Acetat de sodi, recristal·lització, reaccions exotèrmiques, escalfador de mans.

abstract

Chemistry is not only found in books and laboratories, so, many of the chemicals products which are studied every day in the classroom or common applications that can be exemplary to teach and motivate students in the study of this experimental science. Sodium acetate (NaOAc) is a chemical products that has several applications as a salt-base (buffer solution and neutralizing agent), an additive in the food industry (E-262), as a hand warmer for daily use. This product is of great interest for industrially applications as teaching resources.

keywords

Sodium acetate, recrystallization, exothermic reactions, hand warmer.

Introducció

Es presenta una proposta d’activitat experimental per al curs de batxillerat en la matèria d’espe- cialitat de química, en el marc de la qual es treballen els continguts clau de les solucions, les reaccions químiques i la seva espontaneïtat per a l’estudi de l’entalpia de reacció (∆Hº), l’energia lliure de Gibbs (∆Gº), així com les solucions sobresaturades, les solubilitats i la recristal·lització.

Aquests continguts s’integren en les competències específiques de la matèria: la indagació i l’experimentació en el camp de la química, la comprensió de la naturalesa de la ciència, i de la química en particular, i la comprensió i la capacitat d’actuar sobre el món fisicoquímic.

S’ha escollit un objecte quotidià totalment comercial i d’un baix cost per poder relacionar els conceptes teòrics amb una activitat experimental. L’experimentació es pot fer sense comprar l’objecte anomenat «escalfador de mans», utilitzant els reactius per fer la solució saturada d’acetat de sodi (NaOAc), aigua destil·lada i un agent de nucleació (com per exemple: un cristall d’acetat de sodi), la qual cosa fa l’activitat assequible per qualsevol centre, sense que calgui fer una gran inversió econòmica.

El gran atractiu d’aquests escalfadors de mans, utilitzats a la vida quotidiana, és la possibilitat de ser reutilitzats per al seu ús principal més d’una vegada allargant així la seva vida útil. I un cop la seva vida útil com a escalfador s’acaba, trobem una finestra per poder revaloritzar els materials que la componen, principalment l’acetat de sodi, per recuperar-lo i reciclar-lo per tal de poder donar-li un altre ús al mercat com a reactiu o agent amortidor. D’aquesta manera, trenquem amb el model tradicional econòmic «d’un sol ús» introduït en aquests materials, per anar cap a una economia circular i més sostenible.

L’acetat de sodi és una sal provinent de l’àcid acètic que és produeix a tones, en quantitats industrials, i això es veu reflectit en el seu preu de mercat (85 €/kg). Les indústries el solen comprar a altres indústries de fabricació de

productes químics en comptes de sintetitzar-lo al laboratori. Existeixen moltes reaccions per produir aquest compost químic en qualsevol laboratori. Un clar exemple és la reacció de l’àcid acètic (CH3COOH) amb algunes bases que contenen sodi, com carbonat de sodi (Na2CO3), bicarbonat de sodi (NaHCO3) o hidròxid de sodi (Na(OH)).

CH3 COOH + NaHCO3 → CH3 COO–+ Na+ + H2 O + CO2 (eq.1)

Aquest tipus de reaccions desprenen gas de diòxid de carboni (CO2) [eq. 1] si s’utilitza sal de carbonat per a la seva síntesi. Aquest fet provoca que aquestes reaccions es coneguin com a «bombolleig». La seva síntesi sol realitzar-se en una solució on normalment el dissolvent emprat és l’aigua. Un cop acabada la reacció, el dissolvent s’evapora i s’obtenen els cristalls de l’acetat de sodi.

L’escalfador de mans

Una aplicació de l’acetat de sodi és la de les solucions sobresaturades d’acetat de sodi en aigua. Aquestes solucions es preparen dissolent acetat de sodi en aigua calenta i refredant després la solució. A l’hivern s’utilitzen a la vida quotidiana com a escalfadors de mans.

Els escalfadors de mans, objecte que és un present típic i molt popular als països del nord durant l’època de Nadal, aprofiten les característiques de les solucions saturades d’acetat de sodi (Jackson & Dicks, 2012). Els escalfadors de mans d’acetat de sodi es coneixem també com a «gel calent».

