Guia quimica by norma diploma

Química

Primeros exámenes: 2009

Programa del Diploma

Guía

Programa del Diploma

Guía de Química

Primeros exámenes: 2009

Organización del Bachillerato Internacional Buenos Aires

Cardiff

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Singapur

Programa del Diploma Guía de Química Versión en español del documento publicado en marzo de 2007 con el título Chemistry—guide

Primera edición publicada en marzo de 2007 Actualizada en noviembre de 2009 Organización del Bachillerato Internacional Peterson House, Malthouse Avenue, Cardiff Gate Cardiff, Wales GB CF23 8GL Reino Unido Tel.: +44 29 2054 7777 Fax: +44 29 2054 7778 Sitio web: http://www.ibo.org © Organización del Bachillerato Internacional, 2007 La Organización del Bachillerato Internacional es una fundación educativa internacional sin fines de lucro. Fue creada en 1968 y tiene sede legal en Suiza. IBO agradece la autorización para reproducir en esta publicación material protegido por derechos de autor. Cuando procede, se han citado las fuentes originales y, de serle notificado, IBO enmendará cualquier error u omisión con la mayor brevedad posible. El uso del género masculino en esta publicación no tiene un propósito discriminatorio y se justifica únicamente como medio para hacer el texto más fluido. Se pretende que el español utilizado sea comprensible para todos los hablantes de esta lengua y no refleje una variante particular o regional de la misma. Los artículos promocionales y las publicaciones de IBO en sus lenguas oficiales y de trabajo pueden adquirirse en la tienda virtual de IBO, disponible en http://store.ibo.org. Las consultas sobre pedidos deben dirigirse al departamento de marketing y ventas en Cardiff. Tel.: +44 29 2054 7746 Fax: +44 29 2054 7779 Correo-e: sales@ibo.org

Impreso en el Reino Unido por Anthony Rowe Ltd (Chippenham, Wiltshire)

4021

Declaración de principios de IBO La Organización del Bachillerato Internacional tiene como meta formar jóvenes solidarios, informados y ávidos de conocimiento, capaces de contribuir a crear un mundo mejor y más pacífico, en el marco del entendimiento mutuo y el respeto intercultural. En pos de este objetivo, la Organización del Bachillerato Internacional colabora con establecimientos escolares, gobiernos y organizaciones internacionales para crear y desarrollar programas de educación internacional exigentes y métodos de evaluación rigurosos. Estos programas alientan a estudiantes del mundo entero a adoptar una actitud activa de aprendizaje durante toda su vida, a ser compasivos y a entender que otras personas, con sus diferencias, también pueden estar en lo cierto.

Perfil de la comunidad de aprendizaje del BI El objetivo fundamental de los programas de la Organización del Bachillerato Internacional (IBO) es formar personas con mentalidad internacional que, conscientes de la condición que los une como seres humanos y de la responsabilidad que comparten de velar por el planeta, contribuyan a crear un mundo mejor y más pacífico. Los miembros de la comunidad de aprendizaje del BI se esfuerzan por ser: Indagadores

Desarrollan su curiosidad natural. Adquieren las habilidades necesarias para indagar y realizar investigaciones, y demuestran autonomía en su aprendizaje. Disfrutan aprendiendo y mantendrán estas ansias de aprender durante el resto de su vida.

Informados e instruidos

Exploran conceptos, ideas y cuestiones de importancia local y mundial y, al hacerlo, adquieren conocimientos y profundizan su comprensión de una amplia y equilibrada gama de disciplinas.

Pensadores

Aplican, por propia iniciativa, sus habilidades intelectuales de manera crítica y creativa para reconocer y abordar problemas complejos, y para tomar decisiones razonadas y éticas.

Buenos comunicadores

Comprenden y expresan ideas e información con confianza y creatividad en diversas lenguas, lenguajes y formas de comunicación. Están bien dispuestos a colaborar con otros y lo hacen de forma eficaz.

Íntegros

Actúan con integridad y honradez, poseen un profundo sentido de la equidad, la justicia y el respeto por la dignidad de las personas, los grupos y las comunidades. Asumen la responsabilidad de sus propios actos y las consecuencias derivadas de ellos.

De mentalidad abierta

Entienden y aprecian su propia cultura e historia personal, y están abiertos a las perspectivas, valores y tradiciones de otras personas y comunidades. Están habituados a buscar y considerar distintos puntos de vista y dispuestos a aprender de la experiencia.

Solidarios

Muestran empatía, sensibilidad y respeto por las necesidades y sentimientos de los demás. Se comprometen personalmente a ayudar a los demás y actúan con el propósito de influir positivamente en la vida de las personas y el medio ambiente.

Audaces

Abordan situaciones desconocidas e inciertas con sensatez y determinación y su espíritu independiente les permite explorar nuevos roles, ideas y estrategias. Defienden aquello en lo que creen con elocuencia y valor.

Equilibrados

Entienden la importancia del equilibrio físico, mental y emocional para lograr el bienestar personal propio y el de los demás.

Reflexivos

Evalúan detenidamente su propio aprendizaje y experiencias. Son capaces de reconocer y comprender sus cualidades y limitaciones para, de este modo, contribuir a su aprendizaje y desarrollo personal.

Índice

Grupo 4

El Programa del Diploma

Naturaleza de las asignaturas del Grupo 4

Modelo curricular

Estructura del programa de estudios

Objetivos generales

Objetivos específicos

Términos de examen

Resumen de la evaluación

Evaluación externa

Actividades prácticas y evaluación interna

Orientación y autoría original

Criterios de evaluación interna

Aclaraciones sobre los criterios de evaluación interna

Uso de TIC

Proyecto del Grupo 4

Química

Naturaleza de la asignatura

Resumen del programa de estudios

Temario

Descripción detallada del programa de estudios: temas troncales

Descripción detallada del programa de estudios: TANS

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Requisitos matemáticos

141

Grupo 4

El Programa del Diploma

El Programa del Diploma es un curso preuniversitario exigente de dos años de duración, para jóvenes de 16 a 19 años. Su currículo abarca una amplia gama de áreas de estudio y aspira a formar estudiantes informados y con espíritu indagador, a la vez que solidarios y sensibles a las necesidades de los demás. Se da especial importancia a que los jóvenes desarrollen el entendimiento intercultural y una mentalidad abierta, así como las actitudes necesarias para respetar y evaluar distintos puntos de vista.

El hexágono del Programa del Diploma El currículo del programa se representa mediante un hexágono dividido en seis áreas académicas dispuestas en torno a un núcleo, y fomenta el estudio de una variedad de áreas académicas durante los dos años. Los alumnos estudian dos lenguas modernas (o una lengua moderna y una clásica), una asignatura de humanidades o ciencias sociales, una ciencia experimental, una asignatura de matemáticas y una de las artes. Esta variedad hace del Programa del Diploma un curso exigente y muy eficaz como preparación para el ingreso en la universidad. Además, en cada una de las áreas académicas los alumnos tienen flexibilidad para elegir las asignaturas en las que estén particularmente interesados y que quizás deseen continuar estudiando en la universidad.

El Programa del Diploma

La combinación adecuada Los alumnos deben elegir una asignatura de cada una de las seis áreas académicas, aunque también tienen la opción de elegir una segunda asignatura de los grupos del 1 al 5 en lugar de una asignatura del Grupo 6. Generalmente tres asignaturas (y no más de cuatro) deben cursarse en el Nivel Superior (NS) y las demás en el Nivel Medio (NM). IBO recomienda dedicar 240 horas lectivas a las asignaturas del NS y 150 a las del NM. Las asignaturas del NS se estudian con mayor amplitud y profundidad que las del NM. En ambos niveles se desarrollan numerosas habilidades, en especial las de análisis y pensamiento crítico. Dichas habilidades se evalúan externamente al final del curso. En muchas asignaturas los alumnos realizan también trabajos que califica directamente el profesor en el colegio. Los exámenes pueden realizarse en español, francés e inglés.

El núcleo del hexágono Todos los alumnos del Programa del Diploma deben completar los tres requisitos que conforman el núcleo del hexágono. La reflexión inherente a las actividades que los alumnos desarrollan en estas áreas es un principio fundamental de la filosofía del Programa del Diploma. El curso de Teoría del Conocimiento (TdC) anima a los alumnos a reflexionar sobre la naturaleza del conocimiento y el proceso de aprendizaje que tiene lugar en las asignaturas que estudian como parte del Programa del Diploma, y a establecer conexiones entre las áreas académicas. La Monografía, un trabajo escrito de unas 4.000 palabras, ofrece a los alumnos la oportunidad de investigar un tema de su elección que les interese especialmente. Asimismo, les estimula a desarrollar las habilidades necesarias para llevar a cabo una investigación independiente, habilidades que deberán poner en práctica en la universidad. Creatividad, Acción y Servicio (CAS) posibilita el aprendizaje experiencial mediante la participación de los alumnos en una variedad de actividades artísticas, deportivas, físicas y de servicio a la comunidad.

La declaración de principios de IBO y el perfil de la comunidad de aprendizaje del BI El Programa del Diploma se propone desarrollar en los alumnos los conocimientos, las habilidades y las actitudes que necesitarán para alcanzar las metas de IBO, tal como aparecen expresadas en su declaración de principios y en el perfil de la comunidad de aprendizaje del BI. La enseñanza y el aprendizaje en el Programa del Diploma representan la puesta en práctica de la filosofía educativa de IBO. Primeros exámenes: 2009

Grupo 4

Naturaleza de las asignaturas del Grupo 4

Diferencia entre el NM y el NS Los alumnos que estudian las asignaturas del Grupo 4 en el Nivel Medio (NM) y el Nivel Superior (NS) cursan un programa de estudios con temas troncales (comunes), siguen un plan común de evaluación interna y estudian opciones que presentan algunos elementos en común. Se les ofrece un programa de estudios que fomenta el desarrollo de determinados atributos, habilidades y actitudes, según se describe en la sección “Objetivos específicos” de la presente guía. Aunque las habilidades y actividades de las asignaturas del Grupo 4 (Ciencias Experimentales) son comunes para los alumnos del NM y del NS, los alumnos del NS deben estudiar algunos temas en mayor profundidad, además de temas adicionales y temas de ampliación más difíciles en las opciones comunes. El NM y el NS se diferencian en amplitud y en profundidad.

Las asignaturas del Grupo 4 y conocimientos previos La experiencia con las asignaturas del Grupo 4 ha demostrado que los alumnos sin estudios ni conocimientos previos sobre ciencias serán capaces de cursar con éxito estas asignaturas en el NM. En este sentido, lo importante será su actitud ante los estudios, caracterizada por los atributos del perfil de la comunidad de aprendizaje del BI, en concreto: indagador, pensador y buen comunicador. No obstante, si bien no se pretende restringir el acceso a las asignaturas del Grupo 4, la mayoría de los alumnos que se planteen cursar una asignatura del Grupo 4 en el NS deberán contar con cierta experiencia anterior en la asignatura en cuestión. No se especifican temas concretos, aunque los alumnos que hayan cursado el Programa de los Años Intermedios (PAI) o que hayan estudiado una asignatura de ciencias del IGCSE (certificado general de educación secundaria internacional) estarán suficientemente preparados. El haber realizado otros estudios nacionales con orientación científica o un curso de ciencias en el colegio se considerará también una preparación adecuada para el estudio de una asignatura del Grupo 4 en el NS.

Las asignaturas del Grupo 4 y el PAI Los alumnos que hayan realizado los cursos de Ciencias, Tecnología y Matemáticas del PAI estarán bien preparados para cursar las asignaturas del Grupo 4. Los objetivos específicos y criterios de evaluación de Ciencias del PAI se corresponden con los objetivos específicos y criterios de evaluación interna del Grupo 4, lo que permite una transición sin complicaciones del PAI al Programa del Diploma. En particular, el objetivo específico “La ciencia y el mundo” de Ciencias del PAI se desarrolla adicionalmente en las asignaturas del Grupo 4, en las que se presta una mayor atención al objetivo general 8: “aumentar la comprensión de las implicaciones morales, éticas, sociales, económicas y medioambientales del uso de la ciencia y la tecnología”. Todas las guías del Grupo 4 contienen observaciones específicas sobre implicaciones relativas al objetivo general 8 en los enunciados de evaluación y las notas para el profesor de las secciones detalladas del programa de estudios.

Naturaleza de las asignaturas del Grupo 4

Las asignaturas del Grupo 4 y TdC Los científicos podrían afirmar legítimamente que la ciencia abarca todas las formas de conocimiento descritas en la guía de Teoría del Conocimiento (publicada en marzo de 2006). Impulsada por la emoción, la ciencia, mediante la percepción sensorial, con la ayuda de la tecnología y en combinación con la razón, se comunica por medio del lenguaje, sobre todo, el lenguaje universal de las matemáticas. No existe un único método científico, en el sentido estricto definido por Popper, para adquirir conocimientos y encontrar explicaciones sobre el funcionamiento de la naturaleza. La ciencia aplica diversos métodos para generar tales explicaciones, pero todos se basan en datos obtenidos mediante observaciones y experimentos y respaldados por razonamientos rigurosos, ya sean de tipo inductivo o deductivo. La explicación puede adoptar la forma de una teoría y, en ocasiones, necesita un modelo que incluya aspectos no observables directamente. La elaboración de estas teorías requiere con frecuencia imaginación y creatividad. Cuando no es posible elaborar un modelo teórico predictivo, la explicación puede consistir en señalar una correlación entre un factor y un resultado. Esta correlación puede sugerir un mecanismo causal susceptible de ser comprobado experimentalmente, de modo que se obtenga una explicación mejor. En todas estas explicaciones es preciso conocer las limitaciones de los datos y el alcance y las limitaciones de nuestros conocimientos. La ciencia exige libertad de pensamiento y amplitud de miras, y un componente fundamental del proceso científico es el modo en que la comunidad científica internacional somete los hallazgos científicos a un intenso escrutinio crítico mediante la repetición de experimentos y la discusión en publicaciones científicas y en conferencias. En las notas para el profesor de las secciones detalladas del programa de estudios de las guías del Grupo 4 se proporcionan observaciones acerca de temas pertinentes en los que pueden abordarse estos aspectos del conocimiento científico.

Las asignaturas del Grupo 4 y la dimensión internacional La ciencia es una actividad internacional por naturaleza: el intercambio de información e ideas entre distintos países ha sido fundamental para su progreso. Este intercambio no es un fenómeno nuevo, pero se ha acelerado en tiempos recientes con el desarrollo de las tecnologías de la información y las comunicaciones. La idea de que la ciencia es un invento occidental es un mito: muchas de las bases de la ciencia moderna fueron establecidas hace muchos siglos por las civilizaciones árabe, india y china, entre otras. Se alienta a los profesores a que destaquen esta contribución al impartir diversos temas, por ejemplo, mediante sitios web que muestren la evolución cronológica de los avances científicos. El método científico en su sentido más amplio, basado en la discusión, la amplitud de miras y la libertad de pensamiento, transciende la política, la religión y la nacionalidad. Cuando corresponde en algunos temas, las secciones detalladas del programa de estudios de las guías del Grupo 4 contienen enunciados de evaluación y notas para el profesor que ilustran los aspectos internacionales de la ciencia. Actualmente existen numerosos organismos internacionales que fomentan la investigación científica. Las Naciones Unidas cuentan con conocidos organismos, como la UNESCO, el PNUMA y la OMM, en los que la ciencia desempeña una función prominente, pero existen, además de los mencionados, cientos de organismos internacionales que representan a todas las ramas de la ciencia. Las instalaciones necesarias para la realización de experimentos científicos a gran escala, por ejemplo, experimentos de física de partículas y el Proyecto Genoma Humano, son costosas y su financiación sólo es posible mediante inversiones conjuntas de muchos países. Científicos de todo el mundo comparten los datos obtenidos en estas investigaciones. Se alienta a los alumnos del Grupo 4 a que accedan a los amplios sitios web de estos organismos científicos internacionales para que aprecien mejor la dimensión internacional.

Naturaleza de las asignaturas del Grupo 4

No obstante, cada vez se reconoce más que numerosos problemas científicos, desde el cambio climático hasta el sida, son de naturaleza internacional, lo que ha impulsado la adopción de una perspectiva global en muchos ámbitos de investigación. Un ejemplo destacado son los informes del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático. Algunos temas de las guías del Grupo 4 se han redactado específicamente para poner de manifiesto estas investigaciones globales. En el terreno práctico, el proyecto del Grupo 4 (que deben realizar todos los alumnos de Ciencias Experimentales) se asemeja al trabajo realizado por científicos profesionales, al fomentar la colaboración entre colegios de regiones diferentes. El conocimiento científico tiene una capacidad sin parangón para transformar las sociedades. Puede proporcionar grandes ventajas a la humanidad o reforzar las desigualdades y producir daños a las personas y al medio ambiente. De acuerdo con la declaración de principios de IBO, los alumnos que cursan las asignaturas del Grupo 4 deben ser conscientes de la responsabilidad moral que tienen los científicos de garantizar el acceso a los conocimientos y datos científicos de forma equitativa para todos los países y de que éstos dispongan de los recursos para utilizar esta información para el desarrollo de sociedades sustentables.

Grupo 4

Modelo curricular

Todas las asignaturas del Grupo 4 del Programa del Diploma (Biología, Química, Física y Tecnología del Diseño) tienen un modelo curricular común. En Tecnología del Diseño este modelo presenta algunas diferencias debido al proyecto de diseño, una característica única de esta asignatura. Los alumnos del NM y NS cursan un programa de estudios con temas troncales que se complementa con el estudio de opciones. Los alumnos del NS estudian también los llamados temas adicionales del Nivel Superior (TANS). Los alumnos del NM y el NS estudian dos opciones. Existen tres tipos de opciones: las específicas del NM, las específicas del NS y las que pueden cursar los alumnos de ambos niveles. Los alumnos del NM deben dedicar 40 horas a prácticas y trabajos de investigación; los del NS 60 horas. En estos totales se incluyen 10 horas para el proyecto del Grupo 4.

Grupo 4: modelo curricular del NM NM

Total de horas lectivas

Teoría

110 Temas troncales

Opciones

Actividades prácticas

150

Trabajos prácticos

Proyecto del Grupo 4

Modelo curricular

Grupo 4: modelo curricular del NS NS

Total de horas lectivas

Teoría

240 180

Temas troncales

Temas adicionales del NS (TANS)

Opciones

Actividades prácticas

Trabajos prácticos

Proyecto del Grupo 4

Grupo 4

Estructura del programa de estudios

Nota: El orden en que se presenta el programa de estudios no representa el orden en el que debe impartirse.

La sección detallada del programa de estudios de las guías del Grupo 4 está estructurada de la misma manera para todas las asignaturas. Dicha estructura es la siguiente.

Temas y opciones Los temas están numerados y las opciones se identifican mediante una letra mayúscula (por ejemplo, “Tema 8: Ácidos y bases”, u “Opción D: Medicinas y drogas”).

Subtemas Los subtemas están numerados y junto a ellos se indica el número aproximado de horas lectivas que se necesitará para cubrirlos (por ejemplo, “8.1 Teorías de los ácidos y bases (2 horas)”). El número de horas se ofrece sólo a título indicativo y no incluye el tiempo necesario para realizar las prácticas o trabajos de investigación.

Enunciados de evaluación Los enunciados de evaluación, que están numerados, expresan los objetivos de aprendizaje que los alumnos deben alcanzar al final del curso (por ejemplo, “8.1.1 Defina ácidos y bases según las teorías de Brønsted−Lowry y de Lewis”). Estos enunciados se han concebido para indicar a los examinadores los aspectos que podrán evaluar por medio de los exámenes escritos. Cada uno se clasifica como objetivo específico 1, 2 o 3 (véase la sección “Objetivos específicos”) en función de los términos de examen utilizados (véase la sección “Términos de examen”). Mientras que los niveles de los objetivos específicos aseguran el equilibrio del programa de estudios y tienen valor para los exámenes, los términos de examen indican el grado de profundidad en el tratamiento de un aspecto que exige un enunciado de evaluación particular. Es importante que se informe a los alumnos del significado de los términos de examen dado que éstos se emplearán en las preguntas de los exámenes.

Estructura del programa de estudios

Notas para el profesor Las notas que se incluyen junto a algunos enunciados de evaluación sirven como orientación adicional para los profesores. Pueden también sugerir ideas para desarrollar el objetivo general 7, el objetivo general 8, TdC y la dimensión internacional.

Tema u opción Subtema

Enunciado de evaluación

Notas para el profesor

Objetivo específico

Grupo 4

Objetivos generales

Mediante el estudio de las asignaturas del Grupo 4 los alumnos deberán tomar conciencia de la forma en que los científicos trabajan y se comunican entre ellos. Si bien el “método científico” puede adoptar muy diversas formas, es el enfoque práctico, mediante trabajos experimentales, lo que caracteriza a las asignaturas del Grupo 4 y las distingue de otras disciplinas. En este contexto, todos los cursos de Ciencias Experimentales del Programa del Diploma deberán tener como meta: 1.

proporcionar oportunidades para el estudio científico y el desarrollo de la creatividad dentro de un contexto global que estimule y desafíe intelectualmente a los alumnos

proporcionar un cuerpo de conocimientos, métodos y técnicas propios de la ciencia y la tecnología

capacitar a los alumnos para que apliquen y utilicen el cuerpo de conocimientos, métodos y técnicas propios de la ciencia y la tecnología

desarrollar la capacidad de analizar, evaluar y sintetizar la información científica

generar una toma de conciencia sobre el valor y la necesidad de colaborar y comunicarse de manera eficaz en las actividades científicas

desarrollar habilidades de experimentación y de investigación científicas

desarrollar la competencia en el uso de las tecnologías de la información y las comunicaciones para aplicarlas al estudio de la ciencia

aumentar la comprensión de las implicaciones morales, éticas, sociales, económicas y medioambientales del uso de la ciencia y la tecnología

desarrollar la apreciación de las posibilidades y limitaciones de la ciencia y los científicos

10. fomentar la comprensión de las relaciones entre las distintas disciplinas científicas y la naturaleza abarcadora del método científico.

Grupo 4

Objetivos específicos

Los objetivos específicos de todas las asignaturas del Grupo 4 reflejan aquellos aspectos de los objetivos generales que deben ser evaluados. Siempre que resulte apropiado, la evaluación tendrá en cuenta aspectos medioambientales y tecnológicos e identificará los efectos sociales, morales y económicos de la ciencia. El propósito de todos los cursos de Ciencias Experimentales del Programa del Diploma es que los alumnos alcancen los siguientes objetivos específicos: 1.

Demostrar que comprenden: a.

los hechos y los conceptos científicos

las técnicas y los métodos científicos

la terminología científica

los métodos de presentación de la información científica.

Aplicar y emplear: a.

los hechos y los conceptos científicos

las técnicas y los métodos científicos

la terminología científica para comunicar información de forma eficaz

los métodos apropiados de presentación de la información científica.

Elaborar, analizar y evaluar: a.

hipótesis, problemas de investigación y predicciones

técnicas y métodos científicos

explicaciones científicas.

Demostrar las aptitudes personales de cooperación, perseverancia y responsabilidad que les permitirán resolver problemas y realizar investigaciones científicas de forma eficaz.

Demostrar las técnicas de manipulación necesarias para llevar a cabo investigaciones científicas con precisión y en condiciones de seguridad.

Grupo 4

Términos de examen

Los términos de examen indican el grado de profundidad en el tratamiento de un aspecto que exige un enunciado de evaluación particular. Estos términos se utilizan en las preguntas de examen; por lo tanto, es importante que los alumnos se familiaricen con sus definiciones.

Objetivo 1 Definir

Dar el significado exacto de una palabra, frase o magnitud física.

Dibujar

Representar mediante trazos de lápiz.

Rotular

Añadir rótulos o encabezamientos a un diagrama.

Enumerar

Escribir una lista de nombres u otro tipo de respuestas cortas sin ningún tipo de explicación.

Medir

Hallar el valor de una cantidad.

Indicar

Especificar un nombre, un valor o cualquier otro tipo de respuesta breve sin aportar explicaciones ni cálculos.

Objetivo 2 Anotar

Añadir notas breves a un diagrama o gráfica.

Aplicar

Utilizar una idea, ecuación, principio, teoría o ley en una situación nueva.

Calcular

Hallar una respuesta numérica y mostrar las operaciones pertinentes (a menos que se indique lo contrario).

Describir

Exponer detalladamente.

Distinguir

Especificar las diferencias entre dos o más elementos distintos.

Estimar

Hallar el valor aproximado de algo.

Identificar

Encontrar una respuesta entre un número determinado de posibilidades.

Resumir

Exponer brevemente o a grandes rasgos.

Términos de examen

Objetivo 3 Analizar

Interpretar los datos para llegar a conclusiones.

Comentar

Realizar una valoración basada en un enunciado determinado o en el resultado de un cálculo.

Comparar

Exponer las semejanzas y diferencias entre dos (o más) elementos refiriéndose constantemente a ambos (o a todos).

Construir

Representar o elaborar de forma gráfica.

Deducir

Establecer una conclusión a partir de la información suministrada o manipular una relación matemática para obtener una nueva ecuación o relación.

Diseñar

Idear un plan, una simulación o un modelo.

Determinar

Encontrar la única respuesta posible.

Discutir

Exponer utilizando, si es posible, una serie de argumentos a favor y en contra de la importancia relativa de distintos factores o comparando hipótesis alternativas.

Evaluar

Valorar las implicaciones y limitaciones de algo.

Explicar

Exponer detalladamente las causas, razones o mecanismos de algo.

Predecir

Dar un resultado esperado.

Demostrar

Indicar los pasos realizados en un cálculo o deducción.

Esquematizar

Represente mediante una gráfica que muestre una línea y ejes rotulados pero sin escala donde se indiquen claramente características importantes (por ejemplo, intersecciones).

Resolver

Obtener una respuesta por medio de métodos algebraicos o numéricos.

Sugerir

Proponer una hipótesis o cualquier otra respuesta posible.

Grupo 4

Resumen de la evaluación

Especificaciones de evaluación del NM Primeros exámenes: 2009

Componente

Contribución al total (%)

Contribución aproximada de objetivos específicos (%) 1+2

Prueba 1

Prueba 2

Duración (horas)

Estructura y cobertura del programa de estudios

30 preguntas de opción múltiple sobre los temas troncales

1¼

Sección A: una pregunta basada en datos y varias preguntas de respuesta corta sobre los temas troncales (todas obligatorias) Sección B: una pregunta de respuesta larga sobre los temas troncales (de tres a elegir)

Prueba 3

Varias preguntas de respuesta corta sobre cada una de las opciones cursadas (todas obligatorias)

Resumen de la evaluación

Especificaciones de evaluación del NS Primeros exámenes: 2009

Componente

Contribución al total (%)

Contribución aproximada de objetivos específicos (%) 1+2

Prueba 1

Prueba 2

Duración (horas)

Estructura y cobertura del programa de estudios

3 1

2¼

40 preguntas de opción múltiple (aproximadamente 15 comunes con el NM más unas cinco preguntas sobre los temas troncales y unas 20 sobre los TANS) Sección A: una pregunta basada en datos y varias preguntas de respuesta corta sobre los temas troncales y los TANS (todas obligatorias) Sección B: dos preguntas de respuesta larga sobre los temas troncales y los TANS (de cuatro a elegir)

Prueba 3

1¼

Varias preguntas de respuesta corta y una pregunta de respuesta larga sobre cada una de las dos opciones cursadas (todas obligatorias)

Además de cubrir los objetivos específicos 1, 2 y 3, el plan de evaluación interna para el NM y el NS cubre el objetivo específico 4 (aptitudes personales) mediante la aplicación del criterio de aptitudes personales para evaluar el proyecto del Grupo 4 y el objetivo específico 5 (técnicas de manipulación) mediante la aplicación del criterio de técnicas de manipulación para evaluar las actividades prácticas. No se permiten calculadoras en la prueba 1 del NM y del NS, pero su uso es necesario en las pruebas 2 y 3. Para las pruebas 2 y 3 del NM y del NS es necesario contar con un ejemplar sin marcas ni anotaciones del Cuadernillo de datos de Química.

Grupo 4

Evaluación externa

La evaluación externa consiste en tres pruebas escritas.

Prueba 1 La prueba 1 consiste en preguntas de opción múltiple con las que se evalúan sólo los conocimientos de los temas troncales en el caso de los alumnos del NM, y de los temas troncales y los TANS en el caso de los alumnos del NS. Las preguntas se han concebido como problemas breves, con una o dos etapas de resolución, que cubren los objetivos específicos 1 y 2 (véase la sección “Objetivos específicos”). No se descuentan puntos por respuestas incorrectas. No se permite el uso de calculadoras, aunque los alumnos deberán realizar operaciones de cálculo sencillas.

Prueba 2 En la prueba 2 se evalúan sólo los conocimientos de los temas troncales en el caso de los alumnos del NM, y de los temas troncales y los TANS en el caso de los alumnos del NS. Las preguntas cubren los objetivos específicos 1, 2 y 3, y la prueba está dividida en dos secciones. En la sección A hay una pregunta que requiere el análisis de un conjunto de datos dados. El resto de la sección A está compuesto por preguntas de respuesta corta. En la sección B se proponen a los alumnos del NM tres preguntas de las cuales deben elegir una, y cuatro preguntas a los alumnos del NS, de las cuales deben elegir dos. Son preguntas de respuesta larga que pueden implicar la redacción de un texto de varios párrafos, la resolución de un problema de cierta envergadura o un trabajo profundo de análisis o evaluación. En esta prueba es necesario usar una calculadora.

Prueba 3 En la prueba 3 se examinan los conocimientos de las opciones y se cubren los objetivos específicos 1, 2 y 3. Los alumnos del NM deben contestar varias preguntas de respuesta corta de cada una de las dos opciones cursadas. Los alumnos del NS deben contestar varias preguntas de respuesta corta y una pregunta de respuesta larga de cada una de las dos opciones cursadas. En esta prueba es necesario usar una calculadora. Para las pruebas 2 y 3 del NM y del NS es necesario contar con un ejemplar sin marcas ni anotaciones del Cuadernillo de datos de Química.

Nota: Siempre que sea posible, los profesores deberán emplear y recomendar a los alumnos el uso del Sistema Internacional de Unidades (unidades SI).

Grupo 4

Actividades prácticas y evaluación interna

Generalidades Todas las asignaturas del Grupo 4 tienen los mismos requisitos de evaluación interna, con la excepción de Tecnología del Diseño, que presenta un elemento adicional. La evaluación interna, que representa el 24% de la evaluación final (un 36% en el caso de Tecnología del Diseño), consiste en un proyecto interdisciplinario que abarca una mezcla de trabajos de investigación a corto y largo plazo (tales como prácticas y proyectos específicos de la asignatura) y, en el caso de Tecnología del Diseño, el proyecto de diseño. Los trabajos de los alumnos son evaluados por el profesor y moderados por IBO. La evaluación interna se realiza, tanto en el NM como en el NS, aplicando criterios de evaluación cuya puntuación máxima es 6.

Propósitos de las actividades prácticas Aunque los requisitos de evaluación interna se centran principalmente en la evaluación de habilidades prácticas, los distintos tipos de trabajos experimentales que un alumno puede realizar sirven también para otros propósitos, tales como: •

ejemplificar, enseñar y reforzar los conceptos teóricos

•

valorar el carácter esencialmente práctico del trabajo científico

•

apreciar las ventajas y limitaciones de la metodología científica.

Por lo tanto, se justifica ampliamente el hecho de que los profesores realicen más trabajo experimental que el requerido para la evaluación interna.

Plan de trabajos prácticos El plan de trabajos prácticos es el programa práctico planificado por el profesor. Su propósito es resumir todas las actividades de investigación llevadas a cabo por el alumno. Algunos de los trabajos realizados por los alumnos en el NM y el NS de una misma asignatura pueden ser iguales.

Cobertura del programa de estudios La gama de trabajos prácticos llevados a cabo deberá reflejar la amplitud y profundidad del programa de la asignatura en cada nivel, pero no es necesario realizar un trabajo para cada uno de los temas del programa. Sin embargo, todos los alumnos deben participar en el proyecto del Grupo 4, y lo ideal es que las actividades de evaluación interna incluyan contenidos diversos de los temas troncales, de las opciones y, cuando corresponda, de los TANS. No se especifica un mínimo de trabajos prácticos que se deberán realizar.

Actividades prácticas y evaluación interna

Elección de los trabajos prácticos Los profesores tienen libertad para diseñar sus propios planes de trabajos prácticos, de acuerdo con determinados requisitos. La elección se debe basar en: •

las asignaturas, niveles y opciones que se enseñan

•

las necesidades de los alumnos

•

los recursos disponibles

•

los estilos de enseñanza.