La cristal·lització de l’acetat de sodi es pot utilitzar com un fenomen molt adient per a l’estudi dels conceptes de l’entalpia de cristal·lització, l’entalpia de Gibbs, els canvis d’estat i els punts de nucleació.

L’escalfador de mans convencional normalment consisteix en un objecte segellat (normalment de plàstic) que conté a dins la solució d’acetat de sodi en aigua (fig. 1). El funcionament d’aquest objecte consisteix en el fet que el seu usuari pot provocar la nucleació gràcies a un disc metàl·lic que ell mateix pot flexionar per induir-la. Aquests discs tenen a la seva superfície petits cristalls d’acetat de sodi que són introduïts a la solució quan aquest es flexiona (fig. 2). Llavors, en activar l’escalfador de mans, es crea el punt de nucleació, la qual cosa provoca la ràpida cristal·lització, a una velocitat de 5 mm/s (Sandnes, 2008), i la solució es va tornant opaca a mesura que es produeix la cristal·lització. La calor despresa al voltant prové de l’alliberament de l’energia provocada pel procés exotèrmic (Dincer & Rosen, 2002). Un cop cristal·litzat tot l’acetat de sodi i finalitzat l’alliberament de calor, es pot tornar a l’estat inicial en forma de solució saturada si s’escalfa a 100 °C durant uns 5 minuts amb aigua bullent. Tots els cristalls es tornen a dissoldre en la solució saturada per l’augment de la solubilitat en aigua (408 g/L a 25 °C), i un cop refredats s’obté

(c)

(a)

(b)

Figura 1. Escalfador de mans d’una solució d’acetat de sodi hipersaturada comprat a la ciutat de Kiel (Alemanya): (a) punt de nucleació, (b) solució saturada i (c) suport.

la solució saturada metastable d’acetat de sodi.

La cristal·lització de les solucions sobresaturades permet estudiar la tècnica de recristallització, reaccions exotèrmiques, entalpies de cristal·lització i processos espontanis (energia lliure de Gibbs).

L’efecte de la cristal·lització pot ser estudiat pels estudiants al laboratori (en diversos nivells) com a tècnica per a la recristallització de productes orgànics sòlids, ja que consisteixen en processos molts similars. En la tècnica de recristal·lització, un sòlid impurificat està dissolt en un solvent en el qual el sòlid és soluble en calent (solució sobresaturada) i insoluble en fred. En el cas que la cristal·lització no sorgeixi, es pot afegir un petit cristall que serveixi com a agent de nucleació o es pot rascar el vidre per iniciar l’aparició dels cristalls de producte pur. El funcionament de l’escalfador de mans d’una dissolució de sòlid a altes temperatures, seguit del refredament, i la nucleació és molt similar. Aquest experiment es pot realitzar amb els alumnes al laboratori. L’assaig es pot fer amb unes proporcions de 30 g d’acetat de sodi trihidratat en 10 mL d’aigua destil·lada amb el material de laboratori adequat en estudis reportats (Ahmad, 2000) [eq. 2]. Na+

(aq) + CH3 COO–(aq)) → CH3 COONa · 3H2O(s) (eq.2)

Activitat experimental

A la part experimental també es pretén relacionar un objecte de la vida quotidiana amb els conceptes teòrics de l’àmbit curricular de la química al batxillerat com l’energia de Gibbs, l’entalpia de reacció, la solubilitat, la calor de reacció i la recristal·lització).

L’alumnat ha de ser capaç de comprendre el funcionament de l’escalfador de mans i la seva aplicació a la vida quotidiana, així com interpretar els fenòmens que es produeixen.

A cada etapa se’ls demana que expliquin què està passant i que ho relacionin amb els conceptes teòrics d’espontaneïtat de la reacció, reaccions àcid-base i calor de reacció. Es demana a l’alumnat que relacioni la part pràctica experimental amb la seqüència d’imatges de la fig. 2.

El mateix procediment, que es fa amb els escalfadors de mans, es fa al laboratori en un tub d’assaig amb una solució d’acetat de sodi i aigua.

Es proposa que l’alumnat treballi en grups de tres o quatre i ha de complir les mesures de seguretat de qualsevol laboratori químic i portar guants, ulleres de seguretat i bata, tot i manipular sals no tòxiques i aigua.

Pel que fa als residus, l’escalfador de mans es pot reutilitzar tants cops com funcioni fins que acabi la seva vida útil. Si es realitza la pràctica amb els reactius convencionals tots es poden abocar a la pica sense cap mena de tractament.

De l’acetat de sodi a la termodinàmica

Respecte a la cristal·lització i la seva relació amb la termodinàmica, un sistema tancat (fig. 3) pot intercanviar energia amb l’entorn mitjançant el treball i la calor. El primer principi de la termodinàmica relaciona la varia- ció d’energia interna (∆U) d’un sistema amb el treball (W) i la calor (Q) intercanviats amb l’exterior: ∆U = Q + W. El treball (W) depèn directament de la variació de volum del sistema (∆V): W = –p ∆V; no obstant això, si el volum és constant, podem dir que l’energia interna dependrà directament de la calor: ∆U = Q. Tot i això, moltes reaccions es duen a terme a pressió constant, no a volum constant, i per poder estudiar aquests casos es va definir una nova magnitud anomenada entalpia: ∆H = Q. En la majoria dels casos, els processos químics es duen a terme a pressió constant, per tant podem considerar que quan parlem d’entalpia estaríem parlant de la calor intercanviada pel sistema a la reacció

Figura 2. Cristal·lització de la solució sobresaturada d’acetat de sodi en l’escalfador de mans. (a) t = 0 s; (b) t = 1 s; (c) t = 3 s; (d) t = 5 s; (e) t = 7 s.

Figura 3. Representació d’un sistema tancat termodinàmic.

Figura 4. Gràfica entalpia-temperatura del refredament i cristal·lització de l’acetat de sodi. Les fletxes indiquen el tram de l’experiment: (1) iniciació del refredament, (2) cristal·lització, (3) alliberament de la calor latent i (4) refredament de la fase sòlida a temperatura ambient.

química. En el cas de valors positius (Q > 0) el sistema absorbeix calor, en canvi, per a valors negatius (Q < 0) el sistema desprèn calor.

Altres aspectes de la termodinàmica ens permeten explicar l’espontaneïtat de les reaccions químiques. Llavors, hem de buscar explicacions en l’equació de Gibbs (∆G0 = ∆H0- T∆S0) per tal de raonar aquest procés. En el cas de la cristal·lització, l’entropia del sistema decreix i aquest efecte és compensat pel canvi d’entalpia. Els valors de l’entalpia (∆H0) i de l’entropia (∆S0) perquè es doni el procés espontani de la cristallització han de ser negatius a la temperatura que s’utilitza l’escalfador de mans o la solució saturada a l’aula. En la literatura, trobem valors molts negatius de ∆H0= –855 kJ/mol per a la cristallització d’acetat de sodi (McAfee & Jumper, 1991), a diferència de la sal comuna (NaCl) i el clorur de potassi (KCl) en els quals les entalpies de cristal·lització tenen uns valors de –2 kJ/mol i –14 kJ/ mol respectivament (Chmarzynski & Piekarski, 1992). Tot i ser una reacció exotèrmica per a ambdues sals, els valors de ∆H0 són bastant baixos en comparació amb els valors de NaOAc, fet que indica que la calor despresa durant la cristal·lització és molt més gran.

Si mesurem la temperatura a la qual arriba el procés de cristal·lització del NaOAc trobem un valor de 58 °C; aquest valor no sobta perquè el punt de fusió de l’acetat de sodi trihidratat és de 58 °C, i això farà que els petits cristalls que s’hagin format anteriorment es fonguin. Aquestes temperatures permeten utilitzar l’escalfador de mans amb total seguretat sense cap perill per a l’usuari.