Cada plan debe incluir algunos trabajos complejos que requieran un mayor esfuerzo conceptual por parte de los alumnos. Un plan de trabajo compuesto totalmente por experimentos sencillos, como marcar casillas o ejercicios de completar tablas, no constituye una experiencia suficientemente amplia para los alumnos. Se alienta a los profesores a que usen el Centro pedagógico en línea (CPEL) para que, a través de los foros de debate, intercambien ideas acerca de posibles trabajos y añadan materiales en las páginas de las asignaturas.

Nota: Todo trabajo práctico (o parte de él) que se utilice para evaluar a los alumnos deberá diseñarse específicamente para que corresponda a los criterios de evaluación pertinentes.

Flexibilidad El modelo de evaluación interna es lo suficientemente flexible como para permitir que se lleve a cabo una amplia gama de trabajos prácticos. Algunos ejemplos podrían ser: •

prácticas breves de laboratorio que se realicen en una o más lecciones, y prácticas a largo plazo o proyectos que se extiendan a lo largo de varias semanas

•

simulaciones por computador

•

ejercicios de recopilación de datos, como cuestionarios, pruebas con usuarios y encuestas

•

ejercicios de análisis de datos

•

trabajo general de laboratorio y de campo.

Proyecto del Grupo 4 El proyecto del Grupo 4 es una actividad interdisciplinaria en la que deben participar todos los alumnos de Ciencias Experimentales del Programa del Diploma. Se pretende que los alumnos de las diferentes asignaturas del Grupo 4 analicen un tema o problema común. El ejercicio debe ser una experiencia de colaboración en la que se destaquen preferentemente los procesos que comprende la investigación científica más que los productos de dicha investigación. En la mayoría de los casos, los alumnos de un colegio participarán en la investigación del mismo tema. En aquellos casos en los que existe un gran número de alumnos, es posible dividirlos en grupos más pequeños en los que estén representadas cada una de las asignaturas de Ciencias Experimentales. Los grupos pueden investigar el mismo tema, o temas distintos, es decir, pueden existir varios proyectos del Grupo 4 en el mismo colegio.

Actividades prácticas y evaluación interna

Documentación de las actividades prácticas La información sobre el plan de trabajos prácticos de cada alumno se debe registrar en el formulario 4/PSOW, incluido en la sección 4 del Vademécum. También es posible utilizar versiones en formato electrónico siempre que contengan toda la información necesaria. Además, los trabajos de laboratorio correspondientes a las dos puntuaciones más altas obtenidas por cada alumno aplicando los criterios de evaluación interna (diseño, obtención y procesamiento de datos, y conclusión y evaluación) y las instrucciones proporcionadas por el profesor para el trabajo de laboratorio deben conservarse para su posible inclusión en la muestra de los trabajos enviada a un moderador de evaluación interna.

Tiempo asignado a las actividades prácticas Las horas lectivas recomendadas para el conjunto de los cursos del Programa del Diploma son 150 en el NM y 240 en el NS. Los alumnos deben dedicar a las actividades prácticas 40 horas en el NM y 60 horas en el NS (sin incluir el tiempo de redacción del trabajo). Este tiempo incluye 10 horas para el proyecto del Grupo 4. Si se ha continuado investigando después del vencimiento del plazo para el envío de trabajos al moderador, solamente podrán considerarse 2 o 3 horas de investigación extra en el total de horas del plan de trabajos prácticos.

Nota: En Tecnología del Diseño, los alumnos deben dedicar 55 horas a las actividades prácticas en el NM y 81 horas en el NS.

Sólo una parte de las 40 o 60 horas de las actividades prácticas deben dedicarse al trabajo que se evalúa aplicando los criterios de evaluación interna. Este trabajo se realizará normalmente durante la última parte del curso, una vez que los alumnos se hayan familiarizado con los criterios y pueda evaluarse su desempeño en trabajos prácticos complejos.

Grupo 4

Orientación y autoría original

Todos los alumnos deben familiarizarse con los requisitos de evaluación interna. Se les debe informar claramente de que son los únicos responsables de su trabajo. Es conveniente que los profesores les ayuden a desarrollar el sentido de responsabilidad sobre el propio aprendizaje para que se sientan orgullosos de su trabajo. Las respuestas de los profesores a preguntas de los alumnos sobre aspectos específicos de los trabajos prácticos deberán orientarlos (cuando proceda) hacia vías de indagación más productivas, en lugar de dar una solución directa a la cuestión planteada. Como parte del proceso de aprendizaje, los profesores pueden proporcionar a los alumnos orientación general sobre un primer borrador de su trabajo para la evaluación interna. No obstante, no se permitirá que el alumno presente otras versiones modificadas del trabajo: la versión siguiente entregada al profesor después del primer borrador deberá ser la versión final. El profesor calificará esta versión aplicando los criterios de evaluación interna. Es útil señalar en este trabajo la puntuación asignada para cada aspecto: “c” si los criterios se han alcanzado completamente, “p” si se han alcanzado parcialmente y “n” si no se han alcanzado, para orientar al moderador si el trabajo fuera seleccionado como parte de la muestra. Al evaluar el trabajo de los alumnos aplicando los criterios de evaluación interna, los profesores deben calificar y anotar únicamente la versión final. Cuando los trabajos prácticos se realicen fuera del aula los alumnos deberán trabajar de forma independiente. Es preciso que los profesores se aseguren de que el trabajo enviado para moderación lo ha realizado el alumno. En caso de duda, deberá controlar la autoría original del mismo mediante una de las siguientes formas: •

discutirlo con el alumno

•

pedir que el alumno explique los métodos utilizados en el trabajo y resuma los resultados

•

pedir que el alumno repita el trabajo.

Es preciso que los profesores firmen la portada de la evaluación interna para confirmar que todos los trabajos de los alumnos son originales y han sido realizados sin ayuda.

Seguridad Aunque los profesores deberán ajustarse con relación a este aspecto a las directrices nacionales o locales (las cuales pueden diferir entre los distintos países), se deberá prestar atención a la declaración de principios de la Comisión de Seguridad del ICASE, International Council of Associations for Science Education (Consejo Internacional de Asociaciones de Educación Científica), cuya traducción se proporciona a continuación.

Orientación y autoría original

Comisión de Seguridad del ICASE Declaración de principios La Comisión de Seguridad del ICASE tiene como fin promover prácticas científicas estimulantes y de calidad, capaces de suscitar el interés de los alumnos y motivar a los profesores, realizadas en un entorno de aprendizaje seguro y sin riesgos para la salud. De este modo, todos los individuos implicados en la educación científica (profesores, estudiantes, asistentes de laboratorio, supervisores y visitantes) tienen derecho a trabajar bajo las condiciones más seguras posibles en aulas y laboratorios de ciencias. Los directivos de los centros deberán realizar todo lo posible y razonable para proveer y mantener un entorno de aprendizaje seguro y sin riesgos para la salud, así como para establecer y exigir prácticas y métodos seguros en todo momento. Es necesario elaborar normas y reglamentos de seguridad y garantizar su cumplimiento para la protección de las personas que lleven a cabo actividades en las aulas y laboratorios de ciencias, o que desarrollen experiencias de campo. Cuando dichas condiciones de trabajo no sean lo suficientemente seguras, deberán proponerse actividades científicas alternativas. Es responsabilidad de todas y cada una de las personas involucradas en estas actividades el hacer de este compromiso con la seguridad y la salud algo permanente. Las recomendaciones que se hagan a este respecto deberán reconocer la necesidad de respetar el contexto local, las diferentes tradiciones educativas y culturales, las limitaciones económicas y los sistemas legales de los distintos países.

Grupo 4

Criterios de evaluación interna

Información general El método de evaluación utilizado para la evaluación interna se basa en criterios establecidos, es decir, se evalúa el trabajo de cada alumno con relación a criterios de evaluación previamente establecidos y no con relación al trabajo de otros alumnos. En todos los cursos del Grupo 4 el componente de evaluación interna se evalúa con arreglo a conjuntos de criterios de evaluación y descriptores de nivel de logro. Los criterios de evaluación interna son para uso de los profesores. •

Para cada criterio de evaluación existe cierto número de descriptores; cada uno describe un nivel de logro específico.

•

Los descriptores se centran en aspectos positivos aunque para los niveles más bajos, la descripción puede mencionar la falta de logros.

Uso de los criterios de evaluación interna En la actividad de evaluación interna los profesores deben basarse en los descriptores de cada criterio. Se utilizan los mismos criterios de evaluación interna para el NM y el NS. •

El propósito es encontrar, para cada criterio, el descriptor que exprese de la forma más adecuada el nivel de logro alcanzado por el alumno. Se trata, por tanto, de un procedimiento de aproximación. Desde la perspectiva de cualquiera de los criterios, el trabajo del alumno puede presentar rasgos que correspondan a un descriptor de un nivel de logro superior, combinados con rasgos que pertenezcan a un nivel de logro inferior. Debe realizarse una valoración profesional para identificar el descriptor que más se aproxima al trabajo del alumno.

•

Una vez examinado el trabajo que se ha de evaluar, los descriptores de cada criterio deben leerse empezando por el de nivel 0, hasta que se alcance el que describe un nivel de logro que no corresponde tan adecuadamente como el anterior al trabajo que se está evaluando. El trabajo, por lo tanto, se describe mejor mediante el descriptor del nivel de logro anterior, y éste es el nivel que se debe asignar. Sólo se utilizarán números enteros y no notas parciales, como fracciones o decimales.

•

Los descriptores más altos no implican un desempeño perfecto y tanto los moderadores como los profesores no deben dudar en utilizar los niveles extremos, incluido el cero, si describen apropiadamente el trabajo que se está evaluando.

•

Los descriptores no deben considerarse como notas o porcentajes, aunque los niveles de los descriptores se sumen al final para obtener una puntuación total. No debe suponerse que existan otras relaciones aritméticas: por ejemplo, un desempeño de nivel 2 no es necesariamente el doble de bueno que un desempeño de nivel 1.

•

Un alumno que alcance un nivel de logro determinado en relación con un criterio, no alcanzará necesariamente niveles similares en relación con otros criterios. No debe suponerse que la evaluación general de los alumnos haya de dar como resultado una distribución determinada de puntuaciones.

•

Los alumnos deben tener acceso en todo momento a los criterios de evaluación.

Criterios de evaluación interna

Criterios y aspectos Para evaluar el trabajo de los alumnos del NM y el NS se utilizan cinco criterios de evaluación. •

Diseño: D

•

Obtención y procesamiento de datos: OPD

•

Conclusión y evaluación: CE

•

Técnicas de manipulación: TM

•

Aptitudes personales: AP

Cada uno de los tres primeros criterios, Diseño (D), Obtención y procesamiento de datos (OPD) y Conclusión y evaluación (CE), se evalúa dos veces. El criterio Técnicas de manipulación (TM) se evalúa de forma sumativa a lo largo del curso y la evaluación debe basarse en un amplio conjunto de técnicas de manipulación. El criterio Aptitudes personales (AP) se evalúa una sola vez, durante el proyecto del Grupo 4. Cada uno de los criterios de evaluación puede ser desglosado en tres aspectos, tal y como se recoge en las secciones siguientes. Las descripciones dadas sirven para indicar distintos niveles de logro de los requisitos de un aspecto concreto mediante las expresiones completamente (c) o parcialmente (p). También se indica el caso en el que no se han satisfecho los requisitos mediante la denominación no alcanzado (n). Se asignan 2 puntos al nivel de logro “completamente”, 1 punto al nivel “parcialmente” y 0 puntos al nivel “no alcanzado”. La puntuación máxima para cada criterio es 6 (correspondiente a tres niveles de logro “completamente”). D

× 2 = 12

OPD

× 2 = 12

×1=6

Se obtiene así una puntuación total sobre un máximo de 48 puntos. Las puntuaciones para cada criterio se suman para determinar la nota final (sobre un total de 48) del componente de evaluación interna. Posteriormente, esta nota es transformada en IBCA para obtener el total sobre el 24%. Las normas y procedimientos generales relativos a la evaluación interna pueden consultarse en el Vademécum.

Criterios de evaluación interna

Diseño Niveles/puntos

Aspecto 1

Aspecto 2

Aspecto 3

Definición del problema y selección de variables

Control de las variables

Desarrollo de un método de obtención de datos

Completamente/2

Enuncia un problema o pregunta de investigación concretos e identifica las variables pertinentes.

Diseña un método que permite controlar eficazmente las variables.

Desarrolla un método que permite obtener datos pertinentes y suficientes.

Parcialmente/1

Enuncia un problema o una pregunta de investigación de forma incompleta o sólo identifica algunas de las variables pertinentes.

Diseña un método que permite controlar, en cierta medida, las variables.

Desarrolla un método que permite obtener datos pertinentes pero no suficientes.

No alcanzado/0

No enuncia un problema o una pregunta de investigación ni identifica variables pertinentes.

Diseña un método que no permite controlar las variables.

Desarrolla un método que no permite obtener datos pertinentes.

Obtención y procesamiento de datos Niveles/puntos

Aspecto 1

Aspecto 2

Aspecto 3

Registro de datos brutos

Procesamiento de datos brutos

Presentación de los datos procesados

Completamente/2

Registra los datos brutos apropiados, tanto los cuantitativos como los cualitativos asociados, e incluye unidades de medida y márgenes de incertidumbre en los casos pertinentes.

Procesa los datos brutos cuantitativos correctamente.

Presenta los datos procesados de forma apropiada y, en caso pertinente, incluye los errores e incertidumbres.

Parcialmente/1

Registra los datos brutos apropiados, tanto los cuantitativos como los cualitativos asociados, pero con algunos errores u omisiones.

Procesa los datos brutos cuantitativos, pero con algunos errores u omisiones.

Presenta los datos procesados de forma apropiada, pero con algunos errores u omisiones.

No alcanzado/0

No registra datos brutos cuantitativos apropiados o los datos brutos son incomprensibles.

No procesa los datos brutos cuantitativos o comete errores graves al procesarlos.

Presenta los datos procesados de forma inapropiada o incomprensible.

Criterios de evaluación interna

Conclusión y evaluación Niveles/puntos

Aspecto 1

Aspecto 2

Aspecto 3

Formulación de conclusiones

Evaluación de los procedimientos

Mejora de la investigación

Completamente/2

Enuncia una conclusión y la justifica, basándose en una interpretación razonable de los datos.

Evalúa los puntos débiles y las limitaciones.

Propone mejoras realistas en relación con las limitaciones y puntos débiles señalados.

Parcialmente/1

Enuncia una conclusión basándose en una interpretación razonable de los datos.

Señala algunos puntos débiles y limitaciones, pero no los evalúa o su evaluación es deficiente.

Sólo propone mejoras superficiales.

No alcanzado/0

No enuncia ninguna conclusión o la conclusión se basa en una interpretación de los datos que no es razonable.

Señala puntos débiles y limitaciones que no son pertinentes.

Propone mejoras que no son realistas.

Técnicas de manipulación (evaluadas de forma sumativa) Este criterio cubre el objetivo específico 5. Niveles/puntos

Aspecto 1

Aspecto 2

Aspecto 3

Cumplimiento de las instrucciones*

Aplicación de las técnicas

Seguridad en el trabajo

Completamente/2

Sigue las instrucciones con precisión y se adapta a nuevas circunstancias, buscando ayuda cuando la necesita.

Utiliza diversas técnicas y equipos de forma competente y metódica.

Presta atención a las cuestiones de seguridad.

Parcialmente/1

Sigue las instrucciones pero necesita ayuda.

Utiliza diversas técnicas y equipos de forma, por lo general, competente y metódica.

Por lo general, presta atención a las cuestiones de seguridad.

No alcanzado/0

Pocas veces sigue las instrucciones o necesita supervisión constante.

Utiliza diversas técnicas y equipos, pero pocas veces lo hace de forma competente y metódica.

Pocas veces presta atención a las cuestiones de seguridad.

* Las instrucciones pueden presentarse en diferentes formas: instrucciones orales, protocolos de trabajo escritos, diagramas, fotografías, videos, organigramas, cintas de audio, modelos, programas informáticos, etc. No siempre las facilitará el profesor. Para el criterio correspondiente a las aptitudes personales véase la sección “Proyecto del Grupo 4”.

Grupo 4

Aclaraciones sobre los criterios de evaluación interna

Diseño Aspecto 1: definición del problema y selección de variables Es fundamental que los profesores planteen para investigar un problema abierto que comprenda varias variables independientes entre las que un alumno pueda elegir una que resulte adecuada para su trabajo práctico. Se garantizará de este modo la formulación de una serie de planes de investigación por parte de los alumnos y la existencia de margen suficiente para identificar variables independientes y controladas. Aunque el profesor puede establecer el objetivo general de la investigación, los alumnos deberán identificar el problema o la pregunta de investigación concretos. Con frecuencia, los alumnos modificarán para ello el objetivo general proporcionado e indicarán la variable o variables elegidas para su investigación. El profesor únicamente puede sugerir la pregunta de investigación general. Una indicación aceptable del profesor sería pedir a los alumnos que investiguen alguna propiedad de un sistema de reacciones como la esterificación, sin proporcionar variables. Los alumnos podrán entonces plantearse preguntas de investigación como las siguientes: “¿Cómo afecta el cambio de ácido carboxílico a la constante de equilibrio de la reacción de esterificación con etanol?” o “¿Cómo afecta el cambio de la concentración de catalizador ácido a la velocidad de la reacción de esterificación entre etanol y ácido etanoico?”. El profesor puede sugerir también la pregunta de investigación general y especificar la variable dependiente o una magnitud derivada de la misma. Un ejemplo de este tipo de indicación del profesor sería pedir al alumno que investigue los factores que afectan a la retención en la cromatografía en capa fina. Los alumnos podrán entonces plantearse preguntas de investigación como las siguientes: “¿Cómo afecta la composición molar de una mezcla binaria de disolventes de propanona y agua a la retención del indicador naranja de metilo en la cromatografía en capa fina?”, o bien “¿Cómo afecta el cambio del pH del disolvente acuoso a la retención de indicadores ácido–base en la cromatografía en capa fina?”. El alumno no puede limitarse a formular de nuevo la pregunta de investigación propuesta por el profesor. Las variables son factores que pueden medirse y controlarse. Las variables independientes son las que se manipulan y el resultado de esta manipulación permite medir la variable dependiente. Una variable controlada es aquella que debe mantenerse constante para no influir en el efecto de la variable independiente sobre la variable dependiente. El alumno debe indicar claramente qué variables son dependientes (medidas), independientes (manipuladas) y controladas (constantes). Son variables pertinentes aquellas que cabe esperar razonablemente que afecten al resultado. Por ejemplo, en el trabajo “¿Cómo afecta el cambio de la concentración de catalizador ácido a la velocidad de la reacción de esterificación entre etanol y ácido etanoico?”, el alumno debe indicar claramente que la variable independiente es la concentración de catalizador y que la variable dependiente es la concentración de ácido etanoico presente tras un período determinado. Las variables controladas pertinentes son la temperatura y las concentraciones iniciales en la mezcla de reacción de etanol y ácido etanoico. No debe penalizarse a los alumnos por identificar otras variables de control cuya pertinencia pueda no ser tan manifiesta.

Aclaraciones sobre los criterios de evaluación interna

No debe hacerse lo siguiente: •

proporcionar a los alumnos una pregunta de investigación concreta

•

informar a los alumnos del resultado de la investigación

•

decir a los alumnos qué variable independiente deben seleccionar

•

decir a los alumnos qué variables independientes deben mantener constantes.

Aspecto 2: control de las variables La expresión “control de variables” se refiere a la manipulación de la variable independiente y al intento de mantener las variables controladas en un valor constante. El método debe mencionar de forma explícita cómo se logra el control de las variables. Si no es posible en la práctica el control de la variable o variables, es preciso intentar observarlas de algún modo. Puede utilizarse una técnica de medición estándar como parte de un trabajo de investigación de alcance más amplio, pero la técnica de medición no debe ser el objeto de la investigación. Debe evaluarse a los alumnos por el diseño que proponen individualmente para la investigación de alcance más amplio. Si se utiliza una técnica de medición estándar debe proporcionarse la referencia correspondiente. Por ejemplo, en un plan para estudiar los factores que influyen en la velocidad de oxidación de la vitamina C en zumos de frutas, el alumno puede haber adaptado un método de determinación del contenido de vitamina C que haya encontrado en una publicación. En ese caso, es preciso citar la fuente como nota al pie de página. No debe indicarse a los alumnos: •

qué aparatos deben utilizar

•

el método experimental.

Aspecto 3: desarrollo de un método de obtención de datos La definición de “datos pertinentes y suficientes” depende del contexto. El trabajo práctico planificado debe prever la obtención de datos suficientes para abordar adecuadamente el objetivo o la pregunta de investigación y para poder evaluar la fiabilidad de los datos. Por ejemplo, cabe plantear las siguientes consideraciones al evaluar si los datos son suficientes: si es preciso trazar una recta de ajuste aproximada en un diagrama de dispersión se necesitan al menos los datos correspondientes a cinco puntos, o el plan debe prever la realización de mediciones repetidas para calcular una media (por ejemplo, repetir las mediciones calorimétricas cuando se investiga la entalpía de una reacción). El plan debe exponer la necesidad de realizar un análisis de prueba y de repetir el análisis hasta obtener resultados coherentes en las determinaciones volumétricas. No debe indicarse a los alumnos: •

cómo obtener los datos

•

la cantidad de datos que deben obtener.

Aclaraciones sobre los criterios de evaluación interna

Obtención y procesamiento de datos Lo ideal es que los alumnos trabajen en la obtención de datos por su cuenta. Cuando la obtención de datos se realiza en grupos, el registro y procesamiento de los mismos debe hacerse de forma independiente si va a evaluarse este criterio. El registro de datos por grupos o por el conjunto de la clase sólo es adecuado si el método utilizado para compartir los datos no sugiere a los alumnos un formato de presentación.

Aspecto 1: registro de datos brutos Los datos brutos son los datos obtenidos directamente por medición. Pueden incluir datos cualitativos asociados. Se permite la conversión de datos brutos escritos a mano a formato electrónico. El término “datos cuantitativos” se refiere a las mediciones numéricas de las variables asociadas a la investigación. Se consideran datos cualitativos asociados aquellas observaciones que pueden mejorar la interpretación de los resultados. Todos los datos brutos llevan asociadas incertidumbres y siempre debe intentarse cuantificarlas. Por ejemplo, cuando los alumnos afirman que una medición tomada con un cronómetro lleva asociada una incertidumbre debido al tiempo de reacción, deben estimar la magnitud de dicha incertidumbre. En las tablas de datos cuantitativos, debe anotarse claramente en cada columna un encabezado, las unidades y una indicación de la incertidumbre de la medición. La incertidumbre no debe coincidir necesariamente con la precisión del instrumento de medición utilizado que declara el fabricante. La incertidumbre de los datos y el número de cifras significativas utilizadas en los mismos deben ser coherentes. Esto vale para todos los instrumentos de medición, por ejemplo, medidores digitales, cronómetros y otros instrumentos. El número de cifras significativas debe reflejar la precisión de la medición. No deben existir variaciones en la precisión de los datos brutos. Por ejemplo, debe utilizarse siempre el mismo número de decimales. El grado de precisión de los datos derivados del procesamiento de datos brutos (por ejemplo, las medias) debe ser el mismo que el de los datos brutos. Se espera que el alumno registre el grado de precisión a partir del momento en el que se hace cargo de la manipulación. Por ejemplo, no se espera que los alumnos indiquen el grado de precisión en la concentración de una disolución que hayan elaborado otros para ellos. No debe indicarse a los alumnos cómo registrar los datos brutos. Por ejemplo, no se les debe proporcionar una tabla con un formato definido previamente en el que aparezcan columnas, encabezados, unidades o incertidumbres.

Aspecto 2: procesamiento de datos brutos El procesamiento de datos conlleva, por ejemplo, la combinación y manipulación de los datos brutos (como su suma, resta, potenciación, división) para determinar el valor de una magnitud física, así como tomar la media de varias mediciones y transformar los datos en una forma adecuada para su representación gráfica. Puede darse el caso de que los datos estén ya en una forma adecuada para su representación gráfica; por ejemplo, los datos de absorbancia de luz obtenidos en forma de gráfica representados frente a valores de tiempo. Si los datos brutos se representan de este modo, se dibuja una línea de ajuste óptimo a los puntos y se determina su pendiente, los datos brutos han sido procesados. La representación gráfica de datos brutos (sin obtención de una línea de ajuste) no constituye procesamiento de los datos. El registro y el procesamiento de datos pueden mostrarse en una única tabla siempre que se distingan claramente los datos brutos de los procesados.

Aclaraciones sobre los criterios de evaluación interna

No debe indicarse a los alumnos: •

cómo procesar los datos

•

qué magnitudes deben representar gráficamente.

Aspecto 3: presentación de los datos procesados Cuando se procesan datos, también deben tenerse en cuenta las incertidumbres asociadas a los mismos. Si los datos se combinan y manipulan para determinar el valor de una magnitud física (por ejemplo, el calor específico), deben propagarse las incertidumbres de los datos (véase el tema 11). El cálculo de la diferencia, en forma de porcentaje, entre el valor medido y el valor indicado en la bibliografía no constituye un análisis de errores. Se espera que los alumnos elijan por sí mismos un formato de presentación adecuado (por ejemplo, una hoja de cálculo, una tabla, una gráfica, un diagrama, un diagrama de flujo, etc.). Los cálculos, tablas o gráficas deben llevar rótulos claros e inequívocos. Las gráficas deben tener escalas apropiadas, sus ejes deben estar rotulados con indicación de las unidades y los puntos deben estar representados de forma exacta con una línea o curva de ajuste óptimo adecuada (no un diagrama de dispersión con líneas que conecten los puntos entre sí). Los alumnos deben presentar los datos de tal forma que sea posible seguir todas las etapas hasta llegar al resultado final. Las cantidades finales calculadas deben expresarse en unidades del sistema métrico o SI y deben expresarse con el número correcto de cifras significativas. Para el tratamiento de las incertidumbres en el análisis gráfico es preciso determinar las líneas de ajuste óptimo apropiadas. Para el cumplimiento completo del aspecto 3 no se exige que los alumnos dibujen las líneas de ajuste máximo y mínimo a los puntos, que incluyan las barras de error ni que combinen los errores mediante cálculos de medias cuadráticas. Aunque no se espera la representación mediante barras de los errores asociados a cada punto (por ejemplo, error estándar), las barras de error son una forma perfectamente aceptable de expresar el grado de incertidumbre de los datos. Para cumplir por completo el aspecto 3, los alumnos deben incluir un tratamiento de las incertidumbres y errores junto con sus datos procesados. El tratamiento de las incertidumbres debe ajustarse a los enunciados de evaluación 11.2.1 y 11.2.2 de la presente guía.

Conclusión y evaluación Aspecto 1: formulación de conclusiones Las conclusiones que se basan en los datos son aceptables incluso si contradicen aparentemente teorías aceptadas. No obstante, la conclusión debe tener en cuenta los posibles errores e incertidumbres sistemáticos o aleatorios. Debe compararse una estimación porcentual del error del resultado con el error aleatorio total estimado derivado de la propagación de las incertidumbres. Para justificar su conclusión, los alumnos deben discutir si se produjeron errores sistemáticos u otros errores aleatorios. En caso de existir errores sistemáticos, debe apreciarse en qué sentido afectan al resultado. El análisis podría incluir la comparación entre diferentes gráficas o la descripción de las tendencias que muestran las gráficas. La explicación debe incluir observaciones, tendencias o pautas reveladas por los datos.

Aclaraciones sobre los criterios de evaluación interna

Cuando midan el valor ya conocido y aceptado de una magnitud física, los alumnos deben extraer una conclusión sobre su confianza en el resultado experimental que han obtenido, comparándolo con el valor reflejado en el libro de texto o en otras publicaciones. Deben proporcionarse las referencias completas de la bibliografía consultada.

Aspecto 2: evaluación de los procedimientos Deben comentarse el diseño y el método de la investigación, así como la calidad de los datos. Además de enumerar los puntos débiles de la investigación, el alumno debe apreciar su importancia. En este sentido, son pertinentes las observaciones acerca de la precisión y la exactitud de las mediciones. En su evaluación del método utilizado, el alumno debe analizar específicamente los procedimientos, el uso de equipos y la organización del tiempo.

Aspecto 3: mejora de la investigación Las sugerencias de mejoras deben basarse en los puntos débiles y las limitaciones señaladas en el aspecto 2. Aquí pueden plantearse modificaciones de las técnicas experimentales y de la gama de datos obtenidos. Las modificaciones deben abordar cuestiones relativas a la precisión, la exactitud y la reproducibilidad de los resultados. Los alumnos deben sugerir formas de reducir los errores aleatorios, de eliminar los errores sistemáticos o de lograr un mayor control de las variables. Las modificaciones propuestas deben ser realistas y deben especificarse claramente. No es suficiente afirmar, en términos generales, que deben utilizarse instrumentos más precisos.

Técnicas de manipulación Este criterio debe evaluarse de forma sumativa.

Aspecto 1: cumplimiento de las instrucciones El grado de ayuda requerido para montar el equipo, el orden en la realización de los procedimientos y la capacidad de seguir instrucciones correctamente son indicios de las habilidades manipulativas del alumno. La utilización de técnicas seguras de trabajo debe ser evidente en todos los aspectos de las actividades prácticas. Debe incluirse en el plan de trabajos una amplia gama de tareas complejas.

Aspecto 2: aplicación de las técnicas Se espera que los alumnos realicen una variedad de trabajos prácticos diferentes durante el curso que les permitan exponerse a diversas situaciones de tipo experimental.

Aspecto 3: seguridad en el trabajo Debe evaluarse la actitud del alumno con respecto a la seguridad durante los trabajos prácticos en el laboratorio o de campo. No obstante, el profesor no debe poner a los alumnos en situaciones de riesgo inaceptables. El profesor debe juzgar qué es aceptable y legal, conforme a la normativa local y en función de las instalaciones disponibles. Véase la sección “Seguridad” de la presente guía en “Orientación y autoría original”.

Aclaraciones sobre los criterios de evaluación interna

Aptitudes personales Nota: El criterio de las aptitudes personales sólo se evalúa en el proyecto del Grupo 4 y se encontrará en la sección “Proyecto del Grupo 4”.

Grupo 4

Uso de TIC

De conformidad con el objetivo general 7, es decir, “desarrollar la competencia en el uso de las tecnologías de la información y las comunicaciones [TIC] para aplicarlas al estudio de la ciencia”, se fomenta a lo largo del curso el uso de estas tecnologías, tanto si los trabajos prácticos se evalúan aplicando los criterios de evaluación interna como si no.

Sección A: uso de TIC en actividades prácticas evaluadas Pueden utilizarse programas de registro de datos en los experimentos o trabajos prácticos evaluados con los criterios de evaluación interna, siempre que se aplique el principio siguiente. La contribución del alumno al experimento debe ser evidente, de modo que el profesor pueda evaluar únicamente dicha contribución. La contribución del alumno puede consistir en la selección de los ajustes utilizados por el equipo de registro de datos y elaboración de gráficas, o bien puede ponerse de manifiesto en etapas posteriores del experimento. Cuando se utilizan programas de registro de datos, se definen como datos brutos los datos producidos por el programa y extraídos por el alumno de las tablas o gráficas para procesarlos posteriormente. Las siguientes categorías de experimentos ilustran la aplicación de este principio.

1. Registro de datos en un trabajo práctico claramente delimitado Pueden utilizarse programas de registro de datos para realizar un experimento tradicional de una forma nueva. El uso de programas de registro de datos es adecuado, desde el punto de vista de la evaluación, si el alumno selecciona e introduce la mayoría de los parámetros pertinentes del programa. Por ejemplo, pueden utilizarse una sonda de pH y un contador de gotas para obtener directamente una curva de valoración de un ácido débil/base fuerte para determinar el pKa del ácido débil a partir del punto de semiequivalencia. Los programas de registro de datos que determinan automáticamente los diversos parámetros y generan las gráficas no son adecuados desde el punto de vista de la evaluación porque la aportación adicional del alumno necesaria para calcular el pKa es mínima. El uso de dichos programas sería adecuado si el alumno tuviera la responsabilidad de elegir el número de datos que deben registrarse y de ajustar la escala de los ejes y rotularlos antes de determinar el pH en el punto de semiequivalencia. Si el experimento es adecuado para ser evaluado, deben aplicarse las siguientes directrices relativas al criterio de OPD.

Uso de TIC

Obtención y procesamiento de datos: aspecto 1 Los alumnos pueden presentar datos brutos obtenidos mediante sistemas de registro de datos si ellos establecen la mayoría de los parámetros del programa. Los datos numéricos brutos pueden presentarse en forma de tabla, o bien, si se genera un gran volumen de datos, de forma gráfica. Los alumnos deben anotar los datos correctamente; por ejemplo, asignando títulos a tablas o gráficas, indicando las unidades en las columnas o ejes de las gráficas, indicando las incertidumbres, aportando observaciones cualitativas asociadas, etc. El número de cifras decimales de los datos registrados no debe superar el determinado por la sensibilidad del instrumento utilizado. Cuando los alumnos utilicen sondas electrónicas para el registro de datos, deberán registrar la sensibilidad del instrumento.