Si analitzem l’entalpia en funció de la temperatura de tot el procés (fig. 4), des del refredament, la cristal·lització i fins al refredament de la temperatura, observaríem que primerament en el refredament de la solució, per la pèrdua de calor del medi, l’entalpia disminueix segons la capacitat calorífica específica del líquid (1). Seguidament, en un estat de refredament constant, l’entalpia i la temperatura es mantenen constants. En activar

la cristal·lització, l’entalpia augmenta fins a la temperatura de transició de fase (2). Un cop en aquest punt, la temperatura es manté constant degut a la transició de fase, no obstant, els valors d’entalpia decreixen degut a les pèrdues de calor de l’entorn (3). En finalitzar el procés de solidificació, la temperatura torna a baixar i l’entalpia emmagatzemada decreix a causa de la capacitat calorífica de l’estat sòlid (4).

Un exemple d’aplicació a l’aula

Es vol fabricar un escalfador de mans a l’institut amb una solució concentrada a 25 °C d’una de les dues sals: NaCl i NaOAc.

Quina de les dues solucions és més exotèrmica?

Quina solució utilitzaries per fabricar l’escalfador de mans i per què?

Per esbrinar-ho, l’alumnat hauria de calcular l’entalpia de cristal·lització (∆H0 cris) de cada sal.

Dades: NaCl: (∆S0 cris) = 1280 J/ (K*mol); (∆G0 cris) = –384,14 kJ/mol.

NaOAc: (∆S0 cris) = –750 J/ (K*mol); (∆G0 cris) = –631,20 kJ/mol.

Equació de l’energia lliure de Gibbs: (∆G0 = ∆H0 - T∆S0)

Resultats: NaCl: ∆H0 cris = –3 kJ/ mol. NaOAc: ∆H0 cris = –855 kJ/mol.

Consideracions finals

L’acetat de sodi té un gran interès industrial pel seu baix cost i les seves diverses aplicacions en els camps de l’alimentació o com a agent neutralitzador. També és extensament utilitzat en escalfadors de mans. D’altra banda, el seu baix cost pot permetre utilitzar-lo als centres escolars de secundària. La seva baixa perillositat fa que, tant la seva síntesi com la preparació de les solucions saturades, es puguin utilitzar amb l’alumnat als laboratoris dels centres. Aquestes característiques, juntament amb el seu potencial de connexió amb continguts curriculars, el fan una eina educativa molt interessant per treballar de manera experimental conceptes com la recristal·lització, l’entalpia de reacció o les reaccions exotèrmiques.

Referències

ahmad, J. (2000). «Crystallization from a Supersaturated Solu- tion of Sodium Acetate». Journal of Chemical Education, vol. 77, núm. 11, p. 1446. — (2002). «Precipitation of sodium acetate trihydratate from its supersaturated solution». Asian

Journal of Chemistry, vol. 14, núm. 1, p. 223-226.

chmarzynski, a.; Piekarski, H. (1992). «Enthalpies of crystal- lization of NaCl, KCl, LiCl·H2O,

MgCl2 6H2O, CaCl2 6H2O and

BaCl2·2H2O from aqueous solution at 298.15 K». Journal of Thermal Analysis, vol. 38, p. 2019-2025. dincer, i.; rosen, A. M. (2002). Thermal Energy Storage: Systems and

Applications. Chichester: John

Wiley & Sons. hieGel, A. G. (1980). «Crystallization of Sodium Acetate». Journal of

Chemical Education, vol. 57, núm. 2, p. 152. Jackson, d. a.; dicks, P. A. (2012).

«The Five Sense of Christmas

Chemistry». Journal of Chemical

Education, vol. 89, núm. 10, p. 1267-1273. mcafee, V. l.; JumPer, F. C. (1991).

«The Reusable Heat Pack».

Journal of Chemical Education, vol. 68, núm. 9, p. 780. reed, J. J. (1982). «The NBS Tables of Chemical Thermodynamic

Properties: Selected Values for

Inorganic and C1 and C2 Organic Substances in SI Units».

Journal of Research of the National Institute of Standards and

Technology, vol. 125. sandnes, B. (2008). «The physics and the chemistry of the heat pad». American Journal of Physics, vol. 76, núm. 6, p. 546-550.

Aarón Pérez Das Dores

És graduat en química per la Universitat de Barcelona (UB) i va cursar el màster de formació del professorat d’ESO i batxillerat a la Universitat Rovira i Virgili (URV). Actualment treballa en un institut de la ciutat de Tarragona. Ha estat vinculat a l’educació en el lleure. A/e: aaron.perezd@estudiants.urv.cat

Anna Garriga Font

És graduada en genètica per la Universitat Autònoma de Barcelona i titulada en el màster de formació del professorat d’ESO i batxillerat. Ha estat vinculada al Centre de Recerca per a l’Educació Científica i Matemàtica de la UAB dins del projecte REVIR, interessant-se en la pràctica científica a l’aula i en el foment de la recerca i la investigació entre els joves com a eina educativa. També ha estat relacionada amb la tasca educativa de l’educació en el lleure. A/e: annagarriga22@gmail.com

Preparació dels manuscrits

Els articles han de fer referència a qualsevol dels temes de les seccions de la revista per a qualsevol nivell d’educació, des de primària fins a l’educació universitària. Han de ser inèdits i han d’estar escrits en català, tot i que també es publicaran articles en castellà, francès, portuguès, italià i anglès, si l’autoria és de persones de fora de l’àmbit de la llengua catalana.

Els treballs han de tenir una extensió màxima de 25.000 caràcters sense espais i han de ser escrits amb un espaiat d’1,5 i han de tenir el nombre de caràcters amb espais especificat en cadascuna de les seccions de la revista. El text ha d’estar en format Microsoft Word i lletra Times New Roman de cos 12.

La primera pàgina ha de contenir el títol del treball, el nom o noms dels autors i el centre o centres de treball, un resum de 500 caràcters (incloent-hi espais) i cinc paraules clau. El títol, el resum i les paraules clau han d’anar seguits de la seva versió en anglès. Cal enviar també l’adreça postal dels autors o la del centre de treball per poder enviar-los el número de la revista en què han participat.

Els articles han d’anar acompanyats de fotografies i imatges en color que il·lustrin el contingut del text. L’article haurà de contenir fotografies en color del treball a l’aula, dels muntatges dels experiments o altres fotografies relacionades amb el contingut. També han de contenir gràfics, esquemes, dibuixos i treballs o produccions dels alumnes que il·lustrin i facin més comprensible el contingut del text. Les il·lustracions han de portar títol (peu d’imatge) i cal indicar on cal situar-les dins l’article. Les fotografies i imatges s’han d’enviar en arxius separats en format .tif o .jpeg (resolució mínima: 300 píxels/polzada) i, si es tracta de gràfics, en Excel o Corel Draw.

L’article ha d’estar estructurat en diferents apartats. Els autors han de seguir les normes recomanades per la IUPAC a l’hora d’anomenar els composts químics i utilitzar el sistema internacional d’unitats. És convenient el fet d’assenyalar 3 o 4 frases de l’article que es destacaran amb una lletra més gran i de color en l’article maquetat.

Les referències bibliogràfiques han d’anar al final del text, escrites com els exemples següents: Per a llibres:

VILCHES, A.; GIL, D. (2003). Construyamos un futuro sostenible: Diálogos de supervivencia. Madrid: Cambridge University Press. Citació en el text: (Viches i Gil, 1994). Per a articles:

SARDÀ, A.; SANMARTÍ, N. (2000). «Ensenyar a argumentar científicament: un repte de les classes de ciències». Enseñanza de las

Ciencias, vol. 18, núm. 3, p. 405-422. Citació en el text: (Sardà i Sanmartí, 2000). Per a documents digitals (webs):

OCDE (2006). PISA 2006 [en línia]: Marco de la evaluación. Conocimientos y habilidades en Ciencias, Matemáticas y Lectura. París:

OCDE. <http://www.oecd.org/dataoecd/59/2/39732471.pdf> [Consulta: 11 setembre 2013].

Per a altres exemples, consulteu un número recent de la revista.

Al final de l’article ha de constar una breu ressenya professional i una fotografia de les persones autores de l’article. Cada ressenya ha de contenir el nom i cognoms, càrrec, centre de treball, camp principal en el qual desenvolupa la seva tasca i correu electrònic (màxim de 400 caràcters amb espais). Cal enviar els arxius de les fotografies de carnet dels autors en format .tif o .jpeg (resolució mínima: 300 píxels/polzada).