Obtención y procesamiento de datos: aspectos 2 y 3 El uso de programas de generación de gráficas es adecuado siempre que el alumno se encargue de tomar la mayoría de las decisiones, como las siguientes: •

elección de los valores representados gráficamente

•

selección de las magnitudes que representan los ejes

•

unidades apropiadas

•

título de la gráfica

•

escala apropiada

•

tipo de gráfica; por ejemplo, lineal y no de dispersión. Nota: Es aceptable el cálculo de pendientes de líneas por computador.

Los análisis estadísticos realizados con calculadora y los cálculos realizados con hoja de cálculo son aceptables siempre que el alumno seleccione los datos que deben procesarse y elija el método de procesamiento. En ambos casos, el alumno debe exponer un ejemplo en el texto escrito. Por ejemplo, el alumno debe mencionar la fórmula utilizada por la calculadora o introducida en la misma y definir los términos utilizados; o bien debe escribir la fórmula utilizada en una hoja de cálculo en caso de no ser un componente estándar del menú de funciones del programa (por ejemplo, la media o la desviación estándar).

2. Registro de datos en un trabajo práctico no delimitado Los programas de registro de datos pueden mejorar la obtención de datos y permitir la realización de nuevos tipos de trabajos. Los programas de registro de datos completamente automáticos son adecuados, desde el punto de vista de la evaluación, si se utilizan para permitir que los alumnos realicen una investigación más amplia y compleja en la que puedan generar una gama de respuestas que conlleve la adopción de decisiones de forma independiente. Por ejemplo, se les puede plantear una tarea en la que tengan que hallar los factores que afectan al enfriamiento por evaporación. Los aspectos de diseño y de OPD del trabajo de los alumnos podrían evaluarse como se describe a continuación.

Diseño: aspecto 1 Para cumplir el aspecto 1 de Diseño, el alumno puede decidir determinar si existe una relación entre la composición molar y el descenso de la temperatura en mezclas de propanona y etanol e identificar después las variables pertinentes.

Uso de TIC

Diseño: aspecto 2 El alumno puede diseñar un procedimiento en el que se utilicen sondas de temperatura con capacidad de registro de datos para obtener directamente las curvas de enfriamiento de cada mezcla. El aspecto 2 se cumplirá si el alumno ha tomado la decisión correcta de variar la composición de la mezcla (variable independiente) y controla la cantidad de mezcla analizada y otras variables de control pertinentes.

Diseño: aspecto 3 El aspecto 3 se cumplirá si se prevé el análisis de un número suficiente de mezclas de composiciones diferentes y si el período de obtención de datos es suficiente para permitir que se alcance la temperatura mínima.

Obtención y procesamiento de datos: aspecto 1 Un programa de registro de datos que genere curvas de enfriamiento directamente permite obtener datos brutos de las temperaturas inicial y mínima de las mezclas líquidas. El aspecto 1 puede cumplirse por completo si el alumno ha presentado claramente estos datos indicando sus unidades, incertidumbres y datos brutos cualitativos.

Obtención y procesamiento de datos: aspecto 2 Para cumplir por completo el aspecto 2, el alumno debe calcular correctamente el descenso de temperatura a partir de los datos de la curva de enfriamiento, calcular las composiciones molares de las mezclas, construir una nueva gráfica que represente este descenso de temperatura en función de la composición molar calculada de las mezclas, y dibujar una línea de ajuste para determinar si existe algún tipo de relación, lineal o de otro tipo. La gráfica puede elaborarse utilizando un programa informático adecuado, siempre que el alumno adopte las decisiones relativas al formato de la gráfica y la anotación de los datos en la misma.

Obtención y procesamiento de datos: aspecto 3 Este aspecto evalúa si se han propagado correctamente las incertidumbres en los cálculos y si se ha presentado adecuadamente la gráfica de datos procesados, con las escalas adecuadas, los ejes rotulados con indicación de las unidades, los puntos representados de forma exacta y el trazo de una línea de ajuste óptimo adecuada.

Sección B: uso de TIC en actividades prácticas no evaluadas No es necesario utilizar TIC en trabajos prácticos evaluados pero, para satisfacer el objetivo general 7 en la práctica, se exigirá a los alumnos que utilicen cada uno de los programas siguientes al menos una vez durante el curso: •

un programa de registro de datos en un experimento

•

un programa de trazado de gráficas

•

una hoja de cálculo para el procesamiento de los datos

•

una base de datos

•

un programa de modelización y simulación con computador.

El Centro pedagógico en línea (CPEL) cuenta con numerosos ejemplos de los programas anteriores entre los recursos de TIC para Biología, Química y Física.

Uso de TIC

Excepto los sensores para el registro de datos, todos los demás componentes utilizan programas gratuitos y fáciles de obtener en Internet. Como los alumnos únicamente necesitan utilizar programas y sensores para registro de datos una vez durante el curso, no es preciso que las aulas dispongan de estos equipos. El uso de cada una de las cinco aplicaciones de TIC antes mencionadas se corroborará mediante anotaciones en el plan de trabajos prácticos (formulario 4/PSOW). Por ejemplo, si un alumno utiliza una hoja de cálculo en un trabajo práctico, dicho uso debe registrarse en el formulario 4/PSOW. En este formulario también puede registrarse cualquier otra aplicación de TIC.

Grupo 4

Proyecto del Grupo 4

Proyecto del Grupo 4: resumen El proyecto del Grupo 4 es una actividad cooperativa en la que alumnos de diferentes asignaturas del Grupo 4 trabajan juntos en un tema científico o tecnológico, y que permite el intercambio de conceptos y percepciones de las diferentes disciplinas, de conformidad con el objetivo general 10: “fomentar la comprensión de las relaciones entre las distintas disciplinas científicas y la naturaleza abarcadora del método científico”. El proyecto puede ser de naturaleza práctica o teórica. Se alienta la colaboración entre colegios de regiones diferentes. El proyecto del Grupo 4 permite a los alumnos valorar las implicaciones ambientales, sociales y éticas de la ciencia y la tecnología. Permite además comprender las limitaciones del estudio científico, por ejemplo, la escasez de datos adecuados o la falta de recursos, etc. El énfasis debe recaer sobre la cooperación interdisciplinaria y los procesos implicados en la investigación más que en los productos de la investigación misma. Puede elegirse un tema científico o tecnológico, pero el proyecto debe abordar claramente los objetivos generales 7, 8 y 10 de las guías de las asignaturas del Grupo 4. Lo ideal es que en todas las etapas del proyecto los alumnos colaboren con compañeros de otras asignaturas del Grupo 4. No es necesario para ello que el tema elegido esté integrado por componentes claramente identificables correspondientes a asignaturas diferentes. No obstante, por motivos logísticos, algunos colegios pueden optar por dedicar fases de “acción” diferentes para cada asignatura (véase la sección “Etapas del proyecto”, a continuación).

Etapas del proyecto Las 10 horas asignadas al proyecto del Grupo 4, que forman parte de las horas lectivas dedicadas a la evaluación interna, se pueden dividir en tres etapas: planificación, acción y evaluación de resultados.

Planificación Esta etapa es crucial para todo el proyecto y deberá tener una duración de unas dos horas. •

Puede desarrollarse en una sesión única o en dos o tres más cortas.

•

Debe incluir una sesión de lluvia de ideas, en la que participen todos los alumnos del Grupo 4, se discuta el tema central y se compartan ideas e información.

•

El tema puede ser elegido por los alumnos o por los profesores.

•

Si participa un gran número de alumnos, puede ser recomendable que se constituya más de un grupo interdisciplinario.

Una vez que el tema o asunto haya sido seleccionado, se deben definir con claridad las actividades que se llevarán a cabo antes de pasar a las etapas de acción y evaluación de resultados.

Proyecto del Grupo 4

Una estrategia puede ser que los alumnos definan por sí mismos las tareas que emprenderán, individualmente o como miembros de los grupos, e investiguen los diversos aspectos que plantea el tema seleccionado. En esta etapa, si el proyecto va a ser de tipo experimental, debe especificarse el equipo que se utilizará, de modo que la etapa de acción no se retrase. En el caso de haber concertado una reunión con otros colegios, puede resultar importante considerarla en este momento.

Acción Esta etapa debe durar unas seis horas y puede llevarse a cabo a lo largo de una o dos semanas dentro del tiempo de clase programado. También se puede realizar en un solo día de clase completo si, por ejemplo, el proyecto requiere trabajo de campo. •

Los alumnos deben investigar el tema en grupos interdisciplinarios o en grupos de una sola asignatura.

•

Debe haber colaboración durante la etapa de acción: los resultados de la investigación se deben compartir con los otros alumnos que forman parte del grupo, ya sea interdisciplinario o de una sola asignatura. Durante esta etapa, es importante prestar atención a las cuestiones de seguridad, éticas y medioambientales en cualquier actividad de tipo práctico. Nota: Los alumnos que cursen dos asignaturas del Grupo 4 no están obligados a realizar dos fases de acción diferentes.

Evaluación de resultados Durante esta etapa, para la que se necesitarán probablemente dos horas, el énfasis debe recaer en que los alumnos compartan con sus compañeros los resultados de la investigación, tanto los éxitos como los fracasos. La forma de alcanzar este objetivo puede ser decidida por el profesor, los alumnos o en forma conjunta. •

Una de las soluciones posibles puede ser dedicar una mañana o una tarde a un simposio en el que todos los alumnos, de forma individual o en grupo, realicen breves exposiciones.

•

Otra opción puede ser la presentación de los resultados de manera más informal, en una feria de ciencias en la que los alumnos observen diversos paneles en los que se expongan resúmenes de las actividades de cada grupo.

Al simposio o la feria de ciencias podrían asistir los padres, miembros del consejo escolar y la prensa. Este hecho puede ser especialmente pertinente cuando la investigación se refiere a un asunto de importancia local. Algunos de los hallazgos podrían repercutir en la interacción entre el colegio y su entorno o la comunidad local.

Cumplimiento de los objetivos generales 7 y 8 Objetivo general 7: “desarrollar la competencia en el uso de las tecnologías de la información y las comunicaciones para aplicarlas al estudio de la ciencia”. El objetivo general 7 se puede abordar en parte en la etapa de planificación, mediante el uso de medios electrónicos para la comunicación en los colegios y entre colegios. Las TIC (por ejemplo, registro de datos, hojas de cálculo, bases de datos, etc.) podrán utilizarse en la fase de acción y, sin duda, en la etapa de presentación y evaluación de resultados (por ejemplo, uso de imágenes digitales, programas para presentaciones, sitios web, video digital, etc.).

Proyecto del Grupo 4

Objetivo general 8: “aumentar la comprensión de las implicaciones morales, éticas, sociales, económicas y medioambientales del uso de la ciencia y la tecnología”. El tema elegido deberá permitir la incorporación al proyecto de uno o más elementos del objetivo general 8.

Cumplimiento del objetivo de dimensión internacional La elección del tema también ofrece posibilidades de ilustrar el carácter internacional de las actividades científicas y la necesidad de una cooperación cada vez mayor para abordar cuestiones de repercusión mundial en las que intervienen la ciencia y la tecnología. Otra forma de aportar una dimensión internacional al proyecto es colaborar con un colegio de otra región.

Tipos de proyectos El proyecto, además de abordar los objetivos generales 7, 8 y 10, debe basarse en la ciencia o en sus aplicaciones. La fase de acción del proyecto puede ser de tipo práctico o abordar aspectos puramente teóricos. Puede realizarse de muy diversas formas: •

diseñando y realizando un trabajo práctico de laboratorio o de campo

•

realizando un estudio comparativo (experimental o de otro tipo) en colaboración con otro colegio

•

compilando, procesando y analizando datos de otras fuentes, como publicaciones científicas, organizaciones medioambientales, industrias del ámbito científico y tecnológico e informes gubernamentales

•

diseñando y utilizando un modelo o simulación

•

contribuyendo a un proyecto a largo plazo organizado por el colegio.

Estrategias logísticas La organización logística del proyecto del Grupo 4 supone con frecuencia un reto para los colegios. Los modelos siguientes ilustran posibles formas de ejecución del proyecto. Los modelos A, B y C se refieren a proyectos realizados en un único colegio, mientras que el modelo D se refiere a un proyecto de colaboración entre colegios.

Proyecto del Grupo 4

Modelo A: grupos interdisciplinarios y un único tema Los colegios pueden formar grupos de varias asignaturas y elegir un único tema. El número de grupos dependerá del número de alumnos. Las líneas de puntos del modelo indican la incorporación de grupos adicionales al aumentar el número de alumnos. B: Biología

Q: Química

F: Física

T: Tecnología del Diseño

Planificación (y definición de actividades) BQFT

Etapa de acción

BQFT

Etapa de evaluación BQFT

Modelo B: grupos interdisciplinarios con más de un tema Los colegios con un gran número de alumnos pueden decidir trabajar en más de un tema.

Tema 1

Planificación (y definición de actividades)

Tema 2

BQFT

Etapa de acción

BQFT

Etapa de evaluación BQFT

Modelo C: grupos de una sola asignatura Los colegios que elijan el modelo de grupos de una sola asignatura con uno o más temas en la fase de acción simplemente tienen que sustituir los grupos interdisciplinarios de los modelos A o B por grupos de una sola asignatura.

Proyecto del Grupo 4

Modelo D: colaboración con otro colegio Cualquier colegio puede optar por el modelo de colaboración. Para ello, IBO incluirá en el CPEL un tablón electrónico de colaboración en el que los colegios puedan publicar sus ideas de proyectos e invitar a otro colegio a que colabore con ellos. La colaboración puede realizarse de diversos modos, desde únicamente compartir las evaluaciones acerca de un tema común a la colaboración plena en todas las etapas. En los colegios con pocos alumnos matriculados en la categoría Diploma o en los colegios con alumnos matriculados en la categoría Certificado, pueden incorporarse al proyecto alumnos no inscritos en el Programa del Diploma o no pertenecientes al Grupo 4, o bien realizar el proyecto una vez cada dos años. No obstante, se alienta a estos colegios a que colaboren con otro colegio. Esta estrategia se recomienda también para casos individuales de alumnos que no hayan participado en el proyecto ya sea, por ejemplo, por enfermedad o porque han sido transferidos a otro colegio en el que el proyecto ya se había realizado.

Temporalización Las 10 horas de dedicación al proyecto que recomienda IBO pueden estar distribuidas a lo largo de varias semanas. Es necesario tener en cuenta la distribución de dichas horas al decidir el momento óptimo para llevarlo a cabo. Sin embargo, es posible que un grupo se dedique exclusivamente al proyecto durante un período de tiempo, si se suspenden todas o la mayoría de las demás actividades escolares.

Año 1 En el primer año, es posible que la experiencia y las habilidades de los alumnos sean limitadas y no sea aconsejable comenzar el proyecto en este curso. Sin embargo, realizarlo en la parte final del primer año puede tener la ventaja de reducir la carga de trabajo que tienen más tarde los alumnos. Esta estrategia proporciona tiempo para resolver problemas imprevistos.

Años 1 y 2 Al final del primer año podría comenzar la etapa de planificación, decidirse el tema y realizarse una discusión provisional en cada una de las asignaturas. Los alumnos podrían aprovechar el período de vacaciones subsiguiente para pensar cómo van a abordar el trabajo y estarían listos para comenzar el trabajo experimental al principio del segundo año.

Año 2 Retrasar el comienzo del proyecto hasta algún momento del segundo año, especialmente si se deja hasta demasiado tarde, aumenta la presión sobre los alumnos de diversas formas: el plazo para la realización del proyecto es mucho más ajustado que en los demás casos; la enfermedad de algún alumno o problemas inesperados pueden crear dificultades adicionales. No obstante, empezar en el segundo año tiene la ventaja de que alumnos y profesores se conocen, y probablemente se han acostumbrado a trabajar en equipo y tienen más experiencia en los aspectos pertinentes que durante el primer año.

Combinación del NM y el NS En los casos en los que el proyecto sólo se realice cada dos años, puede combinarse a alumnos principiantes del NS con alumnos más experimentados del NM.

Proyecto del Grupo 4

Elección del tema Los alumnos pueden elegir el tema o proponer varios posibles; el profesor decidirá cuál es el más viable en función de la disponibilidad de recursos, de personal, etc. Otra posibilidad es que el profesor elija el tema o proponga varios para que los alumnos escojan uno.

Temas elegidos por los alumnos Si los alumnos eligen el tema por sí mismos es más probable que demuestren un mayor entusiasmo y lo sientan como algo propio. Se resume aquí una estrategia posible para que los alumnos seleccionen un tema, la cual incluye también parte de la fase de planificación. En este momento, los profesores de la asignatura pueden aconsejar a los alumnos sobre la viabilidad de los temas propuestos. •

Identificar los posibles temas consultando a los alumnos por medio de un cuestionario o una encuesta.

•

Realizar una sesión inicial de lluvia de ideas sobre posibles temas o cuestiones para investigar.

•

Discutir brevemente dos o tres temas que parezcan interesantes.

•

Elegir un tema por consenso.

•

Los alumnos hacen una lista de los trabajos prácticos que podrían llevar a cabo. A continuación, todos los alumnos comentan los aspectos comunes entre los temas y las posibilidades de colaborar en sus trabajos.

Evaluación del proyecto El proyecto del Grupo 4 debe evaluarse atendiendo únicamente al criterio de aptitudes personales y éste será el único componente en el que se evaluará este criterio. El colegio deberá decidir la forma de evaluarlo.

Nota: El proyecto del Grupo 4 no debe utilizarse para la evaluación de los demás criterios.

Proyecto del Grupo 4

Aptitudes personales (sólo para la evaluación del proyecto del Grupo 4) Este criterio cubre el objetivo específico 4. Niveles/puntos

Aspecto 1

Aspecto 2

Aspecto 3

Motivación propia y perseverancia

Trabajo en equipo

Reflexión personal

Completamente/2

Aborda el proyecto con motivación propia y continúa hasta concluirlo.

Colabora y se comunica con sus compañeros de grupo y tiene en cuenta las opiniones de los demás.

Muestra un conocimiento profundo de sus propios puntos fuertes y puntos débiles y reflexiona profundamente sobre su experiencia de aprendizaje.

Parcialmente/1

Concluye el proyecto pero a veces carece de motivación propia.

Intercambia algunas opiniones, pero requiere orientación para poder colaborar con otros.

Muestra un conocimiento limitado de sus propios puntos fuertes y puntos débiles y reflexiona en cierta medida sobre su experiencia de aprendizaje.

No alcanzado/0

Carece de perseverancia y motivación.

Nunca o casi nunca intenta colaborar con sus compañeros de grupo.

Muestra desconocimiento de sus propios puntos fuertes y puntos débiles y no reflexiona sobre su experiencia de aprendizaje.

Para facilitar la evaluación puede entregarse a los alumnos un formulario de autoevaluación, pero su uso no es obligatorio.

Química

Naturaleza de la asignatura

La química es una ciencia experimental que combina el estudio académico con la adquisición de destrezas prácticas y de investigación. Se la conoce como “la ciencia fundamental”, porque los principios químicos son la base del medio físico en el que vivimos y de todos los sistemas biológicos. Además de ser una disciplina digna de ser estudiada en sí misma, constituye un requisito previo para otros cursos de educación universitaria como medicina, ciencias biológicas y ciencias ambientales, y también es útil como preparación para la vida laboral. El curso de Química del Programa del Diploma incluye los principios fundamentales de la disciplina y además, a través de una gama de opciones, ofrece a los profesores flexibilidad para diseñar sus cursos de acuerdo con las necesidades de sus alumnos. El curso se ofrece en el Nivel Medio (NM) y en el Nivel Superior (NS). Por consiguiente, está dirigido tanto a los alumnos que deseen estudiar ciencias en la educación universitaria como a los que no.

Enfoque de la enseñanza La enseñanza de la química se puede abordar de diversas maneras. Por su propia naturaleza, la química se presta a la aplicación de un método experimental y se espera que esto se refleje a lo largo del curso. El orden en el que se ha redactado el temario no es el orden en el que se deben impartir los temas; queda a la elección de cada profesor la ordenación que mejor se adapte a sus circunstancias. Las opciones se pueden impartir dentro de los temas troncales o de los temas adicionales del NS (TANS).

Química

Resumen del programa de estudios

El programa de estudios del curso de Química del Programa del Diploma consta de tres partes: los temas troncales, los temas adicionales del NS (TANS) y las opciones. El Cuadernillo de datos de Química es una parte esencial del programa de estudios y debe utilizarse junto con el mismo. Los alumnos deben utilizar el cuadernillo de datos durante el curso, y se les debe proporcionar ejemplares sin marcas ni anotaciones para las pruebas 2 y 3. Horas lectivas

Temas troncales

Tema 1:

Química cuantitativa

12 ½

Tema 2:

Estructura atómica

Tema 3:

Periodicidad

Tema 4:

Enlaces

Tema 5:

Energía de las reacciones químicas

Tema 6:

Cinética

Tema 7:

Equilibrio

Tema 8:

Ácidos y bases

Tema 9:

Oxidación y reducción

Tema 10:

Química orgánica

Tema 11:

Mediciones y procesamiento de datos

TANS

12 ½

12 2

Tema 12:

Estructura atómica

Tema 13:

Periodicidad

Tema 14:

Enlaces

Tema 15:

Energía de las reacciones químicas

Tema 16:

Cinética

Tema 17:

Equilibrio

Tema 18:

Ácidos y bases

Tema 19:

Oxidación y reducción

Tema 20:

Química orgánica

10 5 10

Resumen del programa de estudios

Horas lectivas

Opciones Opciones del NM y del NS Opción A: Química analítica moderna

15/22

Opción B: Bioquímica humana

15/22

Opción C: Química en la industria y la tecnología

15/22

Opción D: Medicinas y drogas

15/22

Opción E: Química ambiental

15/22

Opción F: Química de los alimentos

15/22

Opción G: Química orgánica avanzada

15/22

Los alumnos del NM deben estudiar dos opciones, a elegir de la A a la G. Cada opción tiene una duración de 15 horas. Los alumnos del NS deben estudiar dos opciones, a elegir de la A a la G. Cada opción tiene una duración de 22 horas.

Química

Temario

Horas lectivas

Temas troncales

Tema 1: Química cuantitativa 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

Concepto de mol y número de Avogadro Fórmulas Ecuaciones químicas Relaciones de masa y volumen en las reacciones químicas Soluciones

2 3 1 4½ 2

Tema 2: Estructura atómica

2.1 2.2 2.3

1 1 2

El átomo El espectrómetro de masas Distribución y configuración electrónica

Tema 3: Periodicidad

3.1 3.2 3.3

1 2 3

La tabla periódica Propiedades físicas Propiedades químicas

Tema 4: Enlaces 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5

12 ½

Enlaces iónicos Enlaces covalentes Fuerzas intermoleculares Enlaces metálicos Propiedades físicas

12 ½ 2 6 2 ½ 2

Tema 5: Energía de las reacciones químicas

5.1 5.2 5.3 5.4

1 3 2 2

Reacciones exotérmicas y endotérmicas Cálculo de variaciones de entalpía Ley de Hess Entalpías de enlace

Tema 6: Cinética

6.1 6.2

2 3

Velocidad de reacción Teoría de las colisiones

Tema 7: Equilibrio

7.1 7.2

1 4

Equilibrio dinámico La posición de equilibrio

Temario

Horas lectivas

Tema 8: Ácidos y bases

8.1 8.2 8.3 8.4

2 1 2 1

Teorías de los ácidos y bases Propiedades de los ácidos y bases Ácidos y bases fuertes y débiles La escala de pH

Tema 9: Oxidación y reducción

9.1 9.2 9.3 9.4 9.5

2 1 1 1 2

Introducción a la oxidación y reducción Ecuaciones rédox Reactividad Pilas voltaicas Celdas electrolíticas

Tema 10: Química orgánica 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6

Introducción Alcanos Alquenos Alcoholes Haluros de alquilo Rutas de reacción

12 4 2 2 1 2 1

Tema 11: Mediciones y procesamiento de datos

11.1 11.2 11.3

1 ½ ½

Incertidumbre y error en las mediciones Incertidumbres de los resultados Técnicas gráficas

TANS

Tema 12: Estructura atómica

12.1

Configuración electrónica

Tema 13: Periodicidad

13.1 13.2

2 2

Variaciones en el tercer período Elementos del bloque d de la primera fila

Tema 14: Enlaces

14.1 14.2 14.3

Forma de las moléculas y los iones Hibridación Deslocalización electrónica

1 2 2

Tema 15: Energía de las reacciones químicas

15.1 15.2 15.3 15.4

Variaciones de entalpía estándar de una reacción Ciclo de Born–Haber Entropía Espontaneidad

1½ 2½ 1½ 2½

Temario

Horas lectivas

Tema 16: Cinética

16.1 16.2 16.3

3 1 2

Ecuación de velocidad Mecanismos de reacción Energía de activación

Tema 17: Equilibrio

17.1 17.2

2 2

Equilibrio líquido–vapor La ley de equilibrio

Tema 18: Ácidos y bases 18.1 18.2 18.3 18.4 18.5

Cálculos con ácidos y bases Soluciones tampón (buffer) Hidrólisis de sales Valoraciones ácido–base Indicadores

4 2 1 2 1

Tema 19: Oxidación y reducción

19.1 19.2

3 2

Potenciales estándar de electrodo Electrólisis

Tema 20: Química orgánica 20.1 20.2 20.3 20.4 20.5 20.6

Introducción Reacciones de sustitución nucleófila Reacciones de eliminación Reacciones de condensación Rutas de reacción Estereoisomería

1 2 1 2 1 3

Opciones del NM y del NS Los alumnos del NM estudian los temas troncales de estas opciones, mientras que los del NS estudian la opción completa (es decir, los temas troncales más los temas de ampliación).

Opción A: Química analítica moderna

15/22

Temas troncales (NM y NS) A1 Técnicas analíticas A2 Principios de espectroscopía A3 Espectroscopía infrarroja (IR) A4 Espectrometría de masas A5 Espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN) A6 Espectroscopía de absorción atómica (AA) A7 Cromatografía

15 1 2 3 2 2 3 2

Ampliación (sólo NS) A8 Espectroscopía de luz ultravioleta y visible (UV-Vis) A9 Espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN) A10 Cromatografía

7 3 2 2

Temario

Horas lectivas

Opción B: Bioquímica humana Temas troncales (NM y NS) B1 Energía B2 Proteínas B3 Hidratos de carbono B4 Lípidos B5 Micronutrientes y macronutrientes B6 Hormonas Ampliación (sólo NS) B7 Enzimas B8 Ácidos nucleicos B9 Respiración

Opción C: Química en la industria y la tecnología Temas troncales (NM y NS) C1 Hierro, acero y aluminio C2 La industria del petróleo C3 Polímeros de adición C4 Catalizadores C5 Pilas de combustible y pilas (baterías) recargables C6 Cristales líquidos C7 Nanotecnología Ampliación (sólo NS) C8 Polímeros de condensación C9 Mecanismos en la industria química orgánica C10 Silicio y células fotovoltaicas C11 Cristales líquidos C12 La industria de los cloroálcalis

Opción D: Medicinas y drogas

15/22 15 ½ 3 3 3½ 2 3 7 3 3 1

15/22 15 3½ 2 2 1½ 2 2 2 7 1 1 1 2 2

15/22

Temas troncales (NM y NS) D1 Productos farmacéuticos D2 Antiácidos D3 Analgésicos D4 Depresores D5 Estimulantes D6 Antibacterianos D7 Antivíricos

15 2 1 3 3 2½ 2 1½

Ampliación (sólo NS) D8 Modo de acción de los medicamentos D9 Diseño de medicamentos D10 Sustancias psicotrópicas

7 2½ 2½ 2

Temario

Horas lectivas

Opción E: Química ambiental Temas troncales (NM y NS) E1 Contaminación atmosférica E2 Depósitos ácidos E3 El efecto invernadero E4 Disminución de la capa de ozono E5 Oxígeno disuelto en el agua E6 Tratamiento de aguas E7 Suelo E8 Residuos

15 2 1½ 1½ 1½ 1½ 2½ 2½ 2

Ampliación (sólo NS) E9 Disminución de la capa de ozono E10 Niebla contaminante (smog) E11 Depósitos ácidos E12 Agua y suelo

7 1 2 1 3

Opción F: Química de los alimentos

15/22

Temas troncales (NM y NS) F1 Grupos de alimentos F2 Grasas y aceites F3 Tiempo de conservación F4 Color F5 Alimentos modificados genéticamente F6 Textura Ampliación (sólo NS) F7 Enranciamiento oxidativo (autooxidación) F8 Antioxidantes F9 Estereoquímica de los alimentos F10 Estructura química y color

Opción G: Química orgánica avanzada Temas troncales (NM y NS) G1 Reacciones de adición electrófila G2 Reacciones de adición nucleófila G3 Reacciones de eliminación G4 Reacciones de adición–eliminación G5 Arenos G6 Química organometálica G7 Rutas de reacción G8 Reacciones ácido–base Ampliación (sólo NS) G9 Reacciones de adición–eliminación G10 Reacciones de sustitución electrófila G11 Rutas de reacción

15/22

15 2 3 4 3 1 2 7 1 1 2 3

15/22 15 3 2 1 1 2½ 2½ 1 2 7 2 4 1

Química

Descripción detallada del programa de estudios: temas troncales

Tema 1: Química cuantitativa (12 ½ horas) 1.1 Concepto de mol y número de Avogadro 2 horas TdC: la asignación de números a las masas de los elementos químicos permitió que la química se desarrollara como ciencia exacta y pudiera expresar las relaciones entre los reactivos y los productos en términos matemáticos. Enunciado de evaluación 1.1.1

Aplique el concepto de mol a las sustancias.

Obj. 2

Notas para el profesor El concepto de mol se aplica a toda clase de partículas: átomos, moléculas, iones, electrones, unidades fórmula, etc. La cantidad de sustancia se mide en moles (mol). Debe conocerse el valor aproximado del número de Avogadro (L): 6,02 × 1023 mol–1. TdC: la química maneja escalas enormemente diferentes entre sí. La magnitud del número de Avogadro supera la escala de nuestra experiencia diaria.

1.1.2

1.2

Determine el número de partículas y la cantidad de sustancia (en moles).

Transforme la cantidad de sustancia (en moles) en números de átomos, moléculas, iones, electrones y unidades fórmula.

Fórmulas

3 horas Enunciado de evaluación

Obj.

1.2.1

Defina los términos masa atómica relativa (Ar) y masa molecular relativa (Mr).

1.2.2

Calcule la masa de un mol de una especie química a partir de su fórmula.

1.2.3

Resuelva problemas relativos a las relaciones entre la cantidad de sustancia en moles, la masa y la masa molar.

1.2.4

Distinga entre los términos fórmula empírica y fórmula molecular.

Notas para el profesor

Se utilizará el término masa molar (en g mol–1).

Descripción detallada del programa de estudios: temas troncales

Enunciado de evaluación

Obj.

1.2.5

Determine la fórmula empírica a partir de la composición porcentual o de otros datos experimentales.

1.2.6

Determine la fórmula molecular a partir de la fórmula empírica y datos experimentales.

1.3

Notas para el profesor Objetivo general 7: pueden realizarse experimentos virtuales a modo ilustrativo.

Ecuaciones químicas

1 hora Enunciado de evaluación

Obj.

1.3.1

Deduzca ecuaciones químicas dados todos los reactivos y productos.

1.3.2

Identifique la relación molar de dos especies cualesquiera de una reacción química.

1.3.3

Aplique los símbolos de estado (s), (l), (g) y (aq).

1.4

Notas para el profesor Los alumnos deben conocer la diferencia entre coeficientes y subíndices.

TdC: ¿en qué casos son necesarios estos símbolos para facilitar la comprensión y cuándo son superfluos?

Relaciones de masa y volumen en las reacciones químicas

4 ½ horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

1.4.1

Calcule los rendimientos teóricos a partir de ecuaciones químicas.

Dada una ecuación química y la masa o cantidad (en moles) de una especie, calcular la masa o cantidad de otra especie.

1.4.2

Determine el reactivo limitante y el reactivo en exceso dadas las cantidades de sustancias reaccionantes.

Objetivo general 7: pueden utilizarse para este fin experimentos virtuales.

1.4.3

Resuelva problemas sobre rendimientos teóricos, experimentales y porcentuales.

1.4.4

Aplique la ley de Avogadro para calcular los volúmenes de gases reaccionantes.

1.4.5

Aplique en los cálculos el concepto de volumen molar a temperatura y presión normales.

El volumen molar de un gas ideal en condiciones normales (temperatura 0 ºC (273,15 K), presión 1 atm (101,3 kPa)) es 2,24 × 10 -2 m3 mol-1 (22,4 dm3 mol‑1).