Enviament d’articles

Els articles han de ser enviats per correu electrònic a l’adreça següent: EduQ@iec.cat.

Revisió dels articles

Els articles seran revisats per tres experts. Els articles revisats i enviats als autors hauran de ser retornats als editors en el termini màxim de 10 dies. Sempre que sigui possible, les proves de maquetació seran enviades als autors abans de la seva publicació.

ACTUALITZACIÓ DE CONTINGUTS

Articles que revisen i posen al dia continguts propis de la disciplina o en relació amb altres àmbits del coneixement, i que faciliten i promouen un ensenyament actualitzat de la química.

APRENENTATGE DE CONCEPTES I MODELS

Articles que tracten sobre conceptes i models químics, des del punt de vista de les concepcions alternatives dels alumnes i les dificultats d’aprenentatge conceptuals, així com les estratègies didàctiques per a l’elaboració i l’aplicació dels models químics a l’aula.

CURRÍCULUM, PROJECTES I UNITATS

Presentació i anàlisi dels currículums de química de diferents països, de projectes curriculars i unitats i seqüències didàctiques.

DIVULGACIÓ DE LA QUÍMICA

Articles que presenten temes d’actualitat química amb caràcter divulgatiu i que posen de manifest les relacions de la química amb la societat i altres àmbits del coneixement o bé presenten activitats i experiències de caràcter divulgatiu de la química adreçades a l’alumnat o al públic en general.

ESTRATÈGIES DIDÀCTIQUES

Presentació i anàlisi d’enfocaments i estratègies didàctiques per a l’ensenyament i l’aprenentatge de la química: modelització, indagació, resolució de problemes, treball cooperatiu, avaluació, etc.

FORMACIÓ DEL PROFESSORAT

Propostes i investigacions sobre la formació inicial i en actiu del professorat de química i ciències en general que contribueixin al seu desenvolupament professional.

HISTÒRIA I NATURALESA DE LA QUÍMICA

Articles sobre la història i la naturalesa de la química i sobre l’interès didàctic d’aquestes disciplines en l’ensenyament de la química. Activitats per treballar aspectes de la naturalesa de la ciència.

INNOVACIÓ A L’AULA

Articles que descriuen la planificació i l’experimentació a l’aula d’experiències didàctiques de caràcter innovador. La secció pretén ser un espai per compartir experiències d’aula.

LLENGUATGE, TERMINOLOGIA I COMUNICACIÓ

Articles relacionats amb l’aprenentatge de les habilitats comunicatives (llegir, escriure i parlar) en relació amb l’aprenentatge de la química. I també sobre el llenguatge i la terminologia científics.

NOVES TECNOLOGIES

Articles relacionats amb la utilització de les noves tecnologies en l’ensenyament de la química: simulacions, ús d’Internet, mitjans audiovisuals, laboratoris virtuals, experiències amb equips de captació de dades, etc.

QUÍMICA EN CONTEXT

Articles que presenten contextos rellevants –de la vida quotidiana, tecnològics, industrials, socials, mediambientals, de salut o culturals– que puguin ser presos com a punt de partida per a un ensenyament de la química en context i per promoure l’alfabetització científica.

QUÍMICA, EDUCACIÓ AMBIENTAL I SOSTENIBILITAT

Articles que facin palesa l’estreta de relació entre la química i els aspectes del medi ambient, i temàtiques mediambientals d’actualitat des d’una vessant química, així com propostes educatives per a la sostenibilitat.

RECERCA EN DIDÀCTICA DE LA QUÍMICA

Articles que difonguin investigacions didàctiques d’utilitat per a la millora de l’ensenyament de la química. Descripció i resultats d’experiències didàctiques que hagin estat avaluades de forma qualitativa o quantitativa.

RECURSOS DIDÀCTICS

Articles que presentin qualsevol tipus de recurs i material didàctic per a l’ensenyament de la química. Poden incloure, entre d’altres, audiovisuals, jocs, visites, textos dels mitjans de comunicació, etc.

TREBALL EXPERIMENTAL

Articles sobre diferents tipus de treballs pràctics experimentals: demostracions, experiències interpretatives, aprenentatge de tècniques, investigacions, etc.

Properes monografies

30 números d'EduQ