1.4.6

Resuelva problemas relativos a la relación entre la temperatura, la presión y el volumen de una masa fija de un gas ideal.

Objetivo general 7: pueden realizarse simulaciones a modo ilustrativo.

1.4.7

Resuelva problemas utilizando la ecuación de estado de los gases ideales, PV = nRT.

TdC: podría discutirse la distinción entre las escalas Celsius y Kelvin, como ejemplos de escalas artificial y natural.

Descripción detallada del programa de estudios: temas troncales

Enunciado de evaluación 1.4.8

1.5

Analice gráficas relativas a la ecuación de estado de los gases ideales.

Obj.

Notas para el profesor

Soluciones

2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

1.5.1

Distinga entre los términos soluto, solvente, solución y concentración (g dm‑3 y mol dm‑3).

1.5.2

Resuelva problemas relativos a la concentración, la cantidad de soluto y el volumen de solución.

Notas para el profesor La concentración, en mol dm‑3, se representa con frecuencia poniendo la fórmula de la sustancia en cuestión entre corchetes, por ejemplo: [HCl].

Tema 2: Estructura atómica (4 horas) 2.1

El átomo

1 hora TdC: ¿qué repercusión tiene el modelo del átomo en los diferentes campos de conocimiento? ¿Los modelos y teorías formulados por los científicos son descripciones exactas de la naturaleza o son principalmente interpretaciones útiles para predecir, explicar y controlar la naturaleza? Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

2.1.1

Indique la posición de protones, neutrones y electrones en el átomo.

TdC: ninguna de estas partículas puede (ni podrá) ser observada directamente. ¿Qué formas de conocimiento utilizamos para interpretar los datos indirectos obtenidos mediante el uso de la tecnología? ¿Sabemos que existen o lo creemos?

2.1.2

Indique las masas relativas y cargas relativas de protones, neutrones y electrones.

Los valores aceptados son:

2.1.3

Defina los términos número másico (A), número atómico (Z) e isótopos de un elemento.

2.1.4

Deduzca el símbolo de un isótopo dados su número másico y su número atómico.

2.1.5

Calcule el número de protones, neutrones y electrones que forman átomos e iones, dados el número másico, el número atómico y la carga.

masa relativa

carga relativa +1

protón

neutrón

electrón

5 × 10 –4

0 –1

Debe utilizarse la notación siguiente: AZ X , por ejemplo, 126 C .

Descripción detallada del programa de estudios: temas troncales

Enunciado de evaluación

Obj.

2.1.6

Compare las propiedades de los isótopos de un elemento.

2.1.7

Discuta los usos de los radioisótopos.

Notas para el profesor

Deben incluirse los ejemplos siguientes: el uso del 14C en la datación, del 60Co en radioterapia y del 131I y el 125I como marcadores para usos médicos. Objetivo general 8: los alumnos deben conocer los peligros para los seres vivos de los radioisótopos, pero también deberían saber justificar su utilidad mediante los ejemplos anteriores.

2.2

El espectrómetro de masas

1 hora Enunciado de evaluación 2.2.1

Describa y explique el funcionamiento de un espectrómetro de masas.

Obj. 3

Notas para el profesor Se requiere un diagrama sencillo de un espectrómetro de masas de haz simple. Se considerarán las siguientes etapas de operación: vaporización, ionización, aceleración, deflexión y detección. Objetivo general 7: pueden realizarse simulaciones para ilustrar el funcionamiento de un espectrómetro de masas.

2.2.2

Describa cómo puede utilizarse el espectrómetro de masas para determinar masas atómicas relativas utilizando la escala del 12C.

2.2.3

Calcule las masas atómicas no enteras y la abundancia de isótopos a partir de datos proporcionados.

2.3

Distribución y configuración electrónica

2 horas Enunciado de evaluación 2.3.1

Describa el espectro electromagnético.

Obj. 2

Notas para el profesor Los alumnos deben ser capaces de identificar las regiones ultravioleta, visible e infrarroja del espectro y de describir cómo varían la longitud de onda, la frecuencia y la energía a lo largo del mismo. TdC: la espectroscopía infrarroja e ultravioleta dependen de la tecnología para su percepción. ¿Qué consecuencias tiene esto para el conocimiento?

2.3.2

Distinga entre un espectro continuo y un espectro de líneas.

Descripción detallada del programa de estudios: temas troncales

Enunciado de evaluación 2.3.3

Explique la relación existente entre las líneas del espectro de emisión del hidrógeno y los niveles energéticos de los electrones.

Obj. 3

Notas para el profesor Los alumnos deben ser capaces de dibujar un diagrama de niveles energéticos, mostrar las transiciones entre distintos niveles energéticos y comprender que las líneas de los espectros de líneas están directamente relacionadas con dichas diferencias. Se espera una comprensión de la convergencia. Se deben abordar series en las regiones ultravioleta, visible e infrarrojo del espectro. No se evaluarán los cálculos, el conocimiento de los números cuánticos ni las referencias históricas. Objetivo general 7: pueden utilizarse simulaciones interactivas del comportamiento de los electrones en el átomo de hidrógeno.

2.3.4

Deduzca la distribución y configuración electrónica de átomos e iones con valores hasta Z = 20.

Por ejemplo, 2.8.7 o 2,8,7 para Z = 17. TdC: la representación de un átomo produce una imagen de un mundo invisible. ¿Qué formas de conocimiento nos permiten acceder al mundo microscópico?

Tema 3: Periodicidad (6 horas) TdC: los primeros descubridores de los elementos lograron grandes avances en la química utilizando aparatos rudimentarios, a menudo derivados de los utilizados en la pseudociencia de la alquimia. Podría discutirse el trabajo de Lavoisier con el oxígeno, que invalidó la teoría del flogisto sobre el calor, como ejemplo de cambio de paradigma. Dimensión internacional: el descubrimiento de los elementos y su ordenación pone de manifiesto que, gracias al intercambio de información, el progreso de la ciencia es un fenómeno transnacional.

3.1

La tabla periódica

1 hora Enunciado de evaluación

Obj.

Describa la distribución de los elementos en la tabla periódica en orden creciente de números atómicos.

3.1.2

Distinga entre los términos grupo y período.

3.1.3

Aplique la relación entre la configuración electrónica de los elementos y sus posiciones en la tabla periódica hasta valores de Z = 20.

3.1.1

Notas para el profesor Los nombres y símbolos de los elementos están en el Cuadernillo de datos de Química. No se evaluará la historia de la tabla periódica. TdC: podría destacarse la capacidad predictiva de la tabla periódica de Mendeléyev, un ejemplo de científico que asume riesgos. El Cuadernillo de datos de Química muestra el sistema de numeración de los grupos de la tabla periódica. Los alumnos deben conocer también la ubicación de los elementos de transición en la tabla periódica.

Descripción detallada del programa de estudios: temas troncales

Enunciado de evaluación 3.1.4

3.2

Aplique la relación entre el número de electrones presentes en el mayor nivel energético ocupado de un elemento y su posición en la tabla periódica.

Obj.

Notas para el profesor

Propiedades físicas

2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

3.2.1

Defina los términos primera energía de ionización y electronegatividad.

3.2.2

Describa y explique las pautas que siguen los radios atómicos, radios iónicos, primeras energías de ionización, electronegatividades y puntos de fusión de los metales alcalinos ( Li  Cs ) y de los halógenos ( F I ) .

Los datos correspondientes a todas estas propiedades están en el Cuadernillo de datos de Química. Se explicarán las primeras cuatro pautas desde el punto de vista del equilibrio entre la atracción del núcleo por los electrones y la repulsión entre electrones. No se requieren explicaciones basadas en la carga nuclear efectiva.

3.2.3

Describa y explique las pautas de los radios atómicos, radios iónicos, primeras energías de ionización y electronegatividades de los elementos a lo largo del tercer período.

Objetivo general 7: pueden utilizarse bases de datos y simulaciones para este fin.

3.2.4

Compare los valores de electronegatividad relativa de dos o más elementos basándose en sus posiciones en la tabla periódica.

3.3

Propiedades químicas

3 horas Enunciado de evaluación 3.3.1

Discuta las semejanzas y diferencias entre las propiedades químicas de los elementos del mismo grupo.

Obj. 3

Notas para el profesor Se deben abordar las siguientes reacciones: • metales alcalinos (Li, Na y K) con agua • metales alcalinos (Li, Na y K) con halógenos (Cl2, Br2 y I2) • halógenos (Cl2, Br2 y I2) con iones haluro (Cl–, Br– y I–).

3.3.2

Discuta los cambios de carácter, de iónico a covalente y de básico a ácido, de los óxidos a lo largo del tercer período.

Se requieren las ecuaciones correspondientes a las reacciones de Na2O, MgO, P4O10 y SO3 con agua. Objetivo general 8: muchas grandes industrias y los motores de combustión producen óxidos no metálicos. Estos gases ácidos ocasionan la contaminación a gran escala de lagos y bosques, así como la contaminación local en ciudades.

Descripción detallada del programa de estudios: temas troncales

Tema 4: Enlaces (12 ½ horas) 4.1

Enlaces iónicos

2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

4.1.1

Describa el enlace iónico como atracción electrostática entre iones con cargas opuestas.

4.1.2

Describa la formación de iones mediante transferencia de electrones.

4.1.3

Deduzca qué iones se forman cuando los elementos de los grupos 1, 2 y 3 pierden electrones.

4.1.4

Deduzca qué iones se forman cuando los elementos de los grupos 5, 6 y 7 ganan electrones.

4.1.5

Indique que los metales de transición pueden formar más de un ion.

4.1.6

Prediga si un compuesto formado por dos elementos será iónico, basándose en la posición de dichos elementos en la tabla periódica o en sus valores de electronegatividad.

4.1.7

Indique la fórmula de iones poliatómicos comunes formados por elementos no metálicos de los períodos 2 y 3.

CO3 , PO4 , NH4 , Ejemplos: NO3− , OH–, SO2− 4 , HCO3− .

4.1.8

Describa la estructura reticular de los compuestos iónicos.

Los alumnos deben ser capaces de describir la estructura del cloruro de sodio como ejemplo de estructura reticular iónica.

4.2

Incluya ejemplos como el Fe2+ y Fe3+.

2–

3−

Enlaces covalentes

6 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

4.2.1

Describa el enlace covalente como la atracción electrostática entre un par de electrones y los núcleos con carga positiva.

Se deben considerar los enlaces simple y múltiple. Deben incluirse los ejemplos siguientes: O2, N2, CO2, HCN, C2H4 (eteno) y C2H2 (etino).

4.2.2

Describa la formación del enlace covalente como consecuencia de compartir electrones.

Se requieren los enlaces covalentes dativos. + Ejemplos: CO, NH4 y H3O+.

Descripción detallada del programa de estudios: temas troncales

Enunciado de evaluación 4.2.3

Deduzca las estructuras de Lewis (o de representación de electrones mediante puntos) de moléculas e iones de hasta cuatro pares de electrones por átomo.

Obj. 3

Notas para el profesor Un par de electrones se puede representar mediante puntos, cruces, una combinación de puntos y cruces o una línea. Por ejemplo, el cloro se puede representar del modo siguiente: Cl

o bien Cl

Nota: Cl–Cl no es una estructura de Lewis. 4.2.4

Indique y explique la relación existente entre el número de enlaces, la longitud de enlace y la fuerza del enlace.

La comparación debe incluir la longitud y fuerza de enlaces de: • dos átomos de carbono unidos por enlace simple, doble y triple • el átomo de carbono y los dos átomos de oxígeno en el grupo carboxilo de un ácido carboxílico.

4.2.5

Prediga si un compuesto formado por dos elementos será covalente, basándose en la posición de dichos elementos en la tabla periódica o en sus valores de electronegatividad.

4.2.6

Prediga la polaridad relativa de los enlaces basándose en los valores de electronegatividad.

Objetivo general 7: pueden utilizarse simulaciones para este fin.

4.2.7

Prediga la forma y los ángulos de enlace de especies con cuatro, tres y dos centros de carga negativa en el átomo central aplicando la teoría de la repulsión del par electrónico de valencia (TRPEV).

Deben incluirse los ejemplos siguientes: CH4, NH3, H2O, NH4+, H3O+, BF3, C2H4, SO2, C2H2 y CO2.

4.2.8

Prediga si una molécula es polar o no basándose en su forma molecular y en las polaridades de sus enlaces.

4.2.9

Describa y compare la estructura y los enlaces de las tres estructuras alotrópicas del carbono (el diamante, el grafito y el fulereno C60).

4.2.10

Describa la estructura y los enlaces del silicio y del dióxido de silicio.

Objetivo general 7: existen simulaciones para el estudio de las estructuras tridimensionales de estas especies y de las estructuras mencionadas en 4.2.9 y 4.2.10.

Descripción detallada del programa de estudios: temas troncales

4.3

Fuerzas intermoleculares

2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

4.3.1

Describa los tipos de fuerzas intermoleculares (atracciones entre moléculas con dipolos temporales, dipolos permanentes o enlaces de hidrógeno) y explique su origen en la estructura molecular.

Puede utilizarse el término fuerzas de van der Waals para describir la interacción entre moléculas no polares.

4.3.2

Describa y explique cómo afectan las fuerzas intermoleculares al punto de ebullición de las sustancias.

La presencia de enlaces de hidrógeno puede ilustrarse comparando: • HF y HCl • H2O y H2S • NH3 y PH3 • CH3OCH3 y CH3CH2OH • CH3CH2CH3, CH3CHO y CH3CH2OH.

4.4

Enlaces metálicos

½ hora Enunciado de evaluación

Obj.

4.4.1

Describa el enlace metálico como la atracción electrostática entre una retícula de cationes y electrones deslocalizados.

4.4.2

Explique la conductividad eléctrica y la maleabilidad de los metales.

4.5

Notas para el profesor

Objetivo general 8: los alumnos deben comprender la importancia económica de estas propiedades y la repercusión que ha tenido en el mundo la producción a gran escala de hierro y de otros metales.

Propiedades físicas

2 horas Enunciado de evaluación 4.5.1

Compare y explique las propiedades de sustancias en función de los distintos tipos de enlaces.

Obj. 3

Notas para el profesor Deben citarse los ejemplos siguientes: temperaturas de fusión y ebullición, volatilidad, conductividad eléctrica y solubilidad en solventes polares y no polares.

Descripción detallada del programa de estudios: temas troncales

Tema 5: Energía de las reacciones químicas (8 horas) 5.1

Reacciones exotérmicas y endotérmicas

1 hora Enunciado de evaluación

Obj.

5.1.1

Defina los términos reacción exotérmica, reacción endotérmica y variación de entalpía estándar de reacción ( ∆ H Ö ) .

5.1.2

Indique que la combustión y la neutralización son procesos exotérmicos.

5.1.3

Aplique la relación existente entre la variación de temperatura y la variación de entalpía de una reacción con su clasificación como exotérmica o endotérmica.

5.1.4

Deduzca, a partir de un diagrama entálpico, la estabilidad relativa de reactivos y productos, y el signo de la variación de entalpía de una reacción.

5.2

Notas para el profesor La variación de entalpía estándar es el calor transferido en condiciones estándar: presión 101,3 kPa, temperatura 298 K. Sólo es posible medir ∆H, no H para los estados inicial o final del sistema.

Cálculo de variaciones de entalpía

3 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

5.2.1

Calcule la variación de energía calorífica que se produce al modificar la temperatura de una sustancia pura.

Los alumnos deben ser capaces de calcular la variación de energía calorífica de una sustancia si conocen su masa y calor específico y la variación de la temperatura, utilizando la ecuación q = mcΔT.

5.2.2

Diseñe procedimientos experimentales adecuados para medir las variaciones de energía calorífica de reacciones químicas.

Los alumnos deben considerar las reacciones en solución acuosa y las reacciones de combustión. No se evaluará el uso del calorímetro de bomba ni la calibración de calorímetros. Objetivo general 7: pueden utilizarse para este fin registradores de datos y bases de datos.

5.2.3

Calcule la variación de entalpía de una reacción utilizando datos experimentales de variaciones de temperatura, cantidades de reactivos y masa de agua.

5.2.4

Evalúe los resultados de los experimentos para determinar las variaciones de entalpía.

Los alumnos deben conocer las suposiciones planteadas y los errores debidos a la pérdida de calor. TdC: ¿qué criterios aplicamos para juzgar si las discrepancias entre los valores experimentales y los teóricos se deben a limitaciones del experimento o a las suposiciones teóricas planteadas?

Descripción detallada del programa de estudios: temas troncales

5.3

Ley de Hess

2 horas Enunciado de evaluación 5.3.1

Obj. 3

Determine la variación de entalpía de una reacción resultante de sumar dos o tres reacciones cuyas variaciones de entalpía se conocen.

Notas para el profesor Los alumnos deben ser capaces de utilizar ciclos entálpicos sencillos y diagramas entálpicos y de manejar las ecuaciones. No se requiere que los alumnos enuncien la ley de Hess. TdC: este ejemplo de la conservación de la energía es ilustrativo de la unificación de ideas de diferentes disciplinas científicas.

5.4

Entalpías de enlace

2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

5.4.1

Defina el término entalpía media de enlace.

5.4.2

Explique, desde el punto de vista de las entalpías de enlace medias, por qué algunas reacciones son exotérmicas y otras son endotérmicas.

Notas para el profesor

Tema 6: Cinética (5 horas) 6.1

Velocidad de reacción

2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

6.1.1

Defina el término velocidad de reacción.

6.1.2

Diseñe procedimientos experimentales adecuados para medir velocidades de reacción.

Notas para el profesor

Objetivo general 7: pueden utilizarse registradores de datos para obtener datos y elaborar gráficas. TdC: debe hacerse hincapié en la naturaleza empírica del tema. Los resultados experimentales pueden apoyar la teoría pero no demostrarla.

6.1.3

Analice los datos obtenidos en experimentos de velocidad.

Los alumnos deben conocer las gráficas de variación de la concentración, el volumen o la masa en función del tiempo.

Descripción detallada del programa de estudios: temas troncales

6.2

Teoría de las colisiones

3 horas Enunciado de evaluación

Obj.

6.2.1

Describa la teoría cinética desde el punto de vista del movimiento de partículas cuya energía media es proporcional a la temperatura en kelvin.

6.2.2

Defina el término energía de activación, Ea.

6.2.3

Describa la teoría de las colisiones.

Notas para el profesor

Los alumnos deben saber que la velocidad de reacción es función de: • la frecuencia de las colisiones • el número de partículas con E ≥ Ea • la orientación o geometría de colisión adecuada.

6.2.4

Prediga y explique, utilizando la teoría de las colisiones, los efectos cualitativos del tamaño de las partículas, la temperatura, la concentración y la presión sobre la velocidad de una reacción.

Objetivo general 7: pueden realizarse simulaciones interactivas a modo ilustrativo.

6.2.5

Esquematice y explique cualitativamente las curvas de distribución de energía de Maxwell–Boltzmann para diferentes temperaturas y sus repercusiones en los cambios de la velocidad de reacción.

Los alumnos deben ser capaces de explicar por qué la superficie que encierra la curva es constante y no cambia con la temperatura.

6.2.6

Describa el efecto de un catalizador sobre una reacción química.

6.2.7

Esquematice y explique las curvas de Maxwell–Boltzmann de reacciones con o sin catalizador.

Objetivo general 7: pueden realizarse simulaciones interactivas a modo ilustrativo.

Tema 7: Equilibrio (5 horas) 7.1

Equilibrio dinámico

1 hora Enunciado de evaluación 7.1.1

Resuma las características de los sistemas químicos y físicos en estado de equilibrio.

Obj. 2

Notas para el profesor Objetivo general 7: pueden utilizarse para este fin hojas de cálculo y simulaciones.

Descripción detallada del programa de estudios: temas troncales

7.2

La posición de equilibrio

4 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

7.2.1

Deduzca la expresión de la constante de equilibrio (Kc) de la ecuación de una reacción homogénea.

Considere gases, líquidos y soluciones acuosas.

7.2.2

Deduzca el grado de conversión de reactivos en productos a partir de la magnitud de su constante de equilibrio.

Cuando Kc >> 1, la reacción llega casi a completarse.

Aplique el principio de Le Chatelier para predecir los efectos cualitativos de variaciones de temperatura, presión y concentración sobre la posición de equilibrio y el valor de la constante de equilibrio.

7.2.4

Indique y explique qué efecto produce un catalizador sobre una reacción en equilibrio.

7.2.5

Aplique los conceptos de cinética y equilibrio a procesos industriales.

7.2.3

Cuando Kc << 1, la reacción apenas transcurre. No se requiere que los alumnos enuncien el principio de Le Chatelier. Objetivo general 7: existen simulaciones que ilustran el comportamiento de sistemas en equilibrio.

Son ejemplos adecuados los procesos de Haber y de contacto. Objetivo general 8: podría incluirse un estudio del proceso de Fritz Haber para debatir la función de los científicos en la sociedad.

Tema 8: Ácidos y bases (6 horas) 8.1

Teorías de los ácidos y bases

2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

8.1.1

Defina ácidos y bases según las teorías de Brønsted–Lowry y de Lewis.

8.1.2

Deduzca si una especie química puede actuar o no como ácido o base de Brønsted–Lowry o de Lewis.

8.1.3

Deduzca la fórmula del ácido (o base) conjugado de cualquier base (o ácido) de Brønsted–Lowry.

Notas para el profesor TdC: discuta las ventajas de utilizar diferentes teorías para explicar el mismo fenómeno. ¿Qué relación hay entre profundidad y sencillez?

Los alumnos deben especificar claramente la ubicación del protón transferido, por ejemplo, CH3COOH/CH3COO – y no C2H4O2/C2H3O2–.

Descripción detallada del programa de estudios: temas troncales

8.2

Propiedades de los ácidos y bases

1 hora Enunciado de evaluación 8.2.1

Resuma las propiedades características de los ácidos y bases en solución acuosa.

Obj. 2

Notas para el profesor Deben incluirse las bases que no son hidróxidos, como el amoníaco, los carbonatos solubles y los hidrogenocarbonatos. Los álcalis son bases que se disuelven en agua. Los alumnos deben considerar los efectos sobre los indicadores y las reacciones de los ácidos con bases, metales y carbonatos.

8.3

Ácidos y bases fuertes y débiles

2 horas Enunciados de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

8.3.1

Distinga entre ácidos y bases fuertes y débiles, desde el punto de vista de su grado de disociación, reacción con agua y conductividad eléctrica.

Objetivo general 8: aunque las disoluciones de acidez baja son relativamente seguras, a largo plazo pueden causar daños. Los alumnos pueden considerar los efectos de los depósitos ácidos sobre los edificios de piedra caliza y los seres vivos.

8.3.2

Indique si un ácido o una base dados son fuertes o débiles.

Los alumnos deben considerar el ácido clorhídrico, el ácido nítrico y el ácido sulfúrico como ejemplos de ácidos fuertes, y los ácidos carboxílicos y el ácido carbónico (dióxido de carbono acuoso) como ejemplos de ácidos débiles. Los alumnos deben considerar todos los hidróxidos del grupo 1 y el hidróxido de bario como ejemplos de bases fuertes, y el amoníaco y las aminas como bases débiles.

8.3.3

8.4

Distinga entre ácidos y bases fuertes y débiles, y determine la acidez o basicidad relativa de ácidos y bases utilizando datos experimentales.

La escala de pH

1 hora Enunciado de evaluación

Obj.

8.4.1

Distinga entre soluciones acuosas ácidas, neutras o básicas, utilizando la escala de pH.

8.4.2

Identifique, entre dos o más soluciones acuosas, cuál es más ácida o alcalina, a tenor de su pH.

Notas para el profesor

Los alumnos deben familiarizarse con el uso del pehachímetro y el indicador universal.

Descripción detallada del programa de estudios: temas troncales

Enunciado de evaluación 8.4.3

8.4.4

Obj.

Indique que cada variación de una unidad de pH representa una variación décupla (de diez veces) de la concentración de ion hidrógeno [H+(aq)].

Deduzca las variaciones de [H+(aq)] cuando el pH de una solución varía en más de una unidad de pH.

Notas para el profesor Relacione el valor entero de pH a la [H+(aq)] expresada como potencia de 10. No se requieren cálculos de pH a partir de [H+(aq)]. TdC: podría discutirse la distinción entre las escalas artificial y natural. Objetivo general 8: podría incluirse un estudio de los efectos de pequeñas variaciones del pH en medios naturales.

Tema 9: Oxidación y reducción (7 horas) Objetivo general 8: la revolución industrial fue la consecuencia de la producción en masa de hierro mediante un proceso de reducción. No obstante, el hierro revierte de forma espontánea a una forma oxidada. ¿Qué precio continuamos pagando hoy en día, en cuanto a consumo de energía y residuos, por elegir un metal tan propenso a la oxidación y por qué se eligió este metal?

9.1

Introducción a la oxidación y reducción

2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

9.1.1

Defina oxidación y reducción desde el punto de vista de la pérdida o ganancia de electrones.

9.1.2

Deduzca el número de oxidación de un elemento en un compuesto.

Notas para el profesor

Los números de oxidación deben estar formados por un signo (+ o –) y un número; por ejemplo, el del Mn en el KMnO4 es +7. TdC: ¿los números de oxidación son “reales”?

9.1.3

Indique los nombres de los compuestos indicando los números de oxidación.

En los nombres de los compuestos, los números de oxidación se representan con números romanos; por ejemplo: óxido de hierro(II), óxido de hierro(III). TdC: la química ha desarrollado un lenguaje sistemático que ha hecho obsoletos los nombres anteriores. ¿Qué ventajas e inconvenientes ha tenido este proceso?

9.1.4

Deduzca, en diversas reacciones, si un elemento se oxida o se reduce, basándose en los números de oxidación.

Descripción detallada del programa de estudios: temas troncales

9.2

Ecuaciones rédox

1 hora Enunciado de evaluación

Obj.

9.2.1

Deduzca semiecuaciones de oxidación y reducción sencillas, dadas las especies químicas que intervienen en una reacción rédox.

9.2.2

Deduzca ecuaciones rédox basándose en las semiecuaciones.

9.2.3

Defina los términos agente oxidante y agente reductor.

9.2.4

Identifique los agentes oxidantes y reductores en ecuaciones rédox.

9.3

Notas para el profesor

Deben utilizarse, en caso necesario, H+ y H2O para ajustar las semiecuaciones en solución ácida. No se evaluará el ajuste de ecuaciones de reacciones en solución alcalina.

Reactividad

1 hora Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

9.3.1

Deduzca una serie de reactividad basándose en las propiedades químicas de un grupo de agentes oxidantes y reductores.

Se incluyen como ejemplos las reacciones de desplazamiento entre metales y halógenos. No se evaluarán los potenciales estándar de electrodo.

9.3.2

Deduzca la factibilidad de una reacción rédox a partir de una serie de reactividad dada.

No se espera que los alumnos recuerden una serie de reactividad específica.

9.4

Pilas voltaicas

1 hora Enunciado de evaluación

Obj.

9.4.1

Explique cómo se utiliza una reacción rédox para producir electricidad en una pila voltaica.

9.4.2

Indique que la oxidación se produce en el electrodo negativo (ánodo) y la reducción en el electrodo positivo (cátodo).

Notas para el profesor Se debe incluir un diagrama que muestre el modo en que pueden conectarse dos semipilas mediante un puente salino. Ejemplos de semipilas: Mg, Zn, Fe y Cu en soluciones de sus iones.

Descripción detallada del programa de estudios: temas troncales

9.5

Celdas electrolíticas

2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

9.5.1

Describa, mediante un diagrama, los componentes fundamentales de una celda electrolítica.

9.5.2

Indique que la oxidación se produce en el electrodo positivo (ánodo) y la reducción en el electrodo negativo (cátodo).

9.5.3

Describa cómo se conduce la corriente a través de una celda electrolítica.

9.5.4

Deduzca los productos de la electrólisis de una sal fundida.

Notas para el profesor El diagrama debe incluir la fuente de corriente eléctrica y los conductores, los electrodos positivo y negativo y el electrolito.

Se evaluarán las semiecuaciones que muestran la formación de productos en cada electrodo. Objetivo general 8: este proceso (que requirió el descubrimiento de la electricidad) ha permitido obtener metales reactivos, como el aluminio, de sus menas. A su vez, esto ha permitido dar nuevos pasos en la ingeniería y la tecnología que han mejorado nuestra calidad de vida. A diferencia del hierro, el aluminio no es propenso a la corrosión y es uno de los materiales que está sustituyendo al hierro en muchas de sus aplicaciones.

Tema 10: Química orgánica (12 horas) Dimensión internacional, objetivo general 8: hoy en día, posiblemente estemos comenzando a experimentar las consecuencias de la utilización de los combustibles fósiles como fuente principal de energía. Dada la versatilidad de la química del carbono, pueden obtenerse de los combustibles fósiles una amplia gama de productos. Se plantea, por consiguiente, la cuestión de si no serán demasiado valiosos para quemarlos.

10.1

Introducción

4 horas Enunciado de evaluación

Obj.

10.1.1

Describa las características de una serie homóloga.

10.1.2

Prediga y explique las tendencias con respecto a los puntos de ebullición de los miembros de una serie homóloga.

Notas para el profesor Incluya las siguientes características: misma fórmula general, los miembros vecinos se diferencian en un grupo CH2, propiedades químicas semejantes y gradación de las propiedades físicas.

Descripción detallada del programa de estudios: temas troncales

Enunciado de evaluación 10.1.3

Distinga entre las fórmulas empírica, molecular y estructural.

Obj. 2

Notas para el profesor Una fórmula estructural se caracteriza por mostrar de forma inequívoca el modo en que están ordenados los átomos. Una fórmula estructural completa (llamada a veces fórmula gráfica o fórmula desarrollada) muestra todos los átomos y enlaces; por ejemplo, la del hexano es:

En una fórmula estructural condensada pueden omitirse los enlaces entre átomos y los grupos idénticos pueden mostrarse agrupados, entre paréntesis; por ejemplo, en el caso del hexano: CH3CH2CH2CH2CH2CH3  o  CH3(CH2)4CH3. En las fórmulas estructurales condensadas puede utilizarse la letra R para representar un grupo alquilo y el símbolo para representar el anillo de benceno. Aunque en el Cuadernillo de datos de Química se utilizan fórmulas simplificadas para representar estructuras más complejas, dichas fórmulas no se aceptarán como respuestas en los exámenes. TdC: la utilización de las diferentes fórmulas ilustra el valor de los diferentes modelos con diferentes grados de detalle. 10.1.4

Describa los isómeros estructurales como compuestos con la misma fórmula molecular pero con diferentes distribuciones de los átomos.

No es preciso distinguir entre diferentes tipos de isomería estructural, como la isomería de cadena y de posición y la isomería de grupo funcional. En los temas troncales no es preciso conocer la estereoisomería.

10.1.5

Deduzca las fórmulas estructurales de los isómeros de los alcanos no cíclicos hasta C6.

Incluya isómeros de cadena lineal y de cadena ramificada.

10.1.6

Aplique las normas de la IUPAC sobre nomenclatura de los isómeros de los alcanos no cíclicos hasta C6.

TdC: esto podría discutirse como ejemplo del uso del lenguaje químico como instrumento para clasificar y distinguir entre estructuras diferentes.

10.1.7

Deduzca las fórmulas estructurales de los isómeros de los alquenos de cadena lineal hasta C6.

10.1.8

Aplique las normas de la IUPAC sobre nomenclatura de los isómeros de los alquenos de cadena lineal hasta C6.

No se requiere distinguir entre los isómeros cis y trans.

10.1.9

Deduzca las fórmulas estructurales de compuestos que contengan hasta seis átomos de carbono con uno de los siguientes grupos funcionales: alcohol, aldehído, cetona, ácido carboxílico y haluro.

En las fórmulas estructurales condensadas pueden utilizarse: OH, CHO, CO, COOH y F/Cl/Br/I.

Descripción detallada del programa de estudios: temas troncales

Enunciado de evaluación

Obj.

10.1.10

Aplique las normas de la IUPAC para nombrar compuestos que contengan hasta seis átomos de carbono con uno de los siguientes grupos funcionales: alcohol, aldehído, cetona, ácido carboxílico y haluro.

10.1.11

Identifique los grupos funcionales siguientes presentes en fórmulas estructurales: amino (NH2), anillo bencénico ( ) y ésteres (RCOOR).

10.1.12

Identifique los átomos de carbono primarios, secundarios y terciarios en alcoholes y haluros de alquilo.

10.1.13

Discuta la volatilidad y la solubilidad en agua de compuestos que contienen los grupos funcionales enumerados en 10.1.9.

10.2

Notas para el profesor

Los calificativos primario, secundario y terciario pueden aplicarse también a las moléculas que contienen estos átomos de carbono.

Alcanos

2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

10.2.1

Explique la baja reactividad de los alcanos en función de las entalpías de enlace y la polaridad de los enlaces.

10.2.2

Describa, con ecuaciones, la combustión completa e incompleta de los alcanos.

10.2.3

Describa, con ecuaciones, las reacciones del metano y el etano con el cloro y el bromo.

10.2.4

Explique las reacciones del metano y el etano con el cloro y el bromo por medio del mecanismo de radicales libres.

Notas para el profesor

Debe hacerse referencia a la fisión homolítica y a las etapas de iniciación, propagación y terminación de la reacción. No se requiere utilizar el sistema de representación del movimiento de electrones individuales mediante semiflechas. Las fórmulas de los radicales libres deben incluir el símbolo de radical, por ejemplo: Cl• .

Descripción detallada del programa de estudios: temas troncales

10.3

Alquenos

2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

10.3.1

Describa, con ecuaciones, las reacciones de los alquenos con el hidrógeno y los halógenos.

10.3.2

Describa, con ecuaciones, las reacciones de los alquenos simétricos con haluros de hidrógeno y agua.

10.3.3

Distinga entre alcanos y alquenos utilizando agua de bromo.

10.3.4

Resuma la polimerización de los alquenos.

Notas para el profesor

Incluya la formación del poli(eteno), el poli(cloroeteno) y el poli(propeno) como ejemplos de polímeros de adición. Incluya la identificación de la unidad que se repite, por ejemplo, –(– CH –CH –) – en el caso 2 2 n del poli(eteno).

10.3.5

10.4

Resuma la importancia económica de las reacciones de los alquenos.

Objetivo general 8: incluya la hidrogenación de aceites vegetales en la elaboración de margarina, la hidratación del eteno en la elaboración del etanol y la polimerización en la elaboración de plásticos.

Alcoholes

1 hora Enunciado de evaluación

Obj.

10.4.1

Describa, con ecuaciones, la combustión completa de los alcoholes.

10.4.2

Describa, con ecuaciones, las reacciones de oxidación de los alcoholes.

Notas para el profesor

Un agente oxidante adecuado es el dicromato(VI) de potasio en medio ácido. Las ecuaciones pueden ajustarse utilizando el símbolo [O] para representar el oxígeno proporcionado por el agente oxidante. Incluya las diferentes condiciones necesarias para obtener buenos rendimientos de diferentes productos; es decir, si se trata de un aldehído, eliminando el producto por destilación a medida que se forma y, si se trata de un ácido carboxílico, calentando a reflujo.

10.4.3

Determine los productos formados por la oxidación de los alcoholes primarios y secundarios.

Suponga que el dicromato(VI) de potasio no oxida a los alcoholes terciarios.

Descripción detallada del programa de estudios: temas troncales

10.5

Haluros de alquilo

2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

10.5.1

Describa, con ecuaciones, las reacciones de sustitución de los haluros de alquilo con hidróxido de sodio.

Objetivo general 7: existen simulaciones disponibles para este fin.

10.5.2

Explique las reacciones de sustitución de los haluros de alquilo con hidróxido de sodio por medio de mecanismos SN1 y SN2.

Se debe hacer referencia a la fisión heterolítica. Deben utilizarse flechas curvadas para representar el movimiento de pares de electrones. El mecanismo predominante en el caso de los haluros de alquilo terciarios es el SN1 y en el caso de los haluros de alquilo primarios es el SN2. Ambos mecanismos se producen en los haluros de alquilo secundarios.

10.6

Rutas de reacción

1 hora Enunciado de evaluación 10.6.1

Deduzca rutas de reacción, dados los materiales de partida y el producto.

Obj. 3

Notas para el profesor No se evaluarán conversiones con más de dos etapas. Deben incluirse los reactivos, las condiciones y las ecuaciones. Por ejemplo, la conversión de 2‑buteno a butanona puede realizarse en dos etapas: el 2‑buteno puede calentarse con vapor y un catalizador para formar 2‑butanol, que puede a continuación oxidarse mediante calentamiento con dicromato(VI) de potasio acidificado para formar butanona.

Descripción detallada del programa de estudios: temas troncales

En el esquema siguiente se resumen los tipos de compuestos y de reacciones incluidos en el presente tema: alcano

dihaluro de alquilo

triahaluro de alquilo tetrahaluro de alquilo

alqueno

poli(alqueno)

aldehído

ácido carboxílico

M haluro de alquilo M alcohol

cetona

M = mecanismo requerido

Tema 11: Mediciones y procesamiento de datos (2 horas) 11.1

Incertidumbre y error en las mediciones

1 hora Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

11.1.1

Describa y dé ejemplos de incertidumbres aleatorias y de errores sistemáticos.

11.1.2

Distinga entre precisión y exactitud.

Una medición puede realizarse con gran precisión y, no obstante, ser inexacta (por ejemplo, si se toma como lectura de una pipeta o cilindro graduado el nivel superior del menisco).

11.1.3

Describa cómo reducir los efectos de las incertidumbres aleatorias.

Los alumnos deben saber que repitiendo las mediciones se reducen las incertidumbres aleatorias, pero no los errores sistemáticos.

11.1.4

Indique la incertidumbre aleatoria en forma de intervalo de incertidumbre (±).

11.1.5

Indique los resultados de cálculos con el número correcto de cifras significativas.

El número de cifras significativas de cualquier resultado debe ser reflejo del número de cifras significativas de los datos de partida.

Descripción detallada del programa de estudios: temas troncales

11.2

Incertidumbres de los resultados

½ hora Enunciado de evaluación

Obj.

11.2.1

Indique la incertidumbre de forma absoluta y porcentual.

11.2.2

Determine las incertidumbres de los resultados.

11.3

Notas para el profesor

Sólo se pide un tratamiento sencillo. En el caso de sumas y restas, se suman las incertidumbres absolutas. Si se trata de productos, cocientes y potencias, se suman las incertidumbres porcentuales. Si la incertidumbre correspondiente a una cantidad es mucho mayor que la de las restantes, puede considerarse que la incertidumbre aproximada del resultado es la de dicha cantidad.

Técnicas gráficas

½ hora TdC: utilidad de las gráficas para proporcionar interpretaciones convincentes de la realidad. Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

11.3.1

Esquematice gráficamente relaciones de dependencia entre variables e interprete el comportamiento descrito en una gráfica.

Los alumnos deben ser capaces de dar una interpretación física cualitativa de una gráfica y determinar, por ejemplo, si las variables son proporcionales o inversamente proporcionales.

11.3.2

Construya gráficas a partir de datos experimentales.

Para ello, deberá elegir los ejes y la escala, y representar los puntos en la gráfica. Objetivo general 7: pueden utilizarse programas de generación de gráficas.

11.3.3

Dibuje líneas de ajuste óptimo a los puntos de una gráfica.

Puede tratarse de curvas o de líneas rectas.

11.3.4

Determine valores de cantidades físicas a partir de gráficas.

Incluya la medición e interpretación de la pendiente (gradiente), indicando las unidades correspondientes a dichas cantidades.

Química

Descripción detallada del programa de estudios: TANS

Tema 12: Estructura atómica (3 horas) 12.1

Configuración electrónica

3 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

12.1.1

Explique que los datos científicos correspondientes a las primeras energías de ionización de los diferentes períodos demuestran la existencia de niveles de energía principales y subniveles en los átomos.

TdC: ¿qué formas de conocimiento utilizamos para interpretar los datos indirectos? ¿Sabemos que existen los niveles de energía o lo creemos?

12.1.2

Explique la relación entre los datos de energías de ionización sucesivas y la configuración electrónica de un átomo.

Objetivo general 7: pueden utilizarse para este fin hojas de cálculo, bases de datos y programas de modelización.

12.1.3

Indique las energías relativas de los orbitales s, p, d y f en un mismo nivel energético.

Objetivo general 7: pueden utilizarse simulaciones para este fin.

12.1.4

Indique el número máximo de orbitales que puede haber en un nivel energético dado.

12.1.5

Dibuje la forma de un orbital s y las formas de los px, py y pz.

TdC: el desmoronamiento de los conceptos clásicos de posición y momento es otro ejemplo de las limitaciones de la experiencia cotidiana. La necesidad de aplicar una visión probabilística en la escala atómica pone de manifiesto que el conocimiento humano es, en último término, limitado.

12.1.6

Aplique el principio de Aufbau, la regla de Hund y el principio de exclusión de Pauli para determinar las configuraciones electrónicas de átomos e iones con valores de Z de hasta 54.

Para Z = 23, la configuración electrónica completa es 1s22s22p63s23p64s23d3 y la configuración electrónica abreviada es [Ar]4s23d3 o [Ar]3d34s2. Deben conocerse las excepciones del principio correspondientes al cobre y al cromo. Los alumnos deben conocer el sistema de representación del spin del electrón en un orbital mediante una flecha en un cuadro.

Descripción detallada del programa de estudios: TANS

Tema 13: Periodicidad (4 horas) 13.1

Variaciones en el tercer período

2 horas Enunciado de evaluación 13.1.1

13.1.2

13.2

Obj.

Explique los estados físicos (en condiciones estándar) y la conductividad eléctrica (en el estado fundido) de los cloruros y óxidos de los elementos del tercer período en función de sus enlaces y su estructura.

Describa las reacciones del cloro y los cloruros mencionados en 13.1.1 con agua.

Notas para el profesor Incluya los siguientes óxidos y cloruros: • Óxidos: Na2O, MgO, Al2O3, SiO2, P4O6 y P4O10, SO2 y SO3, Cl2O y Cl2O7 • Cloruros: NaCl, MgCl2, Al2Cl6, SiCl4, PCl3 y PCl5, y Cl2

Elementos del bloque d de la primera fila

2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

13.2.1

Enumere las propiedades características de los elementos de transición.

13.2.2

Explique por qué el Sc y el Zn no se consideran elementos de transición.

13.2.3

Explique por qué los iones de los elementos de transición tienen números de oxidación variables.

13.2.4

Defina el término ligando.

13.2.5

Describa y explique la formación de complejos de los elementos del bloque d.

Incluya los siguientes: [Fe(H2O)6]3+, [Fe(CN)6]3–, [CuCl4]2– y [Ag(NH3)2]+. Sólo se requieren los ligandos monodentados.

13.2.6

Explique por qué algunos de los complejos del bloque d son coloreados.

Sólo es necesario que los alumnos sepan que en los complejos el subnivel d se separa en dos conjuntos de orbitales de diferente energía y que la transición electrónica que se produce entre ellos es la responsable de su coloración.

Deben citarse como ejemplos la variabilidad del número de oxidación, la formación de iones complejos, la existencia de compuestos coloreados y las propiedades catalíticas.

Los alumnos deben saber que todos los elementos de transición pueden tener un número de oxidación de +2. Además, deben conocer los números de oxidación de los elementos siguientes: Cr (+3, +6), Mn (+4, +7), Fe (+3) y Cu (+1).

Descripción detallada del programa de estudios: TANS

Enunciado de evaluación 13.2.7

Obj.

Indique ejemplos de la acción catalítica de los elementos de transición y sus compuestos.

Notas para el profesor Deben incluirse los ejemplos siguientes: • MnO2 en la descomposición del peróxido de hidrógeno • V2O5 en el proceso de contacto • Fe en el proceso Haber y en el hemo • Ni en la transformación de alquenos en alcanos • Co en la vitamina B12 • Pd y Pt en convertidores catalíticos. No se evaluarán los mecanismos de acción.

13.2.8

Resuma la importancia económica de los catalizadores en los procesos de contacto y de Haber.

Objetivo general 8

Tema 14: Enlaces (5 horas) 14.1

Forma de las moléculas y los iones

1 hora Enunciado de evaluación 14.1.1

14.2

Prediga la forma y los ángulos de enlace de especies con cinco y seis centros de carga negativa aplicando la TRPEV.

Obj. 3

Notas para el profesor Deben incluirse los ejemplos siguientes: PCl5, SF6, XeF4 y PF6–. Objetivo general 7: se dispone de simulaciones interactivas para ilustrar este punto.

Hibridación

2 horas Enunciado de evaluación 14.2.1

Describa los enlaces σ y π.

Obj.

Notas para el profesor

La descripción debe incluir: • enlaces σ que resultan del solapamiento axial de orbitales • enlaces π que resultan del solapamiento lateral de orbitales p paralelos • enlaces dobles formados por un enlace σ y un enlace π • enlaces triples formados por un enlace σ y dos enlaces π.

14.2.2

14.2.3

Explique la hibridación desde el punto de vista de la combinación de orbitales atómicos que genera nuevos orbitales para la formación de enlaces.

Identifique y explique las relaciones entre las estructuras de Lewis, las formas moleculares y los tipos de hibridación (sp, sp2 y sp3).

Los alumnos considerarán la hibridación sp, sp2 y sp3, y las formas y orientación de estos orbitales. TdC: ¿la hibridación es un proceso real o un artificio matemático? Los alumnos deben considerar ejemplos de la química inorgánica y de la química orgánica.

Descripción detallada del programa de estudios: TANS

14.3

Deslocalización electrónica

2 horas Enunciado de evaluación 14.3.1

Describa la deslocalización de electrones π y explique la estructura de algunas especies utilizando este concepto.

Obj. 3

Notas para el profesor Deben incluirse los ejemplos siguientes: NO3–, – NO2–, CO2− 3 , O3, RCOO y benceno. TdC: Kekulé afirmó que la inspiración sobre la estructura cíclica del benceno le llegó en un sueño. ¿Qué función desempeñan las formas menos racionales de conocimiento en la adquisición de conocimientos científicos? ¿Qué distingue una hipótesis científica de una no científica: su origen o el modo de comprobar su validez?

Tema 15: Energía de las reacciones químicas (8 horas) 15.1

Variaciones de entalpía estándar de una reacción

1 ½ horas Enunciado de evaluación

Obj.

15.1.1

Defina y aplique los términos estado estándar, variación de entalpía estándar de formación (∆Hf Ö ) y variación de entalpía estándar de combustión (∆Hc Ö ) .

15.1.2

Determine la variación de entalpía de una reacción utilizando las variaciones de entalpía estándar de formación y de combustión.

15.2

Notas para el profesor

Ciclo de Born–Haber

2 ½ horas Enunciado de evaluación

Obj.

15.2.1

Defina y aplique los términos entalpía de red y afinidad electrónica.

15.2.2

Explique cómo afectan a las entalpías de red de diferentes compuestos iónicos los tamaños relativos y las cargas de los iones.

Notas para el profesor

Los valores relativos de entalpía de red teórica se incrementan al aumentar la carga iónica y al disminuir el radio, debido al aumento de las fuerzas de atracción.

Descripción detallada del programa de estudios: TANS

Enunciado de evaluación

Obj.

15.2.3

Construya un ciclo de Born–Haber para los óxidos y cloruros de los grupos 1 y 2, y utilícelo para calcular la variación de la entalpía en un caso.

15.2.4

Discuta la diferencia entre los valores teóricos y experimentales de la entalpía de red de compuestos iónicos, en relación con su carácter covalente.

15.3

Notas para el profesor

Una diferencia significativa entre los dos valores indica carácter covalente.

Entropía

1 ½ horas Enunciado de evaluación

Obj.

15.3.1

Indique y explique los factores que aumentan la entropía de un sistema.

15.3.2

Prediga si la variación de entropía (ΔS) de una reacción o proceso dados será positiva o negativa.

15.3.3

Calcule la variación de entropía estándar de una reacción (∆S Ö ) a partir de los valores de entropía estándar (S Ö ) .

15.4

Notas para el profesor

Espontaneidad

2 ½ horas Enunciado de evaluación

Obj.

15.4.1

Prediga si una reacción o proceso será espontáneo basándose en el signo que tenga ∆G Ö .

15.4.2

Ö Calcule la ∆G de una reacción mediante la ecuación:

Notas para el profesor

∆G Ö = ∆H Ö− T∆S Ö y utilizando los valores de variación de energía libre estándar de formación, ∆G f Ö . 15.4.3

Prediga el efecto de un cambio de temperatura en la espontaneidad de una reacción, basándose en las variaciones de entropía estándar y entalpía estándar y en la ecuación:

∆G Ö = ∆H Ö − T∆S Ö

Descripción detallada del programa de estudios: TANS

Tema 16: Cinética (6 horas) 16.1

Ecuación de velocidad

3 horas Enunciado de evaluación

Obj.

16.1.1

Distinga entre los términos constante de velocidad, orden global de la reacción y orden de reacción con respecto a un reactivo particular.

16.1.2

Deduzca la ecuación de velocidad de una reacción a partir de datos experimentales.

16.1.3

Resuelva problemas relacionados con la ecuación de velocidad.

16.1.4

Esquematice, identifique y analice representaciones gráficas correspondientes a reacciones de orden cero, de primer y de segundo orden.

16.2

Notas para el profesor

Objetivo general 7: pueden utilizarse para este fin experimentos virtuales.

Los alumnos deben estar familiarizados tanto con las gráficas de concentración–tiempo como con las de velocidad–concentración.

Mecanismos de reacción

1 hora Enunciado de evaluación

Obj.

16.2.1

Explique que las reacciones pueden constar de más de una etapa y que la etapa más lenta determina la velocidad de la reacción y se llama etapa determinante de la velocidad de la reacción.

16.2.2

Describa la relación entre mecanismo de reacción, orden de reacción y etapa determinante de la velocidad de la reacción.

Notas para el profesor

Sólo se evaluarán ejemplos de reacciones de una o dos etapas de las que se proporcione el mecanismo. TdC: la correspondencia entre la ecuación de velocidad y un mecanismo de reacción sugerido sólo demuestra que dicho mecanismo es posible. En cambio, la falta de correspondencia demuestra que el mecanismo no es válido.

Descripción detallada del programa de estudios: TANS

16.3

Energía de activación

2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

16.3.1

Describa cualitativamente la relación entre la constante de velocidad (k) y la temperatura (T).

16.3.2

Determine valores de energía de activación (Ea) a partir de la ecuación de Arrhenius mediante un método gráfico.

Notas para el profesor

El Cuadernillo de datos de Química contiene la ecuación de Arrhenius y su forma logarítmica. No se evaluará el uso de ecuaciones simultáneas.

Tema 17: Equilibrio (4 horas) 17.1

Equilibrio líquido–vapor

2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

17.1.1

Describa el equilibrio que se establece entre un líquido y el vapor correspondiente y cómo afectan a dicho equilibrio los cambios de temperatura.

17.1.2

Esquematice gráficamente la relación entre la presión de vapor y la temperatura y explique las gráficas en función de la teoría cinética.

17.1.3

Indique y explique qué relación existe entre entalpía de vaporización, punto de ebullición y fuerzas intermoleculares.

17.2

Notas para el profesor

La ley de equilibrio

2 horas Enunciado de evaluación 17.2.1

Resuelva problemas de equilibrio homogéneo utilizando la expresión de Kc.

Obj. 3

Notas para el profesor No se evaluará el uso de ecuaciones cuadráticas.

Descripción detallada del programa de estudios: TANS

Tema 18: Ácidos y bases (10 horas) 18.1

Cálculos con ácidos y bases

4 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

18.1.1

Indique la expresión de la constante del producto iónico del agua (Kw).

18.1.2

Deduzca los valores de [H+(aq)] y [OH– (aq)] del agua a distintas temperaturas dados los valores de Kw.

18.1.3

Resuelva problemas relacionados con la [H+(aq)], la [OH–(aq)], el pH y el pOH.

18.1.4

Indique la ecuación de la reacción de cualquier ácido o base débil con agua y deduzca las expresiones de Ka y Kb.

Sólo se evaluarán ejemplos que conlleven la transferencia de un protón.

18.1.5

Resuelva problemas relativos a disoluciones de ácidos y bases débiles utilizando las expresiones siguientes:

Los alumnos deben indicar cuándo se realizan aproximaciones en los cálculos de equilibrios. No se evaluará el uso de ecuaciones cuadráticas.

Ka × Kb = Kw pKa + pKb = pKw pH + pOH = pKw. 18.1.6

18.2

Identifique las fuerzas relativas de ácidos y bases a partir de los valores de Ka, Kb, pKa y pKb.

Soluciones tampón (buffer)

2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

18.2.1

Describa la composición de una solución tampón y explique su funcionamiento.

18.2.2

Resuelva problemas relativos a la composición y el pH de un sistema tampón específico.

Notas para el profesor

Sólo se evaluarán ejemplos que conlleven la transferencia de un protón. Deben incluirse los ejemplos siguientes: solución de amoníaco/ cloruro de amonio y ácido etanoico/etanoato de sodio. Los alumnos deben indicar cuándo se realizan aproximaciones en los cálculos de equilibrios. No se evaluará el uso de ecuaciones cuadráticas. Objetivo general 7: pueden realizarse experimentos virtuales a modo ilustrativo.

Descripción detallada del programa de estudios: TANS

18.3

Hidrólisis de sales

1 hora Enunciado de evaluación 18.3.1

Deduzca si diversas sales forman soluciones acuosas ácidas, alcalinas o neutras.

Obj. 3

Notas para el profesor Los ejemplos deben incluir sales formadas a partir de las cuatro combinaciones posibles de ácidos y bases fuertes y débiles. Se debe considerar además el efecto de la densidad de carga de los cationes de los elementos de los grupos 1, 2, 3 y del bloque d. Por ejemplo:

[Fe (H O ) ] (aq ) →[Fe ( OH )( H O) ] (aq ) + H ( aq) 3+

18.4

Valoraciones ácido–base

2 horas Enunciado de evaluación 18.4.1

Esquematice las formas generales de las gráficas de pH en función del volumen correspondiente para titulaciones de ácidos y bases fuertes y débiles, y explique los aspectos importantes.

Obj. 3

Notas para el profesor Sólo se evaluarán ejemplos que conlleven la transferencia de un protón. Son aspectos importantes los siguientes: • intersección con el eje del pH • punto de equivalencia • región de amortiguación del pH • puntos en los que pKa = pH o pKb = pOH. Objetivo general 7: pueden utilizarse para este fin registradores de datos, bases de datos, hojas de cálculo y simulaciones.

18.5

Indicadores

1 hora Enunciado de evaluación 18.5.1

Describa cualitativamente el funcionamiento de un indicador ácido–base.

Obj. 2

Notas para el profesor Utilice la ecuación + − �� HIn ( aq ) � � � H ( aq ) + In ( aq )

color A

18.5.2

Indique y explique la relación existente entre el intervalo de pH de un indicador ácido–base y su pKa.

18.5.3

Identifique un indicador adecuado para una titulación, dados el punto de equivalencia de la titulación y el intervalo de pH del indicador.

color B

Hay ejemplos de indicadores en el Cuadernillo de datos de Química.

Descripción detallada del programa de estudios: TANS

Tema 19: Oxidación y reducción (5 horas) 19.1

Potenciales estándar de electrodo

3 horas Enunciado de evaluación

Obj.

19.1.1

Describa el electrodo estándar de hidrógeno.

19.1.2

Defina el término potencial estándar de electrodo (E Ö ) .

19.1.3

Calcule los potenciales de pilas a partir de los potenciales estándar de electrodo.

19.1.4

Prediga si una reacción será espontánea basándose en los valores de los potenciales estándar de electrodo.

19.2

Notas para el profesor

Electrólisis

2 horas Enunciado de evaluación 19.2.1

Prediga y explique los productos de la electrólisis de disoluciones acuosas.

Obj. 3

Notas para el profesor Las explicaciones deben hacer referencia a los valores de E Ö , la naturaleza del electrodo y la concentración del electrólito. Se incluyen como ejemplos de electrólisis la del agua, la de una solución acuosa de cloruro de sodio y la de una solución acuosa de sulfato de cobre(II). Objetivo general 7: pueden realizarse experimentos virtuales a modo ilustrativo.

19.2.2

Determine las cantidades relativas de productos formados durante la electrólisis.

Los factores que deben tenerse en cuenta son la carga del ion, la corriente y la duración de la electrólisis.

19.2.3

Describa la utilización de la electrólisis en la electrodeposición.

Objetivo general 8

Descripción detallada del programa de estudios: TANS

Tema 20: Química orgánica (10 horas) 20.1

Introducción

1 hora Enunciado de evaluación

Obj.

20.1.1

Deduzca las fórmulas estructurales de compuestos que contengan hasta seis átomos de carbono con uno de los siguientes grupos funcionales: amino, amido, éster y nitrilo.

20.1.2

Aplique las normas de la IUPAC para nombrar compuestos que contengan hasta seis átomos de carbono con uno de los siguientes grupos funcionales: amino, amido, éster y nitrilo.

20.2

Notas para el profesor En las fórmulas estructurales condensadas estos grupos pueden representarse mediante: NH2, CONH2, –COOC– y CN.

Reacciones de sustitución nucleófila

2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

20.2.1

Explique por qué el ion hidróxido es más nucleófilo que el agua.

20.2.2

Describa y explique cómo la velocidad de la sustitución nucleófila por el ion hidróxido en haluros de alquilo depende del halógeno presente.

20.2.3

Describa y explique cómo la velocidad de la sustitución nucleófila por el ion hidróxido en haluros de alquilo depende de si el haluro de alquilo es primario, secundario o terciario.

20.2.4

Describa, con ecuaciones, las reacciones de sustitución de los haluros de alquilo con amoníaco y cianuro de potasio.

20.2.5

Explique las reacciones de haluros de alquilo primarios con amoníaco y cianuro de potasio por medio del mecanismo SN2.

20.2.6

Describa, con ecuaciones, la reducción de nitrilos utilizando hidrógeno y un catalizador de níquel.

Notas para el profesor

Descripción detallada del programa de estudios: TANS

20.3

Reacciones de eliminación

1 hora Enunciado de evaluación

Obj.

20.3.1

Describa, con ecuaciones, la eliminación de HBr de los bromoalcanos.

20.3.2

Describa y explique el mecanismo de la eliminación de HBr de los bromoalcanos.

20.4

Notas para el profesor

Reacciones de condensación

2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

20.4.1

Describa, con ecuaciones, las reacciones de alcoholes con ácidos carboxílicos para formar ésteres, e indique los usos de los ésteres.

No se evaluarán los mecanismos.

20.4.2

Describa, con ecuaciones, las reacciones de las aminas con los ácidos carboxílicos.

No se evaluarán los mecanismos.

20.4.3

Deduzca las estructuras de los polímeros formados en las reacciones de alcoholes con ácidos carboxílicos.

Destaque la necesidad de que cada monómero tenga dos grupos funcionales. Incluya el poliéster formado a partir de 1,2‑etanodiol y ácido 1,4‑bencenodicarboxílico. Incluya la identificación de la unidad que se repite.

20.4.4

Deduzca las estructuras de los polímeros formados en las reacciones de aminas con ácidos carboxílicos.

Destaque la necesidad de que cada monómero tenga dos grupos funcionales. Incluya la poliamida formada a partir de 1,6‑diaminohexano y ácido hexanodioico. Incluya la identificación de la unidad que se repite.

20.4.5

Resuma la importancia económica de las reacciones de condensación.

Objetivo general 8

Descripción detallada del programa de estudios: TANS

20.5

Rutas de reacción

1 hora Enunciado de evaluación 20.5.1

Deduzca rutas de reacción, dados los materiales de partida y el producto.

Obj. 3

Notas para el profesor No se evaluarán conversiones con más de dos etapas. Deben incluirse los reactivos, las condiciones y las ecuaciones. Por ejemplo, la conversión de 1-bromopropano a 1-butilamina puede realizarse en dos etapas: el 1‑bromopropano puede hacerse reaccionar con cianuro de potasio para formar propanonitrilo, que puede a continuación reducirse mediante calentamiento con hidrógeno y un catalizador de níquel.

20.6

Estereoisomería

3 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

20.6.1

Describa los estereoisómeros como compuestos con la misma fórmula estructural pero con diferente distribución espacial de los átomos.

20.6.2

Describa y explique la isomería geométrica en alquenos no cíclicos.

Incluya los prefijos cis y trans y el término rotación restringida.

20.6.3

Describa y explique la isomería geométrica en los cicloalcanos C3 y C4.

Incluya los dicloroderivados del ciclopropano y ciclobutano.

20.6.4

Explique las diferencias respecto de las propiedades físicas y químicas de los isómeros geométricos.

Incluya como ejemplos las diferentes temperaturas de ebullición de los isómeros cis y trans del 1,2‑dicloroeteno, y las diferentes reacciones que se producen al calentar los isómeros cis y trans del ácido 2‑buten‑1,4‑dioico.

20.6.5

Describa y explique la isomería óptica en moléculas orgánicas sencillas.

Incluya ejemplos como el 2‑butanol y el 2‑bromobutano. El término asimétrico puede utilizarse para describir un átomo de carbono unido a cuatro átomos o grupos diferentes. El término quiral puede utilizarse para describir un átomo de carbono unido a cuatro átomos o grupos diferentes, y también como descripción de la propia molécula. Incluya los significados de enantiómero y mezcla racémica. TdC: la existencia de isómeros ópticos constituyó una prueba indirecta de la configuración tetraédrica de los enlaces del átomo de carbono. Éste es un ejemplo de la capacidad del razonamiento para lograr acceder a la escala molecular. ¿Sabemos que la configuración de los átomos de carbono es tetraédrica o lo creemos? También podría discutirse acerca del uso de convenciones para representar moléculas tridimensionales en dos dimensiones.

Descripción detallada del programa de estudios: TANS

Enunciado de evaluación

Obj.

20.6.6

Resuma la utilización de un polarímetro para distinguir entre isómeros ópticos.

20.6.7

Compare las propiedades físicas y químicas de los enantiómeros.

Notas para el profesor Incluya el significado del término luz polarizada en un plano.

En el esquema siguiente se resumen los tipos de compuestos y de reacciones incluidos en el presente tema: alqueno

haluro de alquilo

nitrilo

M alcohol

éster

amina

ácido carboxílico

amida

M = mecanismo requerido

Química

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Los alumnos del NM estudian los temas troncales de estas opciones, mientras que los del NS estudian la opción completa (los temas troncales más los temas de ampliación).

Opción A: Química analítica moderna (15/22 horas) Las técnicas de la química analítica se utilizan ampliamente en la sociedad actual. Durante la enseñanza de esta opción, debe hacerse hincapié en la resolución de problemas y en la necesidad de utilizar para ello la información obtenida mediante una o más técnicas. Los alumnos deben comprender los principios químicos en los que se basa cada técnica analítica. Esta opción es una ampliación de algunas de las ideas esenciales de química física y química orgánica que fueron estudiadas en los temas troncales.

Los temas A1–A7 son troncales en el NM y el NS (15 horas). Los temas A8–A10 son de ampliación sólo en el NS (7 horas).

Técnicas analíticas

1 hora Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

A.1.1

Indique las razones de la utilización de técnicas analíticas.

Deben incluirse los usos siguientes: determinación de estructuras, análisis de la composición de sustancias y determinación de la pureza.

A.1.2

Indique que la estructura de un compuesto se puede determinar por medio de la información obtenida a partir de diversas técnicas analíticas, de forma independiente o combinadas.

Los alumnos deben comprender que la información proveniente de una sola técnica es generalmente insuficiente para determinar o confirmar una estructura.

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Principios de espectroscopía

2 horas Enunciado de evaluación A.2.1

Describa el espectro electromagnético.

Obj. 2

Notas para el profesor Se deben identificar los rayos X, la radiación ultravioleta (UV), visible e infrarroja (IR), y la ondas de radio y microondas. Haga hincapié en la variación, a lo largo del espectro, de la longitud de onda, el número de onda, la frecuencia y la energía. TdC: el espectro electromagnético transporta información cuya naturaleza está limitada por su longitud de onda.

A.2.2

Distinga entre espectros de absorción y espectros de emisión y explique cómo se produce cada uno de ellos.

A.2.3

Describa los procesos atómicos y moleculares en los que se absorbe energía.

La descripción debe incluir las vibraciones, rotaciones y transiciones electrónicas. Objetivo general 7: existen simulaciones de estos procesos.

Espectroscopía infrarroja (IR)

3 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

A.3.1

Describa los principios operativos de un espectrómetro infrarrojo de doble haz.

A.3.2

Describa cómo utilizar la información de un espectro IR para la identificación de enlaces.

A.3.3

Explique qué sucede a nivel molecular cuando las moléculas absorben radiación infrarroja.

Son ejemplos adecuados: H2O, –CH2–, SO2 y CO2. Destaque la variación de la polaridad de los enlaces a medida que se producen las vibraciones (estiramiento y curvatura).

A.3.4

Analice los espectros IR de compuestos orgánicos.

Se evaluará a los alumnos por medio de ejemplos que contienen hasta tres grupos funcionales. El Cuadernillo de datos de Química contiene una tabla que muestra las absorciones de radiación IR correspondientes a algunos enlaces de moléculas orgánicas. Los alumnos deben comprender que los datos de absorción de radiación IR pueden utilizarse para identificar los enlaces presentes, pero que no siempre pueden identificarse los grupos funcionales presentes.

Es suficiente estudiar un diagrama sencillo de un espectrómetro de doble haz.

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Espectrometría de masas

2 horas Objetivo de evaluación

Obj.

A.4.1

Determine la masa molecular de un compuesto a partir del pico del ion molecular.

A.4.2

Analice los patrones de fragmentación de un espectro de masas para determinar la estructura de un compuesto.

Notas para el profesor

Deben incluirse como ejemplos de fragmentos los siguientes: • (Mr − 15)+  pérdida de CH3 • (Mr − 17)+  pérdida de OH • (Mr − 29)+  pérdida de C2H5 o CHO • (Mr − 31)+  pérdida de CH3O • (Mr − 45)+  pérdida de COOH.

Espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN)

2 horas Enunciado de evaluación A.5.1

Deduzca la estructura de un compuesto a partir de la información procedente de su espectro de RMN 1H.

Obj. 3

Notas para el profesor Sólo se evaluará la capacidad de los alumnos de deducir el número de entornos diferentes del hidrógeno (protón) y los números relativos de átomos de hidrógeno en cada entorno. Deben conocer la descripción y el diagrama de los espectros, incluida una curva de integración. No se evaluará la interpretación de los patrones de desdoblamiento. Objetivo general 7: pueden utilizarse para este fin bases de datos.

A.5.2

Indique la utilización de RMN en escáneres corporales.

Objetivo general 8: los protones de las moléculas de agua de las células del organismo humano se pueden detectar por medio de técnicas de generación de imágenes por RMN, que proporcionan una imagen tridimensional de órganos del cuerpo humano.

Espectroscopía de absorción atómica (AA)

3 horas Enunciado de evaluación

Obj.

A.6.1

Indique los usos de la espectroscopía de AA.

A.6.2

Describa los principios de la absorción atómica.

A.6.3

Describa el uso de cada uno de los siguientes componentes del espectrómetro de AA: combustible, atomizador, fuente de luz monocromática, detector monocromático y lectura.

Notas para el profesor Objetivo general 8: incluya usos como la identificación de metales en agua, sangre, suelos y alimentos.

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Enunciado de evaluación A.6.4

Determine la concentración de una solución a partir de una curva de calibración.

Obj. 3

Notas para el profesor Objetivo general 7: puede encontrarse en Internet información pormenorizada sobre los instrumentos utilizados.

Cromatografía

2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

A.7.1

Indique las razones de la utilización de la cromatografía.

Deben resumirse los aspectos cualitativos y cuantitativos de la cromatografía.

A.7.2

Explique que todas las técnicas cromatográficas conllevan la adsorción sobre una fase estacionaria y el reparto entre una fase estacionaria y una fase móvil.

Los componentes de una mezcla tienen distinta tendencia a la adsorción en superficies o a disolverse en un solvente. Este hecho proporciona un medio de separación de los componentes de una mezcla.

A.7.3

Resuma los usos de la cromatografía en papel, la cromatografía en capa fina (TLC) y la cromatografía en columna.

Se evaluará un resumen del modo de operación de cada técnica. Debe incluir la comprensión y el cálculo, en caso pertinente, de los valores de Rf. Los alumnos deben comprender que en algunos casos puede ser preciso revelar los cromatogramas en papel, por ejemplo, en la separación de azúcares.

A8 Espectroscopía de luz ultravioleta y visible (UV-Vis) 3 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

A.8.1

Describa los efectos de diferentes ligandos sobre el desdoblamiento de orbitales d en los complejos de los metales de transición.

Deben incluirse los ligandos NH3, H2O y Cl–.

A.8.2

Describa los factores que afectan al color de los complejos de los metales de transición

Incluya la identidad del ion metálico (por ejemplo, Mn2+ o Fe2+), el número de oxidación del metal (por ejemplo, en el caso del Fe, +2 o +3) y la identidad del ligando (por ejemplo, NH3 o H2O). Estos factores sólo se evaluarán en el caso de los complejos octaédricos en solución acuosa.

A.8.3

Indique que las moléculas orgánicas que contienen enlaces dobles absorben radiación UV.

Haga referencia a los sistemas conjugados y deslocalizados, como los arenos, alquenos y la clorofila.

A.8.4

Describa el efecto de la conjugación de los enlaces dobles en moléculas orgánicas sobre la longitud de onda de la luz absorbida.

Deben incluirse como ejemplos el retinol y la fenolftaleína.

Prediga si una molécula específica absorberá o no radiación ultravioleta o visible.

A.8.5

Objetivo general 8: puede discutirse la aplicación de este efecto en cremas de protección solar.

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Enunciado de evaluación A.8.6

Determine la concentración de una solución a partir de una curva de calibración utilizando la ley de Lambert–Beer.

Obj.

Notas para el profesor

A9 Espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN) 2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

A.9.1

Explique el uso del tetrametilsilano (TMS) como estándar de referencia.

A.9.2

Analice espectros de RMN 1H.

Notas para el profesor

Los alumnos deben ser capaces de interpretar los aspectos siguientes de los espectros de RMN 1H: número de picos, área comprendida bajo cada pico, desplazamiento químico y patrones de desdoblamiento. No se evaluará el tratamiento de las constantes de acoplamiento spin–spin, pero los alumnos deben conocer los singletes, dobletes, tripletes y tetrapletes.

A10 Cromatografía 2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

A.10.1

Describa las técnicas de la cromatografía gas–líquido (GLC) y la cromatografía líquida de alta resolución (HPLC).

Se evaluará un resumen del modo de operación de cada técnica. Debe incluirse la comprensión de los valores de Rf y su dependencia de otros factores en los casos pertinentes.

A.10.2

Deduzca qué técnica cromatográfica es la más adecuada para separar los componentes de una mezcla determinada.

Objetivo general 8: la HPLC permite identificar compuestos sensibles a la temperatura. Se incluyen los usos siguientes: análisis del petróleo; bebidas alcohólicas; antioxidantes, azúcares y vitaminas en alimentos; productos farmacéuticos; polímeros; investigación en bioquímica y biotecnología; y control de la calidad de insecticidas y herbicidas. La GLC permite identificar compuestos que pueden evaporarse sin descomposición. Se incluyen los usos siguientes: análisis de la presencia de medicamentos en muestras de orina de atletas; gases de minas subterráneas; y concentraciones de alcohol en sangre.

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Opción B: Bioquímica humana (15/22 horas) El propósito de esta opción es ofrecer a los alumnos la oportunidad de comprender la química de las moléculas importantes que forman parte del organismo humano y la necesidad de una dieta equilibrada y saludable. Aunque se debe apreciar la función de estas moléculas en el organismo, se destacan los aspectos químicos, de modo que los alumnos que no hayan cursado Biología no estarán en desventaja. No se requiere que los alumnos memoricen estructuras complejas, pero deberán ser capaces de reconocer los grupos funcionales y los tipos de enlaces presentes en las moléculas y los de unión entre las mismas. Las estructuras de algunas moléculas biológicas importantes están en el Cuadernillo de datos de Química. Se alienta a los profesores a que fomenten la concienciación de los alumnos acerca de cuestiones de interés local y global.

Los temas B1–B6 son troncales en el NM y el NS (15 horas). Los temas B7–B9 son de ampliación sólo en el NS (7 horas).

Energía

½ hora Enunciado de evaluación B.1.1

Calcule el valor calórico de un alimento a partir de datos de entalpía de combustión.

Obj.

Notas para el profesor

Proteínas

3 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

B.2.1

Dibuje la fórmula general de los 2‑aminoácidos.

B.2.2

Describa las propiedades características de los 2-aminoácidos.

Deben incluirse las propiedades siguientes: punto isoeléctrico, formación de zwitteriones y acción amortiguadora.

B.2.3

Describa la reacción de condensación de 2-aminoácidos para formar polipéptidos.

Se evaluarán reacciones en las que intervengan hasta tres aminoácidos.

B.2.4

Describa y explique la estructura primaria, secundaria (hélice α y lámina β), terciaria y cuaternaria de las proteínas.

Incluya todos los enlaces e interacciones (intramoleculares e intermoleculares) responsables de la estructura de las proteínas.

B.2.5

Explique el análisis de proteínas por cromatografía y electroforesis.

B.2.6

Enumere las principales funciones de las proteínas en el cuerpo.

Incluya proteínas estructurales (por ejemplo, el colágeno), enzimas, hormonas (por ejemplo, la insulina), inmunoproteínas (anticuerpos), proteínas de transporte (por ejemplo, la hemoglobina) y su función como fuente de energía.

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Hidratos de carbono

3 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

B.3.1

Describa las características estructurales de los monosacáridos.

Los monosacáridos contienen un grupo carbonilo (C=O) y al menos dos grupos –OH; su fórmula empírica es CH2O.

B.3.2

Dibuje las fórmulas estructurales lineal y en anillo de la glucosa y la fructosa.

Los alumnos deben conocer la diferencia estructural entre isómeros α y β.

B.3.3

Describa la condensación de monosacáridos para formar disacáridos y polisacáridos.

Los ejemplos incluirán:

B.3.4

Enumere las principales funciones de los hidratos de carbono en el organismo humano.

Incluya las funciones siguientes: fuente de energía (glucosa), reserva de energía (glucógeno) y precursores de otras moléculas de importancia biológica.

B.3.5

Compare las propiedades estructurales del almidón y la celulosa, y explique por qué los seres humanos podemos digerir el almidón pero no la celulosa.

Ambos son polímeros de unidades de glucosa. Existen dos tipos de almidón: la amilosa, un polímero de cadena lineal (con enlaces α‑1,4) y la amilopectina, cuya estructura es ramificada y que presenta tanto enlaces α‑1,4 como α‑1,6. Los enlaces de la celulosa, de tipo β‑1,4, pueden ser hidrolizados por la enzima celulasa, que no poseen la mayoría de los animales, incluidos los mamíferos.

B.3.6

Indique lo que significa el término fibra alimentaria.

La fibra alimentaria es principalmente materia vegetal que no es hidrolizada por las enzimas segregadas por el tracto digestivo humano pero que puede ser digerida por la microflora del intestino. Ejemplos: celulosa, hemicelulosa, lignina y pectina.

B.3.7

Describa la importancia de una alimentación con alto contenido de fibra alimentaria.

Objetivo general 8: la fibra alimentaria puede ser útil en la prevención de afecciones como la diverticulosis, el síndrome de colon irritable, el estreñimiento, la obesidad, la enfermedad de Crohn, las hemorroides y la diabetes mellitus.

• disacáridos: lactosa, maltosa y sacarosa • polisacáridos: almidón (α-glucosa), glucógeno (α-glucosa) y celulosa (β-glucosa).

Lípidos

3 ½ horas Enunciado de evaluación

Obj.

B.4.1

Compare la composición de los tres tipos de lípidos presentes en el organismo humano.

B.4.2

Resuma la diferencia entre el colesterol HDL y el LDL e indique su importancia.

Notas para el profesor Ejemplos: triglicéridos (grasas y aceites), fosfolípidos (lecitina) y esteroides (colesterol).

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Enunciado de evaluación

Obj.

B.4.3

Describa la diferencia estructural entre los ácidos grasos saturados y los insaturados.

B.4.4

Compare las estructuras de los dos ácidos grasos esenciales, linoleico (ácido graso omega-6) y linolénico (ácido graso omega-3), e indique su importancia.

B.4.5

Defina el término índice de yodo y calcule el número de enlaces dobles C=C presentes en un aceite o grasa insaturada utilizando reacciones de adición.

B.4.6

Describa la formación de un triglicérido por condensación de una molécula de glicerina y tres de ácidos grasos.

B.4.7

Describa la hidrólisis catalizada por enzimas de los triglicéridos durante la digestión.

B.4.8

Explique por qué las grasas tienen un valor calórico superior al de los hidratos de carbono.

B.4.9

Describa las funciones importantes de los lípidos en el organismo, así como sus posibles efectos perjudiciales para la salud.

Notas para el profesor La mayoría de las grasas naturales contienen una mezcla de ácidos grasos saturados, monoinsaturados y poliinsaturados y se clasifican en función del tipo predominante de insaturación que presentan.

El número de moles de I2 que reaccionan con un mol de grasa o aceite indica el número de enlaces dobles presentes en la molécula de grasa o aceite.

Son funciones importantes las siguientes: • almacenamiento de energía • aislamiento y protección de órganos • hormonas esteroides • componentes estructurales de la membrana celular • los ácidos grasos poliinsaturados omega-3 reducen el riesgo de cardiopatías • las grasas poliinsaturadas pueden reducir los niveles de colesterol LDL. Los efectos perjudiciales incluyen: • mayor riesgo de cardiopatías relacionadas con niveles altos de colesterol LDL y de ácidos grasos trans; la mayor fuente de colesterol LDL son las grasas saturadas, en particular los ácidos láurico (C12), mirístico (C14) y palmítico (C16) • obesidad.

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Micronutrientes y macronutrientes

2 horas Enunciado de evaluación B.5.1

Resuma la diferencia entre micronutrientes y macronutrientes.

Obj. 2

Notas para el profesor Los micronutrientes son sustancias que se necesitan en cantidades muy pequeñas (mg o µg) y que actúan principalmente como cofactores enzimáticos (constituyen menos del 0,005% del peso corporal). Ejemplos: vitaminas y oligoelementos (Fe, Cu, F, Zn, I, Se, Mn, Mo, Cr, Co y B). Los macronutrientes son sustancias químicas que se necesitan en cantidades relativamente grandes (constituyen más del 0,005% del peso corporal). Ejemplos: proteínas, grasas, hidratos de carbono y minerales (Na, Mg, K, Ca, P, S y Cl).

B.5.2

Compare las estructuras del retinol (vitamina A), calciferol (vitamina D) y ácido ascórbico (vitamina C).

B.5.3

Deduzca si una vitamina es hidrosoluble o liposoluble a partir de su estructura.

Discuta las causas y los efectos de las carencias de nutrientes en diferentes países y sugiera soluciones.

B.5.4

Los ejemplos incluirán: • hidrosolubles: vitaminas B y C • liposolubles: vitaminas A, D, E y K. Las carencias de micronutrientes incluyen las siguientes: • hierro: anemia • yodo: bocio • retinol (vitamina A): xeroftalmia, ceguera nocturna • niacina (vitamina B3): pelagra • tiamina (vitamina B1): beriberi • ácido ascórbico (vitamina C): escorbuto • calciferol (vitamina D): raquitismo. Las carencias de macronutrientes incluyen las siguientes: • proteínas: marasmo y kwashiorkor En este epígrafe pueden discutirse algunas de las causas de la malnutrición. Las soluciones incluyen: • proporcionar raciones de alimentos compuestas por alimentos frescos y ricos en vitaminas y minerales • añadir nutrientes que no están presentes en los alimentos consumidos habitualmente • modificación genética de los alimentos • proporcionar complementos nutritivos • proporcionar complementos de selenio a las personas que consumen alimentos cultivados en suelos pobres en selenio.

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Hormonas

3 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

B.6.1

Resuma la producción y la función de las hormonas en el organismo.

Las hormonas son mensajeros químicos. Son segregadas directamente a la sangre por las glándulas endocrinas. Ejemplos: hormona antidiurética (ADH), aldosterona, estrógeno, progesterona y testosterona, insulina, epinefrina (adrenalina) y tiroxina.

B.6.2

Compare la estructura del colesterol con la de las hormonas sexuales.

Destaque que comparten una estructura esteroidea común pero se diferencian en los grupos funcionales.

B.6.3

Describa el modo de acción de los anticonceptivos orales.

Objetivo general 8

B.6.4

Resuma el uso y abuso de esteroides.

Objetivo general 8

B7 Enzimas 3 horas Enunciado de evaluación

Obj.

B.7.1

Describa las características de los catalizadores biológicos (enzimas).

B.7.2

Compare los catalizadores inorgánicos y los biológicos (enzimas).

B.7.3

Describa la relación entre concentración de sustrato y actividad enzimática.

B.7.4

Determine Vmax y el valor de la constante de Michaelis (Km) por el método gráfico y explique su relevancia.

B.7.5

Describa el mecanismo de la acción enzimática, incluyendo el complejo enzima–sustrato, el sitio activo y el modelo de ajuste inducido.

B.7.6

Compare la inhibición competitiva con la no competitiva.

B.7.7

Indique y explique los efectos sobre la actividad enzimática de los iones de metales pesados, las variaciones de la temperatura y las variaciones del pH.

Notas para el profesor Incluya: las enzimas son proteínas y su actividad depende de su estructura terciaria y cuaternaria. Mencione asimismo la especificidad de la acción de las enzimas.

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

B8 Ácidos nucleicos 3 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

B.8.1

Describa la estructura de los nucleótidos y sus polímeros de condensación (ácidos nucleicos o polinucleótidos).

Los ácidos nucleicos son polímeros compuestos de nucleótidos. Un nucleótido contiene un grupo fosfato, una pentosa y una base nitrogenada orgánica. Los alumnos deben reconocer, pero no es necesario que memoricen, las estructuras de las cinco bases: adenina (A), citosina (C), guanina (G), timina (T) y uracilo (U). Los ácidos nucleicos están unidos por enlaces covalentes entre el fosfato de un nucleótido y el azúcar del siguiente, formando una cadena en la que se repite el patrón azúcar–fosfato–azúcar–fosfato. Las bases nitrogenadas están unidas al azúcar de la cadena.

B.8.2

Distinga entre las estructuras del ADN y del ARN.

La pentosa del ARN es ribosa y la del ADN es desoxirribosa. La desoxirribosa tiene un átomo de oxígeno menos en C2. El ARN contiene la base uracilo en lugar de timina. El ARN es un ácido nucleico de una sola cadena; el ADN es un ácido nucleico de cadena doble.

B.8.3

Explique la estructura en doble hélice del ADN.

La estructura tiene dos cadenas de ácido nucleico enrolladas en torno a un eje. Los alumnos deben describir los puentes de hidrógeno existentes entre pares específicos de bases nucleótidas. TdC: ¿qué repercusiones ha tenido en otros campos del conocimiento el descubrimiento de la base molecular de la vida?

B.8.4

Describa la función del ADN como repositorio de información genética, y explique su función en la síntesis de proteínas.

El ADN es el material genético que un individuo hereda de sus progenitores. Dirige la síntesis del ARNm (transcripción) y, por medio del ARNm, la síntesis de proteínas (traducción) utilizando un código de tripletes.

B.8.5

Resuma las etapas del análisis del ADN e indique su utilidad.

Objetivo general 8: incluya su uso en casos forenses y de paternidad.

B9 Respiración 1 hora Enunciado de evaluación B.9.1

Compare la respiración aeróbica y anaeróbica de la glucosa en función de las reacciones de oxidación– reducción y la energía liberada.

Obj. 3

Notas para el profesor En la respiración aeróbica, la glucosa se convierte en piruvato, que se transforma, en presencia de oxígeno, en dióxido de carbono y agua. En términos generales, la glucosa se oxida y el oxígeno se reduce. En la respiración anaeróbica, los seres humanos transforman el piruvato en lactato, mientras que las levaduras convierten el piruvato en etanol y dióxido de carbono. Se deben utilizar las ecuaciones rédox que sean pertinentes.

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Enunciado de evaluación B.9.2

Resuma la función de los iones de cobre en el transporte de electrones y la de los iones de hierro en el transporte de oxígeno.

Obj. 2

Notas para el profesor Los citocromos y la hemoglobina son ejemplos adecuados.

Opción C: Química en la industria y la tecnología (15/22 horas) Dado que una de las funciones más importantes de la química es producir formas de materia que nunca han existido antes, desempeña una función fundamental en cualquier revolución de los materiales. La revolución industrial del siglo XVIII fue consecuencia de la extracción de hierro a gran escala, pero la revolución de los materiales continúa desarrollando materiales nuevos con estructuras y propiedades adecuados para las tecnologías actuales. Esta opción es particularmente pertinente para el objetivo general 8, ya que en ella se considera de qué modo los materiales benefician a la sociedad. En la enseñanza de esta opción debe destacarse la relación entre la estructura de los materiales y sus propiedades.

Los temas C1–C7 son troncales en el NM y el NS (15 horas). Los temas C8–C12 son de ampliación sólo en el NS (7 horas).

Hierro, acero y aluminio

3 ½ horas Enunciado de evaluación

Obj.

C.1.1

Indique las principales fuentes de hierro.

C.1.2

Describa y explique las reacciones que se producen en el horno alto.

C.1.3

Describa y explique la conversión del hierro en acero utilizando el convertidor básico de oxígeno.

C.1.4

Describa las aleaciones como mezclas homogéneas de metales o como mezclas de un metal y un no metal.

C.1.5

Explique cómo la aleación puede modificar las propiedades de los metales.

C.1.6

Describa los efectos del tratamiento térmico del acero.

C.1.7

Describa las propiedades y usos del hierro y del acero.

C.1.8

Describa y explique la producción de aluminio por electrólisis de alúmina disuelta en criolita fundida.

Notas para el profesor

Deben incluirse los efectos de revenido, recocido y apagado.

Incluya el uso de la criolita como solvente debido a la temperatura de fusión muy elevada del Al2O3 y el tipo de materiales de la cuba y la elección de electrodos.

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Enunciado de evaluación

Obj.

C1.9

Describa las principales propiedades y usos del aluminio y de sus aleaciones.

C.1.10

Discuta el impacto medioambiental de la producción de hierro y aluminio.

Notas para el profesor

Objetivo general 8

La industria del petróleo

2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

C.2.1

Compare la utilización del petróleo como fuente de energía y como materia prima química.

C.2.2

Compare el craqueo catalítico, el craqueo térmico y el craqueo al vapor.

Notas para el profesor

Objetivo general 8: los alumnos deben incluir el impacto medioambiental de los procesos y de sus productos.

Polímeros de adición

2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

Describa y explique cómo se relacionan las propiedades de los polímeros con sus características estructurales.

C.3.2

Describa las formas de modificar las propiedades de un polímero de adición.

Ejemplos: plastificantes en el poli(cloruro de vinilo) e hidrocarburos volátiles en la formación de poliestireno expandido.

C.3.3

Discuta las ventajas y desventajas de la utilización de polímeros.

Incluya la resistencia, densidad, aislamiento, falta de reactividad, uso de recursos naturales, desechabilidad y biodegradabilidad. Utilice los plásticos de polietileno (de alta y baja densidad), de poliestireno y de poli(cloruro de vinilo) como ejemplos.

C.3.1

Los alumnos deben considerar: • la distinta cantidad de ramificaciones en el polietileno de alta y baja densidad. • la distinta posición de los grupos metilo en el polipropileno isotáctico y el atáctico.

Catalizadores

1 ½ horas Enunciado de evaluación C.4.1

100

Compare los modos de acción de los catalizadores homogéneos y los heterogéneos.

Obj. 3

Notas para el profesor Relacione los modos de acción de los catalizadores con su capacidad de adoptar diversos estados de oxidación (metales de transición), su forma y la disponibilidad de sus sitios activos.

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Enunciado de evaluación C.4.2

Resuma las ventajas y desventajas de los catalizadores homogéneos y heterogéneos.

Obj. 2

Notas para el profesor Las ventajas incluyen: • catalizadores homogéneos: todo el catalizador queda expuesto a los reactivos • catalizadores heterogéneos: se separan fácilmente de los productos por filtración. Las desventajas incluyen: • catalizadores homogéneos: pueden ser difíciles de separar de los productos para su reutilización • catalizadores heterogéneos: sólo son eficaces en superficie.

C.4.3

Discuta los factores que influyen en la elección de un catalizador para un proceso.

Cabe mencionar los factores siguientes: • selectividad (produce sólo el producto deseado) • eficiencia • capacidad de actuar en condiciones suaves o agresivas • impacto medioambiental • problemas ocasionados por el envenenamiento de los catalizadores por impurezas.

Pilas de combustible y pilas (baterías) recargables

2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

C.5.1

Describa cómo funciona una pila de combustible hidrógeno–oxígeno.

Incluya las semiecuaciones pertinentes tanto en electrólitos ácidos como alcalinos.

C.5.2

Describa el funcionamiento de las pilas (baterías) recargables.

Incluya las semiecuaciones que sean necesarias.

Discuta la similitudes y diferencias entre las pilas de combustible y las pilas (baterías) recargables.

C.5.3

Objetivo general 8: deben incluirse como ejemplos la batería de almacenamiento plomo– ácido, la pila de níquel–cadmio (NiCad) y la pila de ion litio.

101

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Cristales líquidos

2 horas Enunciado de evaluación C.6.1

Describa el significado del término cristales líquidos.

Obj. 2

Notas para el profesor Los cristales líquidos son fluidos que tienen propiedades físicas (eléctricas, ópticas y de elasticidad) que dependen de la orientación de las moléculas con respecto a algún eje fijo del material. Deben incluirse como ejemplos el grafito, la celulosa, la solución que segregan las arañas para formar la seda y el ADN. Los alumnos deben saber que los materiales que forman cristales líquidos pueden no estar siempre en fase de cristal líquido.

C.6.2

Distinga entre cristales líquidos termotrópicos y liotrópicos.

Los materiales de cristales líquidos termotrópicos son sustancias puras que se comportan como cristales líquidos en un intervalo de temperaturas entre los estados sólido y líquido. Son ejemplos comunes los bifenilnitrilos. Los cristales líquidos liotrópicos son soluciones que se comportan como cristales líquidos a determinadas concentraciones. Debe incluirse entre los ejemplos el agua jabonosa.

C.6.3

Describa el estado de cristal líquido desde el punto de vista de la ordenación de las moléculas y explique su comportamiento termotrópico.

Sólo se evaluará la fase nemática. Las moléculas con forma de varilla se distribuyen al azar pero, en promedio, apuntan en una misma dirección. El aumento de la agitación por efecto de la temperatura desbarata este orden direccional y el orden se pierde del todo en la fase líquida normal.

C.6.4

Resuma los principios en los que se basa la pantalla de cristal líquido.

Objetivo general 8: sólo se pide un tratamiento simplificado. La capacidad de transmisión de la luz de las moléculas del cristal líquido depende de su orientación. La orientación de las moléculas polares se puede controlar mediante la aplicación de una pequeña tensión eléctrica en una película delgada del material. De este modo, puede controlarse qué zonas de la pantalla aparecen claras u oscuras. Las pantallas de cristal líquido se utilizan en relojes digitales, calculadoras y computadores portátiles, por su bajo consumo de energía eléctrica.

C.6.5

Discuta las propiedades que debe tener una sustancia para que se utilice en pantallas de cristal líquido.

Las propiedades incluyen: • estabilidad química • existencia de una fase de cristal líquido estable en un intervalo de temperaturas adecuado • carácter polar, para poder modificar su orientación mediante la aplicación de un campo eléctrico • velocidad de transformación alta.

102

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Nanotecnología

2 horas Enunciado de evaluación C.7.1

Defina el término nanotecnología.

Obj. 1

Notas para el profesor La nanotecnología debe definirse como sigue: “La nanotecnología consiste en la investigación y el desarrollo de tecnología en el intervalo de 1 nm a 100 nm. La nanotecnología crea y utiliza estructuras con propiedades nuevas asociadas a su pequeño tamaño. La nanotecnología fomenta la capacidad de controlar o manipular objetos a escala atómica.” (Traducción de una cita de Booker, R.; Boysen, E. Nanotechnology for dummies. Indianápolis, Indiana: Wiley Publishing Inc., 2005. p 10.) TdC: el microscopio túnel de barrido nos ha permitido “ver” átomos individuales. ¿La tecnología dificulta la distinción entre simulación y realidad?

C.7.2

Distinga entre técnicas físicas y químicas de manipulación de átomos para formar moléculas.

Las técnicas físicas permiten la manipulación y posicionamiento de átomos para satisfacer requisitos específicos. Las técnicas químicas sitúan átomos en moléculas mediante reacciones químicas.

C.7.3

Describa la estructura y las propiedades de los nanotubos de carbono.

Sólo se pide un tratamiento sencillo. El cilindro principal está compuesto únicamente por hexágonos de carbono, siendo preciso usar pentágonos para cerrar los extremos de la estructura. Pueden formarse tubos de pared única o de paredes múltiples, formados por nanotubos concéntricos. Los haces de estos tubos tienen una gran resistencia a la tracción. Debe hacerse una comparación con el grafito, que es blando y maleable. El nanotubo presenta el mismo tipo de enlaces covalentes resistentes a lo largo de su longitud. Dado que el comportamiento de los electrones depende de la longitud del tubo, algunos tipos son conductores y otros son semiconductores. Este efecto es típico de la escala nanométrica (cuántica), y deben destacarse las diferencias entre las propiedades del material en masa y las que dependen del tamaño en la escala nanométrica.

103

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Enunciado de evaluación C.7.4

Obj.

Discuta algunas de las repercusiones de la nanotecnología.

Notas para el profesor Objetivo general 8: pueden incluirse las cuestiones siguientes: • posibles aplicaciones • preocupaciones relativas a la salud • dificultad de establecer normas sobre toxicidad, porque las propiedades dependen del tamaño de partícula • efectos desconocidos sobre la salud, porque los materiales nuevos plantean nuevos riesgos para la salud • preocupación por la capacidad del sistema inmunitario humano para defenderse de partículas con tamaño nanométrico • responsabilidades de las industrias • cuestiones políticas, como la necesidad de educación pública, para fomentar un debate informado y la participación de la población en los debates políticos. TdC: ¿quién debe decidir si se emprenden determinadas vías de investigación? ¿Quién debe determinar las prioridades en la financiación de la investigación?

C8 Polímeros de condensación 1 hora Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

C.8.1

Distinga entre polímeros de adición y de condensación, en función de sus estructuras.

C.8.2

Describa cómo se forman los polímeros de condensación a partir de sus monómeros.

Deben incluirse como ejemplos las resinas de fenol-formaldehído, el poliuretano y el poli(tereftalato de etileno) (PET).

C.8.3

Describa y explique cómo se relacionan las propiedades de los polímeros con sus características estructurales.

Deben incluirse como ejemplos el Kevlar y la formación de enlaces entrecruzados en las resinas de fenol-formaldehído.

C.8.4

Describa cómo modificar las propiedades de un polímero.

Deben incluirse los ejemplos siguientes: • aire en la fabricación de espumas de poliuretano • impurificación (dopado) de polímeros como el poliacetileno con I2 para aumentar su conductividad • mezcla de fibras de poliéster para hacerlas más teñibles y más cómodas.

C.8.5

Discuta las ventajas y desventajas de la utilización de polímeros.

Considere la resistencia, densidad, aislamiento, falta de reactividad, utilización de recursos naturales, desechabilidad y biodegradabilidad. Deben incluirse como ejemplos el PET, las espumas de poliuretano y las resinas de fenol– formaldehído.

104

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

C9 Mecanismos en la industria química orgánica 1 hora Enunciado de evaluación

Obj.

C.9.1

Describa el mecanismo de radicales libres utilizado en la fabricación de polietileno de baja densidad.

C.9.2

Resuma la utilización de catalizadores de Ziegler–Natta en la fabricación de polietileno de alta densidad.

Notas para el profesor

No se evaluará el mecanismo iónico.

C10 Silicio y células fotovoltaicas 1 hora Enunciado de evaluación

Obj.

C.10.1

Describa la impurificación (dopado) del silicio para producir semiconductores tipo p y semiconductores tipo n.

C.10.2

Describa la interacción de la luz solar con los semiconductores.

Notas para el profesor En los semiconductores tipo p, se crean huecos electrónicos en el cristal introduciendo una pequeña proporción de un elemento del grupo 3. En los semiconductores tipo n, se aportan electrones extra mediante la inclusión de un elemento del grupo 5.

C11 Cristales líquidos 2 horas Enunciado de evaluación C.11.1

Identifique moléculas que probablemente tengan propiedades de cristal líquido, y explique su comportamiento de cristal líquido a nivel molecular.

Obj. 3

Notas para el profesor Sólo se evaluarán los bifenilnitrilos. El grupo nitrilo proporciona polaridad a las moléculas, lo que garantiza que las fuerzas intermoleculares sean lo bastante fuertes como para que queden alineadas en una dirección común. Los grupos bifenilo confieren a las moléculas mayor rigidez y forma de varilla. La larga cadena de alcano impide que las moléculas puedan acercarse demasiado unas a otras, de modo que se mantenga el estado de cristal líquido.

105

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Enunciado de evaluación C.11.2

Describa y explique, a nivel molecular, el funcionamiento de un cristal líquido nemático retorcido.

Obj. 3

Notas para el profesor Cada píxel contiene un cristal líquido emparedado entre dos placas de vidrio. Las placas presentan estrías perpendiculares entre sí. Las moléculas que están en contacto con el vidrio se alinean con las estrías; las moléculas adoptan una disposición retorcida entre las placas debido a los enlaces intermoleculares. Las moléculas hacen rotar la luz polarizada en un plano, de modo que al pasar por la película de cristal líquido rota 90°. Cuando los polarizadores se alinean con las estrías, la luz pasa a través de la película y el píxel aparece iluminado. Al aplicar una tensión eléctrica a través de la película, las moléculas polares se alinean con el campo eléctrico y desaparece la disposición retorcida; la luz polarizada en un plano no rota y el píxel aparece oscuro.

C.11.3

Describa las propiedades de cristal líquido del Kevlar y explique su resistencia y su solubilidad en ácido sulfúrico concentrado.

El Kevlar es un cristal líquido liotrópico. Sus moléculas con forma de varilla son rígidas debido a su estructura de anillos de benceno enlazados. El alineamiento de las moléculas depende de la concentración de la solución. Las cadenas de Kevlar están unidas por puentes de hidrógeno intermoleculares fuertes, por lo que su estructura es muy ordenada y resistente. Estos puentes de hidrógeno pueden romperse con ácido sulfúrico concentrado, debido al aporte de protones a los átomos de O y N. Objetivo general 7: pueden utilizarse para este fin modelos moleculares.

C12 La industria de los cloroálcalis 2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

C.12.1

Discuta la fabricación de cloro y de hidróxido de sodio por electrólisis de cloruro de sodio.

C.12.2

Resuma algunos usos importantes de los productos de este proceso.

C.12.3

Discuta el impacto ambiental de los procesos utilizados para la electrólisis del cloruro de sodio.

106

Notas para el profesor Incluya las siguientes celdas electrolíticas de cloroálcalis: de mercurio, de diafragma y de membrana.

Objetivo general 8: incluya motivos por los que la celda de membrana está sustituyendo tanto a la de cátodo de mercurio como a la de diafragma, y explique las reservas que plantea el uso de solventes que contienen cloro, debido a su efecto sobre la capa de ozono.

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Opción D: Medicinas y drogas (15/22 horas) El propósito de esta opción es que los alumnos comprendan los efectos que pueden producir las medicinas y las drogas en el funcionamiento del organismo. Deben ser capaces de reconocer y diferenciar las estructuras fundamentales y los grupos funcionales característicos de algunos tipos de medicinas y drogas (como las enumeradas en esta opción o en el tema 10). No se requiere la memorización de fórmulas complejas. A lo largo de la opción, debe destacarse la contribución, pasada y presente, de la ciencia al mantenimiento y la mejora de la salud y al bienestar de la población mundial. Las discusiones del objetivo general 8 son un componente central de esta opción.

Los temas D1–D7 son troncales en el NM y el NS (15 horas). Los temas D8–D10 son de ampliación sólo en el NS (7 horas).

Productos farmacéuticos

2 horas Enunciado de evaluación D.1.1

Enumere los efectos de las medicinas y las drogas sobre el funcionamiento del organismo.

Obj. 1

Notas para el profesor En términos generales, una medicina o droga es cualquier producto químico que produce uno o más de los siguientes efectos: • altera el estado fisiológico, incluidos la consciencia, el nivel de actividad o la coordinación • altera la percepción de estímulos sensoriales • altera el ánimo o las emociones. Debe destacarse la importancia de los procesos curativos naturales del organismo humano y el efecto placebo.

D.1.2

Resuma las etapas comprendidas en la investigación, desarrollo y comprobación de nuevos productos farmacéuticos.

Un ejemplo de que las cosas pueden salir mal es el caso de la Talidomida. No se evaluará el uso de la química combinatoria. No se evaluará una discusión de técnicas específicas. TdC: ¿se debe responsabilizar moralmente a los científicos cuando los medicamentos producen efectos adversos?

D.1.3

Describa los distintos métodos de administración de medicamentos.

D.1.4

Discuta los términos margen terapéutico, tolerancia y efectos secundarios.

Deben incluirse los métodos siguientes: oral, parenteral (por inyección), por inhalación y rectal. Las inyecciones pueden ser intravenosas, intramusculares o subcutáneas.

107

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Antiácidos

1 hora Enunciado de evaluación D.2.1

Indique y explique la utilización de distintas bases para combatir el exceso de acidez en el estómago.

Obj. 3

Notas para el profesor Los ejemplos deben incluir compuestos de aluminio y magnesio e hidrogenocarbonato de sodio. Los alumnos deben ser capaces de escribir ecuaciones de reacciones de neutralización y deben saber que los antiácidos se combinan generalmente con alginatos (los cuales producen una capa neutralizante que impide que el ácido del estómago alcance el esófago y provoque ardor), y con agentes antiespumantes (como la dimeticona).

Analgésicos

3 horas Enunciado de evaluación D.3.1

Describa y explique las distintas formas de actuar de los analgésicos.

Obj. 3

Notas para el profesor El modo de acción de los analgésicos suaves consiste en interceptar el estímulo doloroso en el origen, generalmente interfiriendo en la formación de sustancias (por ejemplo, prostaglandinas) que causan dolor, inflamación o fiebre. Los analgésicos fuertes actúan uniéndose temporalmente a los lugares del cerebro que son receptores del dolor, impidiendo la transmisión de los impulsos dolorosos sin deprimir el sistema nervioso central. TdC: podría relacionarse una discusión acerca de la percepción del dolor con la discusión más general acerca de la percepción como forma de conocimiento en TdC.

D.3.2

Describa la utilización de los derivados del ácido salicílico como analgésicos suaves, y compare las ventajas y desventajas de la utilización de aspirina y paracetamol (acetaminofeno).

Se ha demostrado que la aspirina es útil para prevenir la repetición de infartos de miocardio y accidentes cerebrovasculares. Las desventajas de la aspirina incluyen la formación de úlceras y hemorragias estomacales, las reacciones alérgicas y el síndrome de Reye en los niños (una enfermedad, potencialmente mortal, que afecta al hígado y al cerebro). El paracetamol es muy seguro si se administra en dosis correctas, aunque excepcionalmente puede causar hemopatías y dañar el riñón. La sobredosis puede producir graves daños al hígado, al cerebro e incluso causar la muerte.

D.3.3

Compare las estructuras de la morfina, la codeína y la diamorfina (heroína, un opiáceo semisintético).

Destaque la modificación del grupo funcional de la estructura de la morfina que da lugar a la diamorfina (heroína), una droga semisintética.

D.3.4

Discuta las ventajas y desventajas de la utilización de morfina y sus derivados como analgésicos fuertes.

Incluya los efectos sociales y fisiológicos de su consumo a corto y largo plazo.

108

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Depresores

3 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

D.4.1

Describa los efectos de los depresores.

Administrados en dosis bajas, los depresores pueden causar poco o ningún efecto. En dosis moderadas el compuesto puede tener efecto sedante (relajante, reductor de la ansiedad). En dosis más altas puede inducir sueño. En dosis extremadamente altas puede ocasionar la muerte. Los depresores se denominan con frecuencia antidepresivos porque alivian la depresión.

D.4.2

Discuta los efectos sociales y fisiológicos del uso y abuso del etanol.

Incluya los efectos en la familia, el costo social y los efectos sobre la salud a corto y largo plazo.

D.4.3

Describa y explique las técnicas utilizadas para la detección de etanol en el aliento, en sangre y en orina.

Incluya el uso del dicromato(VI) de potasio en el alcoholímetro, los análisis de sangre y orina por cromatografía, y la absorción de radiación infrarroja o uso de una pila de combustible en el intoxímetro.

D.4.4

Describa los efectos potenciadores del etanol con otros medicamentos o drogas.

Deben incluirse como ejemplos el aumento del riesgo de hemorragia estomacal cuando se consume con aspirina y el aumento del riesgo de sedación fuerte con cualquier medicamento o droga que produzca un efecto sedante sobre el sistema nervioso central.

D.4.5

Identifique otros depresores que se utilicen comúnmente y describa sus estructuras.

Sólo se evaluará la mención de los usos del diazepam (Valium®), nitrazepam (Mogadon®) y clorhidrato de fluoxetina (Prozac®).

Estimulantes

2 ½ horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

D.5.1

Enumere los efectos fisiológicos de los estimulantes.

D.5.2

Compare las anfetaminas con la adrenalina (epinefrina).

Las anfetaminas y la epinefrina (adrenalina) son químicamente semejantes puesto que ambas derivan de la estructura de la feniletilamina. Las anfetaminas mimetizan los efectos de la epinefrina (adrenalina) y se conocen como drogas simpaticomiméticas.

D.5.3

Discuta los efectos del consumo de nicotina a corto y largo plazo.

Los efectos a corto plazo incluyen el aumento de la frecuencia cardíaca y la presión arterial y la reducción de la excreción de orina, así como efectos estimulantes. Los efectos a largo plazo incluyen el aumento del riesgo de cardiopatías, trombosis coronaria y úlceras pépticas. Incluya también las propiedades adictivas de la nicotina y los demás riesgos asociados con fumar tabaco.

109

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Enunciado de evaluación D.5.4

Describa los efectos de la cafeína y compare su estructura con la de la nicotina.

Obj. 3

Notas para el profesor La cafeína es un estimulante respiratorio. Cuando se consume en cantidades elevadas puede provocar ansiedad, irritabilidad y falta de sueño. Es un diurético débil. La cafeína y la nicotina contienen un grupo amino terciario.

Antibacterianos

2 horas Enunciado de evaluación D.6.1

Resuma el desarrollo histórico de las penicilinas.

Obj. 2

Notas para el profesor Incluya el descubrimiento por Fleming y el desarrollo posterior por Florey y Chain. TdC: ¿en qué medida influye la serendipia en los descubrimientos científicos?

D.6.2

Explique cómo actúan las penicilinas y discuta los efectos de la modificación de la cadena lateral.

Las penicilinas actúan por interferencia con los productos químicos que las bacterias necesitan para formar paredes celulares normales. La modificación de la cadena lateral produce penicilinas más resistentes a la enzima penicilinasa.

D.6.3

Discuta y explique la importancia de que el paciente cumpla el tratamiento y el efecto de la prescripción excesiva de penicilina.

Objetivo general 8: para que los medicamentos antituberculosos sean eficaces (con frecuencia se administran varios medicamentos combinados), es necesario que se cumpla estrictamente el régimen de tratamiento recomendado. El uso de penicilinas en la alimentación de animales contribuye también al problema de la resistencia.

Antivíricos

1 ½ horas Enunciado de evaluación

Obj.

D.7.1

Indique las diferencias entre virus y bacterias.

D.7.2

Describa las distintas formas de acción de los medicamentos antivíricos.

110

Notas para el profesor

Los medicamentos antivíricos pueden actuar alterando el material genético celular para evitar que el virus lo utilice para reproducirse. También pueden evitar que los virus se multipliquen bloqueando la actividad enzimática de la célula huésped.

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Enunciado de evaluación D.7.3

Discuta las dificultades asociadas con la resolución del problema del sida.

Obj. 3

Notas para el profesor Dimensión internacional: las proteínas específicas del VIH se unen a una proteína receptora en ciertos glóbulos blancos (células T). Debido a la capacidad mutante de los VIH y a que su metabolismo está vinculado estrechamente con el de la célula, es muy difícil aplicar un tratamiento eficaz con medicamentos antivíricos o desarrollar una vacuna eficaz. Las dificultades que plantea el control y tratamiento del VIH se ven exacerbadas por el alto precio de los agentes antirretrovíricos y por cuestiones socioculturales.

D8 Modo de acción de los medicamentos 2 ½ horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

D.8.1

Describa la importancia de la isomería geométrica en el modo de acción de los medicamentos.

Los alumnos deben saber que los complejos inorgánicos también pueden presentar isomería cis-trans y que dos isómeros diferentes pueden tener distintos efectos farmacológicos. Debe incluirse como ejemplo el medicamento anticancerígeno cisplatino.

D.8.2

Discuta la importancia de la quiralidad en la acción de las drogas.

Los dos enantiómeros presentes en una mezcla racémica de un medicamento pueden tener efectos muy diferentes; es el caso, por ejemplo, de la Talidomida. Un enantiómero de la Talidomida alivia las náuseas del embarazo, mientras que el otro produce deformidades en las extremidades del feto.

D.8.3

Explique la importancia del efecto de la penicilina sobre el anillo betalactámico.

La alta reactividad del grupo amido de la estructura en anillo de cuatro componentes se debe a la tensión existente en dicha estructura. El anillo se abre de modo que la penicilina se une mediante enlace covalente a la enzima que sintetiza las paredes celulares bacterianas, bloqueando así su actividad.

D.8.4

Explique por qué la diamorfina (heroína) es más potente que la morfina.

Los grupos hidroxilo polares de la morfina son sustituidos por grupos éster no polares, lo que facilita el transporte de la diamorfina al medio no polar del sistema nervioso central.

D9 Diseño de medicamentos 2 ½ horas Enunciado de evaluación D.9.1

Discuta el uso de una quimioteca en el diseño de medicamentos.

Obj. 3

Notas para el profesor Tradicionalmente, se sintetiza, uno por uno, un gran número de compuestos relacionados y se evalúan sus propiedades biológicas. Este método lleva mucho tiempo y es caro.

111

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

D.9.2

Explique la utilización de la química combinatoria y en paralelo para sintetizar nuevos medicamentos.

La química combinatoria se utiliza para sintetizar un gran número de compuestos diferentes y analizar su actividad biológica, generando una “quimioteca combinatoria”. También puede utilizarse la síntesis en paralelo, que produce quimiotecas más pequeñas y más específicas. Los alumnos deben conocer la importancia de la química en fase sólida.

D.9.3

Describa el uso de computadores en el diseño de medicamentos.

Es posible generar in silico modelos tridimensionales de medicamentos y pueden utilizarse programas informáticos de generación de modelos de moléculas para el desarrollo y evaluación virtuales de nuevos medicamentos.

D.9.4

Discuta cómo puede modificarse la polaridad de una molécula para aumentar su solubilidad en agua y cómo facilita esto su distribución en el organismo.

Los alumnos deben conocer la capacidad de los grupos ácidos (ácidos carboxílicos) y básicos (aminas) de formar sales iónicas, por ejemplo, aspirina y clorhidrato de fluoxetina (Prozac®) solubles.

D.9.5

Describa la utilización de auxiliares quirales para formar el enantiómero deseado.

Un auxiliar quiral se utiliza para convertir una molécula no quiral en el enantiómero deseado, evitando de esta forma la necesidad de separar los enantiómeros de una mezcla racémica. Actúa uniéndose a la molécula no quiral para crear las condiciones estereoquímicas necesarias para obligar a la reacción a seguir cierto camino. Una vez que la nueva molécula se ha formado, el auxiliar puede eliminarse (es reciclado) para liberar el enantiómero deseado. Un ejemplo es la síntesis del Taxol, un medicamento anticancerígeno.

D10 Sustancias psicotrópicas 2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

D.10.1

Describa los efectos de la dietilamida del ácido lisérgico (LSD), la mescalina, la psilocibina y el tetrahidrocannabinol (THC).

D.10.2

Discuta las semejanzas y diferencias estructurales entre el LSD, la mescalina y la psilocibina.

Los alumnos deben conocer las semejanzas de las tres drogas y compararlas con el anillo indol.

D.10.3

Discuta los argumentos a favor y en contra de la legalización del cannabis.

Objetivo general 8: los argumentos a favor de la legalización incluyen la capacidad del cannabis de aliviar los síntomas de ciertas enfermedades. Los argumentos en contra de la legalización incluyen los posibles efectos perjudiciales y la posibilidad de que los consumidores de cannabis caigan en el consumo de drogas más duras.

112

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Opción E: Química ambiental (15/22 horas) Las actividades humanas hacen un uso intensivo de recursos limitados provenientes del aire, el agua y el suelo. Muchas de estas actividades producen residuos que se acumulan en el medio ambiente y lo contaminan, con cada vez más repercusiones locales y globales. Es esencial una comprensión de dicho impacto más allá del estudio de la química. Esta opción ofrece numerosas oportunidades para discutir cuestiones relativas al objetivo general 8 y a la dimensión internacional.

Los temas E1–E8 son troncales en el NM y el NS (15 horas). Los temas E9–E12 son de ampliación sólo en el NS (7 horas).

Contaminación atmosférica

2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

E.1.1

Describa las fuentes principales de monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx), óxidos de azufre (SOx), partículas y compuestos orgánicos volátiles (COV) en la atmósfera.

Incluya las fuentes naturales y las antropógenas. Se deben utilizar ecuaciones en caso pertinente.

E.1.2

Evalúe los métodos actuales para reducir la contaminación del aire.

Los ejemplos incluirán: • CO: convertidores catalíticos • NOx: convertidores catalíticos, control de la proporción combustible/aire • SOx: absorción alcalina, extracción en lecho fluidizado con piedra caliza • partículas: precipitación electrostática • COV: convertidores catalíticos.

Depósitos ácidos

1 ½ horas Enunciado de evaluación

Obj.

E.2.1

Indique qué se entiende por el término depósitos ácidos y resuma sus orígenes.

E.2.2

Discuta los efectos medioambientales de los depósitos ácidos y los posibles métodos para contrarrestarlos.

Notas para el profesor El término depósitos ácidos se refiere al proceso por el cual partículas, precipitaciones y gases ácidos abandonan la atmósfera. Se evaluarán tanto los depósitos húmedos (lluvia, niebla y nieve ácidas) como los depósitos secos (gases y partículas ácidos). La lluvia es ácida por naturaleza, debido a que contiene CO2 disuelto, pero el pH de la lluvia ácida es menor de 5,6. La causa de esta acidez son los óxidos de azufre y de nitrógeno. Se evaluarán las ecuaciones de la combustión de azufre y nitrógeno, y de la formación de H2SO4, HNO2 y HNO3.

113

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

El efecto invernadero

1 ½ horas Enunciado de evaluación E.3.1

Describa el efecto invernadero.

Obj. 2

Notas para el profesor Los gases que causan el efecto invernadero permiten la entrada de radiación solar de longitud de onda corta, pero absorben la radiación de la Tierra, de mayor longitud de onda. Parte de la radiación absorbida se irradia de nuevo a la Tierra. TdC: algunas personas ponen en cuestión el cambio climático, así como los motivos de los científicos que han “exagerado” el problema. ¿Cómo pueden evaluarse la información científica obtenida y los modelos utilizados para predecir los efectos sobre las actividades humanas?

E.3.2

Enumere los principales gases de efecto invernadero, sus fuentes y discuta sus efectos relativos.

Deben tenerse en cuenta los gases de efecto invernadero siguientes: CH4, H2O, CO2, N2O y clorofluorocarburos (CFC). Sus efectos dependen de su abundancia y de su capacidad de absorber la radiación de calor.

E.3.3

Discuta la influencia sobre la atmósfera de la creciente acumulación de gases de efecto invernadero.

Los ejemplos incluirán: expansión térmica de los océanos, fusión de los casquetes polares, inundaciones, sequías, cambios en las precipitaciones y las temperaturas, cambios en los rendimientos y la distribución de los cultivos comerciales, y cambios en la distribución de plagas y de organismos portadores de enfermedades.

Disminución de la capa de ozono

1 ½ horas Enunciado de evaluación E.4.1

Describa los procesos naturales de formación y descomposición del ozono en la estratosfera.

Obj. 2

Notas para el profesor Formación: luz UV O2 −−−−→ 2O•

O2 + O• −−−−→ O 3 Descomposición: luz UV O3 −−−−→ O 2 + O•

O3 + O• −−−−→ 2O 2 E.4.2

Enumere los contaminantes que descomponen el ozono y sus fuentes.

Se incluyen como ejemplos los clorofluorocarburos (CFC) y los óxidos de nitrógeno (NOx).

E.4.3

Discuta las alternativas a los CFC mencionando sus propiedades.

Las alternativas incluyen hidrocarburos, fluorocarburos e hidrofluorocarburos (HFC). Incluya la toxicidad, la inflamabilidad, la relativa debilidad del enlace C−Cl y la capacidad de absorber radiación infrarroja.

114

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Oxígeno disuelto en el agua

1 ½ horas Enunciado de evaluación

Obj.

E.5.1

Resuma el concepto de demanda bioquímica de oxígeno (DBO) como medida de la presencia en el agua de desechos que consumen oxígeno.

E.5.2

Distinga entre descomposición aeróbica y anaeróbica de la materia orgánica presente en el agua.

E.5.3

Describa el proceso de la eutrofización y sus efectos.

E.5.4

Describa la fuente y los efectos de la contaminación térmica del agua.

Notas para el profesor

Utilice las ecuaciones rédox pertinentes.

Tratamiento de aguas

2 ½ horas Enunciado de evaluación E.6.1

Enumere los contaminantes primarios presentes en las aguas residuales e identifique sus fuentes.

Obj. 2

Notas para el profesor Se incluyen los ejemplos siguientes: metales pesados, plaguicidas, dioxinas, bifenilos policlorados (PCB), materia orgánica, nitratos y fosfatos. Objetivo general 7: pueden utilizarse bancos de datos y hojas de cálculo.

E.6.2

Resuma las etapas primaria, secundaria y terciaria del tratamiento de aguas residuales, e indique la sustancia que se elimina en cada etapa.

En el tratamiento primario se debe estudiar la filtración y la sedimentación. En el tratamiento secundario, mencione la utilización de oxígeno y bacterias (por ejemplo, el proceso con lodos activos). Incluya la eliminación de metales pesados, fosfatos y nitratos por procesos químicos o biológicos.

E.6.3

Evalúe el proceso de obtención de agua dulce a partir de agua de mar mediante destilación múltiple y ósmosis inversa.

115

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Suelo

2 ½ horas Enunciado de evaluación E.7.1

Discuta la salinización, el agotamiento de nutrientes y la contaminación como causas de la degradación del suelo.

Obj. 3

Notas para el profesor Salinización: es el resultado del riego continuado del suelo. Las aguas de riego contienen sales disueltas que permanecen en el suelo tras la evaporación del agua. En suelos con drenaje deficiente las sales no son arrastradas por el agua y comienzan a acumularse en la capa superior del suelo. Las plantas no pueden crecer en suelos demasiado salinos. Agotamiento de nutrientes: la agricultura perturba el ciclo normal de los nutrientes en la cadena trófica del suelo, puesto que en la recolección se retiran todos los nutrientes y minerales que los cultivos han absorbido del suelo durante su crecimiento. Las prácticas dirigidas a paliar el agotamiento de nutrientes pueden contribuir a empeorar la contaminación ambiental. Contaminación: es la consecuencia del uso de productos químicos como plaguicidas y fertilizantes. Estos productos pueden perturbar la cadena trófica del suelo, reducir su diversidad biológica y, en último término, estropearlo. Los productos químicos también pueden ser arrastrados por el agua hasta alcanzar las aguas superficiales y filtrarse a través del suelo hasta contaminar las aguas subterráneas.

E.7.2

Describa la importancia de la materia orgánica del suelo (MOS) para evitar la degradación del suelo, y resuma sus funciones físicas y biológicas.

El término materia orgánica del suelo (MOS) se utiliza generalmente para referirse a los componentes orgánicos del suelo, incluidos los tejidos no descompuestos de plantas y animales, los productos de su descomposición parcial y la biomasa del suelo. Incluye: • materiales orgánicos identificables de alta masa molecular (por ejemplo, polisacáridos y proteínas) • sustancias más sencillas (por ejemplo, azúcares, aminoácidos y otras moléculas pequeñas) • sustancias húmicas. Las funciones de la MOS se pueden clasificar en dos grupos generales. • Biológicas: proporciona nutrientes (P, N, S) y, por tanto, mejora la resistencia del sistema suelo–planta. • Físicas: mejora la estabilidad estructural, influye en las propiedades de retención de agua y altera las propiedades térmicas del suelo.

116

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Enunciado de evaluación E.7.3

Enumere los contaminantes orgánicos comunes del suelo y sus fuentes.

Obj. 1

Notas para el profesor Deben incluirse los ejemplos siguientes: hidrocarburos derivados del petróleo, productos químicos agrícolas, compuestos orgánicos volátiles (COV), solventes, hidrocarburos poliaromáticos (HPA), bifenilos policlorados (PCB), compuestos organoestánnicos y compuestos orgánicos semivolátiles (COSV). Objetivo general 7: pueden utilizarse para este fin bancos de datos y hojas de cálculo.

Residuos

2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

E.8.1

Resuma y compare los diversos métodos de evacuación de residuos.

E.8.2

Describa el reciclado de productos de metal, vidrio, plástico y papel, y resuma sus ventajas.

E.8.3

Describa las características y fuentes de los diferentes tipos de residuos radiactivos.

E.8.4

Compare los métodos de almacenamiento y evacuación de los diferentes tipos de residuos radiactivos.

Notas para el profesor Cite como ejemplos los vertederos y la incineración.

Incluya tanto los residuos radiactivos de baja intensidad como los de alta intensidad.

E9 Disminución de la capa de ozono 1 hora Enunciado de evaluación E.9.1

Explique cómo la disociación del O2 y O3 depende de la longitud de onda de la luz.

Obj. 3

Notas para el profesor λ = 242 nm

O2 −−→ 2O• λ = 330 nm

O3 −−→ O2 + O• La energía necesaria se debe relacionar con los enlaces en el O2 y en el O3.

117

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Enunciado de evaluación E.9.2

Describa el mecanismo de la descomposición catalítica del O3 por acción de los CFC y los NOx.

Obj. 2

Notas para el profesor Por ejemplo:

CCI2F2 −−→ CCIF2 + CI• CI• + O3 −−→ ClO• + O2 CIO• + O• −−→ O2 + CI• y

NO + O3 −−→ NO2 + O2 NO2 + O• −−→ NO + O2 El efecto neto es:

O3 + O• −−→ 2O2 E.9.3

Resuma las razones que justifican la mayor descomposición del ozono en las regiones polares.

Considere la variación estacional de temperatura en la alta atmósfera. Haga referencia a la catálisis superficial sobre las partículas de hielo.

E10 Niebla contaminante (smog) 2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

E.10.1

Indique la fuente de los contaminantes primarios y las condiciones necesarias para la formación de smog fotoquímico.

Deben discutirse los COV y NOx, la inversión térmica, la ausencia de viento y la ubicación de ciudades en depresiones geográficas.

E.10.2

Resuma la formación de contaminantes secundarios en el smog fotoquímico.

Se incluyen como ejemplos el NO2, el O3, los aldehídos y los peroxiacetilnitratos (PAN). Debe destacarse la función de los radicales libres y la luz solar. Objetivo general 7: pueden utilizarse bancos de datos y técnicas basadas en sistemas de información geográfica (SIG) tridimensionales y tetradimensionales.

118

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

E11 Depósitos ácidos 1 hora Enunciado de evaluación E.11.1

Describa el mecanismo del depósito de ácidos en el que intervienen los óxidos de nitrógeno y óxidos de azufre.

Obj. 2

Notas para el profesor Formación de radicales hidroxilo:

H2O + O3 −−→ 2HO• + O2 o bien

H2O + O• −−→ 2HO• HO• + NO2 −−→ HNO3 HO• + NO −−→ HNO2 HO• + SO2 −−→ HOSO2 • HOSO2 •+ O2 −−→ HO2 •+ SO3

(SO3 + H2O −−→H2SO4 ) E.11.2

Explique la función que desempeña el amoníaco en el depósito de ácidos.

En la atmósfera, el amoníaco neutraliza en gran medida los ácidos formados, transformándolos en sales amónicas. Las sales amónicas poco ácidas, (NH4)2SO4 y NH4NO3, formadas en la atmósfera penetran en el suelo o son arrastradas de la atmósfera por la lluvia. Al depositarse el NH4+ y penetrar en el suelo, pueden producirse procesos de nitrificación y acidificación:

NH+4 + 2O2 −−→2H+ + NO3− + H2O

E12 Agua y suelo 3 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

Resuelva problemas relativos a la eliminación de iones de metales pesados, fosfatos y nitratos del agua mediante precipitación química.

E.12.2

Indique lo que significa el término capacidad de intercambio catiónico (CIC) y resuma su importancia.

Se llama capacidad de intercambio catiónico a la cantidad de cationes intercambiables presentes en una arcilla. Incluya las ecuaciones pertinentes.

E.12.3

Discuta los efectos del pH del suelo sobre la capacidad de intercambio catiónico y la disponibilidad de nutrientes.

Considere los siguientes ejemplos de nutrientes: Ca, Mg, Fe, Al, P, N, S, Cu y Zn. Utilice las ecuaciones pertinentes.

E.12.1

Sea el equilibrio formado por un metal M y un no metal X: + �� MX ( s )� � � M ( aq ) + X ( aq )

La Keq de este sistema responde a la fórmula Ksp = [M+][X−] y se conoce como producto de solubilidad. Los alumnos deben ser capaces de resolver problemas relativos a este tipo de equilibrio, en los que se incluye el efecto del ion común.

119

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Enunciado de evaluación E.12.4

Describa las funciones químicas de la materia orgánica del suelo (MOS).

Obj. 2

Notas para el profesor Incluya las siguientes: • contribuye a la capacidad de intercambio catiónico • mejora la capacidad del suelo de amortiguar los cambios del pH • se une a compuestos orgánicos e inorgánicos del suelo • reduce los efectos perjudiciales para el medio ambiente de los plaguicidas, los metales pesados y otros contaminantes, uniéndose a los mismos • forma complejos estables con cationes.

Opción F: Química de los alimentos (15/22 horas) La química de los alimentos estudia la composición y las propiedades de los alimentos, los cambios químicos que sufren durante su manipulación, transporte y almacenamiento, y los principios en los que se basa la mejora de los alimentos. La finalidad de esta opción es dar a conocer a los alumnos la química de moléculas importantes de los alimentos y la contribución de la química (en el pasado y en el presente) al mantenimiento y mejora de la calidad y el costo de los alimentos, así como a proporcionar alimentos suficientes e seguros. Los alumnos deben ser capaces de reconocer y distinguir algunas estructuras importantes y grupos funcionales de interés. No es necesario memorizar fórmulas complejas, ya que el Cuadernillo de datos de Química incluye estructuras y ejemplos de algunas moléculas de los alimentos. Se sugiere que los profesores adopten un método de enseñanza contextual y que fomenten el interés por cuestiones de relevancia local y global.

Los temas F1–F6 son troncales en el NM y el NS (15 horas). Los temas F7–F10 son de ampliación sólo en el NS (7 horas).

Grupos de alimentos

2 horas Enunciado de evaluación F.1.1

Distinga entre alimento y nutriente.

Obj. 2

Notas para el profesor Alimento: “toda sustancia, elaborada, semielaborada o bruta, que se destina al consumo humano, incluyendo las bebidas, el chicle y cualesquiera otras sustancias que se utilicen en la fabricación, preparación o tratamiento de los alimentos, pero no incluye los cosméticos, el tabaco ni las sustancias utilizadas solamente como medicamentos.” (Definición del Codex Alimentarius (FAO/OMS), 2005) Nutriente: cualquier sustancia obtenida a partir de los alimentos y que el organismo utiliza para proporcionar energía, regular el crecimiento, o mantener y reparar los tejidos del organismo. Se consideran nutrientes las proteínas, los lípidos, los hidratos de carbono, las vitaminas, los minerales y el agua.

120

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Enunciado de evaluación F.1.2

Describa la composición química de los lípidos (grasas y aceites), los hidratos de carbono y las proteínas.

Obj. 2

Notas para el profesor Las grasas y aceites son triésteres (triglicéridos) formados por tres moléculas de ácidos grasos (ácidos carboxílicos) de cadena larga y una molécula de glicerina. Los hidratos de carbono más sencillos son los monosacáridos. Contienen un grupo carbonilo (C=O) y al menos dos grupos hidroxilo (–OH), y su fórmula empírica es CH2O. Los monosacáridos son las unidades estructurales de los disacáridos y los polisacáridos. Las proteínas están formadas por 2-aminoácidos.

Grasas y aceites

3 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

F.2.1

Describa la diferencia estructural entre los ácidos grasos saturados e insaturados (monoinsaturados y poliinsaturados).

La mayoría de las grasas naturales contienen una mezcla de ácidos grasos saturados, monoinsaturados y poliinsaturados, y se clasifican en función del tipo predominante de insaturación que presentan.

F.2.2

Prediga el grado de cristalización (solidificación) y el punto de fusión de grasas y aceites a partir de su estructura, y explique la importancia de esta propiedad en el hogar y en la industria.

Las grasas sólidas suelen ser más propensas a cristalizar, más saturadas y con ácidos grasos de cadena más larga. Los lípidos monoinsaturados (aceites de oliva, de colza y de cacahuete) y los poliinsaturados (de cártamo, de girasol, de maíz, de pescado, linoleico y linolénico) son líquidos, y los lípidos saturados (aceites de palma y de coco, manteca, mantequilla, grasa de repostería) son sólidos a temperatura ambiente. El punto de fusión de los ácidos grasos se incrementa al aumentar su masa molecular relativa y al aumentar su grado de saturación. La elección de grasas y aceites para cocinar se realiza basándose en su punto de fusión. Por ejemplo, la manteca de cacao funde a una temperatura cercana a la temperatura corporal, y las grasas utilizadas en repostería funden en un intervalo amplio de temperaturas. Los ácidos grasos cis (cuyos átomos de hidrógeno están al mismo lado del doble enlace carbono– carbono) tienen menor punto de fusión que los ácidos grasos trans (cuyos átomos de hidrógeno están en lados opuestos del doble enlace carbono–carbono).

F.2.3

Deduzca la estabilidad de grasas y aceites a partir de su estructura.

Las grasas saturadas son más estables que las insaturadas. Los enlaces dobles carbono– carbono de las grasas insaturadas reaccionan con oxígeno (autooxidación), hidrógeno (hidrogenación), luz (fotooxidación) y con enzimas, en presencia de calor y agua (hidrólisis). Objetivo general 7: pueden utilizarse para este fin bancos de datos y hojas de cálculo.

121

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

F.2.4

Describa el proceso de hidrogenación de grasas insaturadas.

La adición de hidrógeno al doble enlace carbono–carbono de un ácido graso en presencia de calor (140–225 °C), presión y un catalizador metálico (Zn, Cu, Ni) en partículas muy pequeñas aumenta su grado de saturación; la hidrogenación puede ser parcial o completa.

F.2.5

Discuta las ventajas y desventajas de la hidrogenación de grasas y aceites.

Ventajas: • transforma un aceite líquido en una sustancia semisólida o sólida, acercando el punto de fusión de una grasa insaturada al de una grasa saturada • reduce la velocidad de oxidación (la estabilidad se incrementa al aumentar la saturación) • aumenta la dureza • controla la textura y la plasticidad (consistencia). Desventajas: • las grasas monoinsaturadas y poliinsaturadas son más cardiosaludables que las saturadas • en la hidrogenación parcial pueden formarse ácidos grasos trans • los ácidos grasos trans son difíciles de metabolizar, se acumulan en el tejido graso, son difíciles de excretar del organismo, aumentan los niveles de colesterol LDL (malo) y son una fuente de energía de baja calidad.

Tiempo de conservación

4 horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

F.3.1

Explique el significado del término tiempo de conservación.

El tiempo de conservación de un alimento termina cuando deja de tener la calidad esperada, que desean los consumidores, por haber sufrido cambios de sabor, olor, textura o apariencia (color, masa) o por haber sido contaminado por microorganismos.

F.3.2

Discuta los factores que afectan al tiempo de conservación y la calidad de los alimentos.

Los factores químicos que disminuyen el tiempo de conservación incluyen: • contenido de humedad: pérdida de nutrientes, pardeamiento y enranciamiento; la vulnerabilidad al deterioro microbiológico de los alimentos secos se incrementa al aumentar su contenido de humedad • cambios químicos, por ejemplo, del pH: sabores no deseables, cambios de color, pardeamiento y pérdida de nutrientes • luz: enranciamiento, pérdida de vitaminas y pérdida de intensidad de los colores naturales • temperatura: varía la velocidad a la que se producen otras formas de deterioro • contacto con el aire.

122

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

F.3.3

Describa la rancidez de las grasas.

La rancidez es la percepción en los lípidos de características organolépticas que percibimos como no deseables por su olor, sabor, textura o apariencia desagradables.

F.3.4

Compare los procesos de enranciamiento hidrolítico y oxidativo en los lípidos.

Enranciamiento hidrolítico: la descomposición de un lípido en sus componentes: ácidos grasos y glicerina. Se desarrolla más rápidamente en presencia de enzimas (lipasas), calor y humedad. En la fritura por inmersión, la presencia de agua en el alimento y las temperaturas altas aumentan la velocidad de la hidrólisis. Ejemplos de ácidos grasos de sabor no deseable: • los ácidos butanoico, hexanoico y octanoico en la leche rancia • los ácidos palmítico, esteárico y oleico (confieren un sabor aceitoso o graso al chocolate) • el ácido láurico confiere en los sucedáneos de manteca de cacao un sabor jabonoso a los aceites de palma y de coco • el ácido butanoico en la mantequilla. Enranciamiento oxidativo: oxidación de las cadenas de ácidos grasos, típicamente por la adición de oxígeno al doble enlace carbono– carbono de ácidos grasos insaturados. Los pescados grasos (como el arenque y la caballa) contienen una proporción alta de ácidos grasos insaturados y son propensos al enranciamiento oxidativo. El proceso puede ser catalizado por la luz (fotooxidación) y enzimas. No se evaluarán los pormenores de la reacción en cadena de los radicales libres.

123

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Enunciado de evaluación F.3.5

Describa formas de minimizar la velocidad de enranciamiento y prolongar el tiempo de conservación de los alimentos.

Obj. 2

Notas para el profesor Procesamiento; se incluyen los ejemplos siguientes: • limitar la hidrólisis por lipasas almacenando los productos lácteos a temperaturas bajas (refrigeración) • reducir la exposición a la luz durante el almacenamiento o almacenar en vidrio de color • mantener un contenido de humedad bajo durante el procesamiento (añadir sal o azúcar, ahumar). Envasado; se incluyen los ejemplos siguientes: • uso de un gas inerte, que cubre los alimentos y reduce al mínimo su contacto con el oxígeno • uso de envases con cierre hermético o de películas de envasado con permeabilidad baja a los gases • reducir al mínimo la cantidad de aire presente en el espacio que hay por encima del aceite y de las conservas. Incorporación de aditivos; se incluyen los ejemplos siguientes: • sulfito de sodio, hidrogenosulfito de sodio y ácido cítrico para retrasar el comienzo del pardeamiento no enzimático • nitrito y nitrato de sodio y de potasio para curar carnes, fijar colores e inhibir microorganismos • benzoato de sodio y ácido benzoico como agentes antimicrobianos en zumos de frutas, bebidas carbonatadas, encurtidos y sauerkraut (col fermentada) • ácido sórbico, ácido propanoico, propanoato de calcio y de sodio para retrasar el crecimiento de mohos y bacterias en panes y quesos • ácido etanoico y ácido benzoico para retrasar el crecimiento de mohos y bacterias en productos encurtidos de carne y pescado, así como para aportar sabor.

F.3.6

Describa los métodos tradicionales utilizados por diferentes culturas para ampliar el tiempo de conservación de alimentos.

Objetivo general 8: algunos ejemplos son fermentación, elaboración de conservas, encurtido, salado, secado y ahumado.

F.3.7

Defina el término antioxidante.

Una sustancia que retrasa el comienzo de la oxidación o reduce su velocidad. Se utiliza para ampliar el tiempo de conservación de los alimentos.

124

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Enunciado de evaluación F.3.8

Enumere ejemplos de antioxidantes naturales y sus fuentes.

Obj. 1

Notas para el profesor Son antioxidantes naturales: • la vitamina C (ácido ascórbico), presente en cítricos, pimientos verdes, brócoli, verduras de hoja verde, fresas, coles crudas y patatas • la vitamina E, presente en germen de trigo, frutos secos, semillas, cereales integrales, verduras de hoja verde, aceites vegetales, como el de colza, y soja (los antioxidantes presentes en la vitamina E se llaman tocoferoles) • β-caroteno, presente en zanahorias, calabacines, brócoli, batatas, tomates, repollo, melón cantalupo, melocotones y albaricoques • selenio, presente en pescados, mariscos, carnes rojas, huevos, cereales, pollo y ajo.

F.3.9

Compare las características estructurales de los principales antioxidantes sintéticos de los alimentos.

Ejemplos: 2- y 3-terc-butil-4-hidroxianisol (BHA), 3,5-di-terc-butil-4-hidroxitolueno (BHT), galato de propilo (PG), 2,4,5-trihidroxibutirofenona (THBP) y terc-butilhidroquinona (TBHQ).

F.3.10

Discuta las ventajas y desventajas asociadas con los antioxidantes naturales y sintéticos.

Ventajas: • Las vitaminas naturales C y E y los carotenoides reducen el riesgo de cáncer y de cardiopatías inhibiendo la formación de radicales libres. • La vitamina C es vital para la producción de hormonas y colágeno. • El β-caroteno puede utilizarse como aditivo en la margarina para proporcionar color (amarillo) y como precursor de la vitamina A. Desventajas: • Los consumidores consideran los antioxidantes sintéticos menos seguros porque no se encuentran de forma natural en los alimentos. • Los antioxidantes naturales pueden aportar color y mal sabor a los alimentos, y su eficacia en la reducción de la velocidad de enranciamiento puede ser menor que la de los antioxidantes sintéticos. • Los antioxidantes sintéticos son aditivos alimentarios y su uso debe estar regulado por políticas y leyes para garantizar que su uso en los alimentos es seguro. • Las políticas relativas al etiquetado y uso seguro de los aditivos alimentarios pueden ser difíciles de aplicar y vigilar, sobre todo en los países en desarrollo y a nivel internacional.

F.3.11

Enumere algunos antioxidantes presentes en los alimentos tradicionales de diferentes culturas que pueden tener ventajas para la salud.

Ejemplos: té verde, cúrcuma, orégano, arándanos (azules y rojos) y chocolate negro. Todos ellos se han relacionado con la disminución de los niveles de colesterol LDL (malo) y de azúcares en sangre, la disminución de la presión arterial alta y la prevención del desarrollo de células cancerosas.

125

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Color

3 horas Enunciado de evaluación F.4.1

Distinga entre colorante y pigmento.

Obj. 2

Notas para el profesor Los colorantes son sustancias sintéticas hidrosolubles con color aptas para uso alimentario. Los pigmentos son sustancias naturales con color presentes en las células de plantas y animales.

F.4.2

Explique por qué tienen color los pigmentos naturales.

El color de los alimentos se debe a su capacidad de reflejar y absorber distintas longitudes de onda de luz visible.

F.4.3

Describa la gama de colores y las fuentes de los siguientes pigmentos naturales: antocianinas, carotenoides, clorofila y hemo.

Antocianinas: • Son los pigmentos más abundantes en las plantas. • Son responsables de los colores rosa, rojo, morado y azul de frutas y verduras como los arándanos (rojos y azules), las fresas y las frambuesas. Carotenoides: • Son los pigmentos más abundantes en la naturaleza. • Una gran mayoría son producidos por algas. • Son precursores de la vitamina A. • Presentan colores de la gama del amarillo, el naranja y el rojo. Están presentes en plátanos, zanahorias, tomates, sandías, pimientos rojos y amarillos y azafrán. • La astaxantina, de color rojo, cuando está presente en forma de complejo con proteínas proporciona el color azul o verde característico de bogavantes y cangrejos y el color rosa del salmón. Clorofila: los principales pigmentos de las plantas verdes, responsables de la captación de la energía de la luz. Hemo: el pigmento rojo presente en los glóbulos rojos y en el tejido muscular. El color rojo amoratado de la carne se debe a la mioglobina.

126

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Enunciado de evaluación F.4.4

Describa los factores que afectan a la estabilidad del color de las antocianinas, carotenoides, clorofila y hemo.

Obj. 2

Notas para el profesor Deben incluirse los factores siguientes: oxidación, cambio de temperatura, cambio de pH y presencia de iones metálicos. Los alumnos deben analizar espectros de absorción que demuestren estos efectos. Antocianinas: en solución acuosa, se produce un equilibrio entre las cuatro formas estructurales diferentes que depende del pH y de la temperatura. Su estabilidad e intensidad de color son mayores a pH y temperatura bajos. + �� (A) � � � ( AH ) � � �

quinoide (azul)

flavilio (rojo)

(B)

�� (C)

base carbinol (incolora)

chalcona (incolora)

Forman complejos de coordinación de color intenso con iones Fe3+ y Al3+, que pueden provenir de los envases metálicos a los que puede estar expuesta la fruta en conserva; esto provoca la decoloración de este tipo de productos. Se vuelven menos estables cuando se exponen al calor, perdiendo intensidad de color y adquiriendo color pardo. Carotenoides: la presencia de múltiples enlaces dobles carbono–carbono insaturados hace que los carotenoides sean susceptibles a la oxidación catalizada por la luz, metales e hidroperóxidos. La oxidación ocasiona decoloración, pérdida de actividad de vitamina A y olores no deseados. Son estables hasta 50 °C y en el intervalo de pH de 2 a 7 y, por consiguiente, la mayoría de las formas de procesamiento no los degrada. El calentamiento transforma el isómero trans natural en el isómero cis. Clorofila: su reacción al calentarla depende del pH. La clorofila es estable en una solución básica (pH 9) y es inestable en una solución ácida (pH 3). La membrana celular de las plantas se deteriora al calentarla, liberando ácidos que reducen el pH. Este efecto hace que el átomo de magnesio sea desplazado por dos iones de hidrógeno, formándose el complejo feofitina, de color pardo-oliváceo. Esta degradación celular que se produce durante el calentamiento también aumenta la susceptibilidad de la clorofila a la fotodegradación.

127

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor Hemo: durante la oxidación, el oxígeno se une a la mioglobina (Mb), de color rojo amoratado, y a la oximioglobina (MbO2), de color rojo. En la Mb y la MbO2 el hierro del grupo hemo está en estado de Fe2+. La Mb y la MbO2 pueden oxidarse, mediante autooxidación, pasando el hierro del grupo hemo de Fe2+ a Fe3+. En el estado de Fe3+ se llama metamioglobina (MMb) y tiene un color rojo pardo indeseable. Se produce fácilmente interconversión entre las tres formas.

(MbO )

2 oximioglobina 2+ rojo, Fe

(

)

��

(Mb )

��

mioglobina rojo amoratado, Fe2+

(

)

(MMb ) metamioglobina rojo pardo, Fe3+

(

)

La estabilidad del color y la velocidad de formación de la MMb parda por autooxidación pueden reducirse al mínimo almacenando la carne en ausencia de oxígeno mediante películas de envasado de baja permeabilidad a los gases. Se saca el aire del envase y se inyecta un gas de conservación (100% CO2). F.4.5

128

Discuta los problemas de inocuidad asociados al uso de colorantes sintéticos en los alimentos.

Los tipos de colorantes cuyo uso está permitido varían mucho de unos países a otros. Dada la creciente importancia del comercio internacional, la elaboración de leyes sobre colorantes es ahora una cuestión de interés internacional.

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Enunciado de evaluación F.4.6

Compare los dos procesos que ocasionan el pardeamiento de los alimentos: el pardeamiento no enzimático (reacción de Maillard) y la caramelización.

Obj. 3

Notas para el profesor En la comparación deben incluirse la composición química de los alimentos afectados, los factores que aumentan la velocidad del pardeamiento, productos y ejemplos. Reacción de Maillard: composición química de los alimentos afectados, reacción de condensación entre un grupo amino de un aminoácido o proteína y un azúcar reductor (glucosa o lactosa). La presencia del aminoácido lisina produce la mayor intensidad de pardeamiento y la de la cisteína la menor. Los alimentos que contienen lisina, por ejemplo la leche, sufren pardeamiento con facilidad. Los ejemplos incluirán: • calentamiento de azúcar y nata para hacer toffees, caramelos y dulce de leche • chocolate con leche. Se incluyen los siguientes efectos: • colores deseables e indeseables (el color característico pardo dorado es deseable) • transformación del olor y el sabor (aroma a caramelo). Caramelización: composición química de los alimentos afectados, alimentos con elevado contenido de hidratos de carbono, sobre todo sacarosa y azúcares reductores, sin compuestos nitrogenados. Factores que aumentan la velocidad de la reacción son la catálisis a pH básico (superior a 9) o ácido (inferior a 3) y la temperatura superior a 120°C, que se alcanza durante el horneado y tostado de alimentos con un contenido alto de azúcares. Ejemplo: pardeamiento de la superficie de huevos horneados. Se incluyen los siguientes efectos: • aromas volátiles a caramelo • productos de caramelo color pardo.

129

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Alimentos modificados genéticamente

1 hora Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

F.5.1

Defina el término alimento modificado genéticamente (AMG).

Un alimento modificado genéticamente es un alimento derivado o producido a partir de un organismo modificado genéticamente. El alimento puede ser sustancialmente diferente o esencialmente igual que el alimento convencional en composición, propiedades nutritivas, sabor, olor, textura y características funcionales.

F.5.2

Discuta los beneficios del uso de AMG y las preocupaciones que generan.

Objetivo general 8: las ventajas potenciales son las siguientes. • Cultivos: mejor sabor y calidad, menor tiempo de maduración, mayor contenido de nutrientes y rendimiento, mayor resistencia a enfermedades, plagas y herbicidas, enriquecimiento del arroz con vitamina A. • Animales: mayor resistencia, productividad y eficiencia de conversión de los alimentos, mayores rendimientos de leche y huevos, mejor salud de los animales. • Medio ambiente: herbicidas e insecticidas ecológicos, de bajo impacto ambiental, conservación del suelo, el agua y la energía, mejora de la gestión de los residuos naturales. Las preocupaciones potenciales son las siguientes: • asociación con una mayor incidencia de alergias (en las personas que intervienen en su procesamiento) • riesgo de modificar la composición de un régimen alimenticio equilibrado por la alteración de la calidad nutricional natural de los alimentos. TdC: los AMG plantean cuestiones de conflictos de conceptos y valores. Examine los hechos, las estadísticas, las imágenes y el lenguaje utilizados en el debate sobre su uso. ¿La ciencia está, o debe estar, al margen de los valores? ¿Qué repercusiones tiene su respuesta para la reglamentación de la ciencia? ¿Quién debe decidir si se emprenden determinadas vías de investigación? ¿Quién debe determinar las prioridades en el financiamiento de la investigación?

130

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Textura

2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

F.6.1

Describa un sistema disperso (dispersión) en alimentos.

F.6.2

Distinga entre los siguientes tipos de sistemas dispersos: suspensiones, emulsiones y espumas en alimentos.

F.6.3

Describa la acción de los emulsionantes.

Notas para el profesor Un sistema disperso es una mezcla cinéticamente estable de una fase en otra fase que es, en gran medida, inmiscible con la primera.

Emulsionantes: • ayudan a formar emulsiones y espumas • actúan como interfaz (superficie) entre las fases líquida, sólida y gaseosa del sistema disperso. • son solubles en grasas y en agua. Para elaborar una emulsión, se necesita aceite, agua, un emulsionante y energía mecánica (batido o mezclado). Los estabilizantes impiden la separación de las fases de las emulsiones y espumas.

F7 Enranciamiento oxidativo (autooxidación) 1 hora Enunciado de evaluación F.7.1

Describa las etapas del mecanismo de radicales libres que se produce durante el enranciamiento oxidativo.

Obj. 2

Notas para el profesor Los intermediarios clave son los hidroperóxidos (ROOH), que se degradan a aldehídos y cetonas volátiles con fuertes aromas indeseables. Sufren una oxidación y descomposición adicionales generando aún más radicales libres. 1. Iniciación: formación de radicales libres. La Ea de la formación de los primeros radicales libres es alta y la descomposición de los ROOH necesita catalizadores metálicos o exposición a la luz.

RH −−→ R• + H• RH es cualquier ácido graso insaturado que pueda perder un hidrógeno para formar radicales libres. 2. Propagación: reacción en cadena de los radicales libres. En estas reacciones, los radicales libres actúan como propagadores.

R• +O2 −−→ ROO• ROO• + RH −−→ R• + ROOH 3. Terminación: los radicales libres se combinan para formar productos que no son radicales libres.

R• + R• −−→ RR R• + ROO• −−→ ROOR ROO• + ROO• −−→ ROOR + O2

131

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

F8 Antioxidantes 1 hora Enunciado de evaluación F.8.1

Explique las diferencias entre los tres tipos principales de antioxidantes.

Obj. 3

Notas para el profesor 1. Los antioxidantes (AH) inhiben la formación de radicales libres en la etapa de iniciación de la autooxidación o interrumpen la propagación (reacción en cadena) de los radicales libres. Los secuestradores de radicales libres forman radicales libres estables y menos reactivos:

ROO• + AH −−→ ROOH + A• Ejemplos: BHA, BHT, TBHQ y tocoferoles. 2. Los agentes quelantes reducen la concentración de iones metálicos libres en solución. Ejemplos: sales del EDTA y extractos de plantas (romero, té, mostaza en polvo). 3. Agentes reductores (donantes de electrones) y agentes que eliminan el oxígeno o reducen su concentración. Ejemplos: ácido ascórbico (vitamina C) y carotenoides.

F9 Estereoquímica de los alimentos 2 horas Enunciado de evaluación F.9.1

Explique las tres convenciones diferentes utilizadas para nombrar los diferentes tipos de enantiómeros.

Obj. 3

Notas para el profesor El sistema D y L se utiliza comúnmente para los hidratos de carbono y los aminoácidos, mientras que la notación R y S se utiliza comúnmente para otros estereoisómeros. Ambos se refieren a las distintas configuraciones espaciales de los enantiómeros. La molécula de gliceraldehído se toma como referencia para los isómeros D y L, y la regla “CORN” se utiliza para los aminoácidos. La notación +(d) y –(l) identifica los estereoisómeros en función de la dirección en la que hacen girar el plano de polarización de la luz. Esta propiedad no se corresponde con la configuración D, L o R, S.

132

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Enunciado de evaluación F.9.2

Distinga entre las propiedades de los diferentes enantiómeros de estereoisómeros de los alimentos.

Obj. 2

Notas para el profesor Los diferentes enantiómeros tienen diferentes sabores, olores y toxicidades. Pueden utilizarse para determinar la autenticidad del alimento y su grado de procesamiento. Por ejemplo, la +(d)-carvona tiene sabor a semillas de alcaravea y a eneldo, mientras que la -(l)-carvona sabe a hierbabuena. La mayoría de los aminoácidos naturales son de la forma L. Los aminoácidos D tienen sabor dulce; los aminoácidos L son insípidos. La mayoría de los azúcares naturales son de la forma D y son dulces. Por ejemplo: • el +(d)-limoneno tiene aroma a naranjas, mientras que el -(l)-limoneno huele a limones • el aroma a frambuesa natural se debe a la R-alfa-ionona; los aromas de frambuesa sintéticos contienen tanto el isómero R como el S; otros alimentos sintéticos contienen a menudo una mezcla racémica de ambos enantiómeros.

133

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

F10 Estructura química y color 3 horas Enunciado de evaluación F.10.1

Compare las similitudes y las diferencias en las estructuras de los pigmentos naturales: antocianinas, carotenoides, clorofila y hemo.

Obj. 3

Notas para el profesor Antocianinas: contienen la estructura flavonoide característica C6C3C6 con enlaces dobles conjugados. Se diferencian en el número de grupos hidroxilo, metoxi (o ambos) presentes, en los tipos, números y lugares de unión de azúcares a la molécula, y en los tipos y números de ácidos alifáticos o aromáticos unidos a los azúcares en la molécula. Ejemplo: quercetina. Carotenoides: la mayoría son derivados de un polieno de 40 átomos de carbono, que puede tener grupos terminales cíclicos y puede tener además grupos funcionales oxigenados. Los hidrocarburos carotenoides se conocen como carotenos y los derivados oxigenados como xantofilas. Ejemplos: α- y β-caroteno, vitamina A. El hemo y la clorofila contienen una unidad plana heterocílica llamada porfina, cuya estructura contiene un sistema cíclico de enlaces dobles conjugados. Las porfinas con sustituyentes en las posiciones 1 a 8 se llaman porfirinas. Clorofila: es un complejo magnesio y porfirina en el que el doble enlace original entre las posiciones 7 y 8 está saturado y contiene un grupo R en el C3. Existe en dos formas, la clorofila a y la b, que se diferencian en el grupo sustituyente R. En la clorofila a, R es un grupo CH3 y en la clorofila b, R es un grupo CHO. Hemo: la mioglobina es el pigmento principal del tejido muscular y la hemoglobina es el pigmento presente en la sangre. La mioglobina es un complejo de globina (una proteína) y hemo (un anillo de porfirina que contiene un átomo de hierro central).

F.10.2

Explique por qué los compuestos de las antocianinas, los carotenoides, la clorofila y el hemo tienen color mientras que otras moléculas orgánicas son incoloras.

Se debe incluir la naturaleza de los cromóforos, los efectos de los enlaces dobles conjugados y las absorciones características. Los alumnos deben comprender la relación entre la longitud de onda de la energía absorbida y el color del alimento.

F.10.3

Deduzca si las antocianinas y los carotenoides son hidrosolubles o liposolubles a tenor de sus estructuras.

Las antocianinas son hidrosolubles y los carotenoides son liposolubles.

134

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Opción G: Química orgánica avanzada (15/22 horas) TdC: podría discutirse la relación entre un mecanismo de reacción y los datos experimentales que lo justifican. Véase 16.2.2.

Los temas G1–G8 son troncales en el NM y el NS (15 horas). Los temas G9–G11 son de ampliación sólo en el NS (7 horas).

Reacciones de adición electrófila

3 horas Enunciado de evaluación

Obj.

G.1.1

Describa y explique los mecanismos de adición electrófila de las reacciones de los alquenos con halógenos y haluros de hidrógeno.

G.1.2

Prediga y explique la formación del producto principal desde el punto de vista de las estabilidades relativas de los carbocationes.

Notas para el profesor Incluya la aplicación de la regla de Markovnikov para predecir el producto principal en las reacciones de alquenos asimétricos con reactivos asimétricos.

Reacciones de adición nucleófila

2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

G.2.1

Describa, con ecuaciones, la adición de cianuro de hidrógeno a los aldehídos y las cetonas.

G.2.2

Describa y explique el mecanismo de la adición de cianuro de hidrógeno a los aldehídos y las cetonas.

G.2.3

Describa, con ecuaciones, la hidrólisis de las cianhidrinas para formar ácidos carboxílicos.

Notas para el profesor

Reacciones de eliminación

1 hora Enunciado de evaluación

Obj.

G.3.1

Describa, con ecuaciones, las reacciones de deshidratación de los alcoholes con ácido fosfórico para formar alquenos.

G.3.2

Describa y explique el mecanismo de la eliminación de agua de los alcoholes.

Notas para el profesor

Represente el catalizador ácido mediante H+.

135

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Reacciones de adición–eliminación

1 hora Enunciado de evaluación G.4.1

Describa, con ecuaciones, las reacciones de la 2,4‑dinitrofenilhidracina con los aldehídos y cetonas.

Obj. 2

Notas para el profesor No se evaluarán los mecanismos.

Arenos

2 ½ horas Enunciado de evaluación G.5.1

Describa y explique la estructura del benceno utilizando pruebas físicas y químicas.

Obj. 3

Notas para el profesor TdC: véase 14.3.1. Como pruebas físicas, incluya una comparición de las longitudes de los enlaces carbono– carbono en los alcanos, los alquenos y el benceno, y el número de isómeros estructurales de fórmula C6H4X2. Como pruebas químicas, incluya una comparación de las entalpías de hidrogenación del benceno, el ciclohexeno, el 1,3‑ciclohexadieno y el 1,3,5‑ciclohexatrieno, así como la tendencia del benceno a sufrir reacciones de sustitución con preferencia a las de adición.

G.5.2

Describa y explique las velocidades relativas de hidrólisis de los compuestos halogenados del benceno en el anillo y en la cadena lateral.

Sólo se evaluarán las reacciones con el ion OH–.

Química organometálica

2 ½ horas Enunciado de evaluación

Obj.

Notas para el profesor

G.6.1

Resuma la formación de reactivos de Grignard.

Incluya la reacción de los haluros de alquilo con magnesio metálico.

G.6.2

Describa, con ecuaciones, las reacciones de los reactivos de Grignard con agua, dióxido de carbono, aldehídos y cetonas.

Destaque la formación de moléculas orgánicas con mayor número de átomos de carbono.

136

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Rutas de reacción

1 hora Enunciado de evaluación G.7.1

Deduzca rutas de reacción, dados los materiales de partida y el producto.

Obj. 3

Notas para el profesor No se evaluarán conversiones con más de dos etapas. Deben incluirse los reactivos, las condiciones y las ecuaciones.

Reacciones ácido–base

2 horas Enunciado de evaluación

Obj.

G.8.1

Describa y explique las propiedades ácidas del fenol y los fenoles sustituidos en función de sus enlaces.

G.8.2

Describa y explique las propiedades ácidas de los ácidos carboxílicos sustituidos en función de sus enlaces.

G.8.3

Compare y explique la basicidad relativa del amoníaco y las aminas.

Notas para el profesor Incluya una comparación de la acidez de los alcoholes, el fenol y el 2,4,6‑trinitrofenol.

Incluya aminas primarias, secundarias y terciarias. Incluya la formación de sales a partir de aminas y la liberación de aminas de las sales con hidróxido de sodio.

137

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

En los esquemas siguientes se resumen los tipos de compuestos y de reacciones correspondientes a esta opción en el NM. M

alqueno

dihaluro de alquilo

M M

haluro de alquilo

1˚ alcohol

2° alcohol

Reactivo de Grignard

ácido carboxílico

aldehído o cetona

alcano

3˚ alcohol

cianhidrina

ácido hidroxicarboxílico

M = mecanismo requerido

2,4-dinitrofenilhidrazona

G9 Reacciones de adición–eliminación 2 horas Enunciado de evaluación G.9.1

G.9.2

138

Obj.

Describa, con ecuaciones, las reacciones de anhídridos de ácidos con nucleófilos para formar ácidos carboxílicos, ésteres, amidas y amidas sustituidas.

Describa, con ecuaciones, las reacciones de cloruros de acilo con nucleófilos para formar ácidos carboxílicos, ésteres, amidas y amidas sustituidas.

Notas para el profesor Incluya los nucleófilos siguientes: agua, alcoholes, amoníaco y aminas. La aspirina y el paracetamol pueden elaborarse mediante reacciones de este tipo. Incluya los nucleófilos siguientes: agua, alcoholes, amoníaco y aminas.

Descripción detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

Enunciado de evaluación G.9.3

Explique las reacciones de los cloruros de acilo con nucleófilos por medio de un mecanismo de adición– eliminación.

Obj.

Notas para el profesor

G10 Reacciones de sustitución electrófila 4 horas Enunciado de evaluación G.10.1

Obj.

Describa, con ecuaciones, la nitración, cloración, alquilación y acilación del benceno.

G.10.2

Describa y explique los mecanismos de nitración, cloración, alquilación y acilación del benceno.

G.10.3

Describa, con ecuaciones, la nitración, cloración, alquilación y acilación del metilbenceno.

G.10.4

Describa y explique los efectos orientadores y las velocidades de reacción relativas de los distintos sustituyentes del anillo bencénico.

Notas para el profesor para el anillo de benceno, así Incluya el uso de como fórmulas como C6H5NO2. No se evaluará en este epígrafe la introducción de más de un grupo en el anillo de benceno. Incluya la formación de NO2+ por medio de la reacción entre ácidos nítrico y sulfúrico concentrados, y la formación de Cl+, R+ y RCO+ por medio de reacciones en las que interviene cloruro de aluminio como catalizador portador de halógenos.

Incluya los sustituyentes –CH3, –OH y –NO2. Incluya los términos activador y desactivador. Sólo se evaluará la introducción de un grupo adicional, excepto en la formación del 2,4,6triclorofenol. Los efectos orientadores pueden explicarse desde el punto de vista de la distribución de cargas de los intermediarios. El ligero aumento de la reactividad debido a la presencia de –CH3 puede explicarse en función de su naturaleza de dador de electrones. El gran aumento de la reactividad debido a la presencia de –OH puede explicarse en función de su cesión parcial de un par de electrones no enlazado. La disminución de la reactividad debida a la presencia de –NO2 puede explicarse en función de su naturaleza de captador de electrones y a la ausencia de un par de electrones no enlazado.

G11 Rutas de reacción 1 hora Enunciado de evaluación G.11.1

Deduzca rutas de reacción, dados los materiales de partida y el producto.

Obj. 3

Notas para el profesor No se evaluarán conversiones con más de dos etapas. Deben incluirse los reactivos, las condiciones y las ecuaciones.

139

Descripci贸n detallada del programa de estudios: opciones del NM y del NS

En el esquema siguiente se resumen los tipos de compuestos y de reacciones correspondientes a esta opci贸n en el NS. nitrobenceno M benceno

clorobenceno

nitroderivados

metilbenceno

cloroderivados

alquilderivados

acilderivados

M acilbenceno

M = mecanismo requerido

140

漏 Organizaci贸n del Bachillerato Internacional, 2007

Química

Requisitos matemáticos

Todos los alumnos de Química del Programa del Diploma deberán ser capaces de: •

realizar las operaciones aritméticas básicas: suma, resta, multiplicación y división

•

realizar cálculos con medias, decimales, fracciones, porcentajes, proporciones, aproximaciones y recíprocas

•

utilizar la notación científica (por ejemplo, 3,6 × 106)

•

utilizar la proporción directa e inversa

•

resolver ecuaciones algebraicas sencillas

•

dibujar y trazar gráficas (utilizando escalas y ejes adecuados)

•

interpretar gráficas, incluyendo el significado de pendientes, variación de pendientes, intersecciones con los ejes y áreas

•

interpretar datos presentados en diversas formas (por ejemplo, gráficas de barras, histogramas y gráficas circulares).

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