INVESTICACION
Y
EXPERIENCIAS DIDACTICAS
PRIMERAS JORNADAS
DE
INVESTIGACION DIDACTICA DE
-
LA
FISICA
Y
LA QUIMICA
EN
EL BACHILLERATO
PERSISTENCIA DE ERRORES CONCEPTUALES
e
EN
EL
ESTUDIO DEL EQUILIBRIO QUIMICO
CARLOS
J.
FURiO MAS
ELENA ORTIZ
(I.C.E. de la Uni e sidad de Valencia)
SUMMARY
This pape exposes he exis ence o ce ain concep ual e o s in he s udy o chemical equilib ium, lack o di e-
en ia ion be ween ull chemical eac ion and equilib ium compa imen a ion o equilib ium,
...
and, in pa icu-
e
la , he s ong pe sis ance o he e o o mass-concen a ion o subs ances. Fo i , examples we e aken om
wo di e en g oups: P e-Uni e si y cou se s uden s and eache s s uden s.
l.
INTRODUCCION
(I,
El in e és del es udio de los e o es concep uales que
se niani ies a en la apa icibn ecien e de nume osos a-
bajos en e is as de in es igacibn (Nussbaum, 1981)
y
jo iad is didhc icas (Ca ascosa
y
Gil, 198
1)
(Ca as-
cosa
y
Gil, 1982), adica en la necesidad de su conoci-
mien o
po el p o eso ado pa a abo da con cie a e i-
cacia el p oceso de ense ianza-ap endizaje.
La ac ualidad del es udio de los e o es concep uales
en el campo del equilib io químico iene con i mada
po la e ce a ecomendación del g upo de discusión
que, sob e es e ema, coo dinó el p o eso D. Vi o o-
ic (1979) en la Thi d In e na ional Con e ence on Che-
mical Educa ion celeb ada en Dublin y que sugie e
li e almen e:
Debe ían o ganiza se abajos expe imen ales so-
b e equi ocaciones y e o es concep uales de los es-
udian es, a consecuencia de los di e en es mé odos
de ense ianza (del equilib io químico))).
En el p esen e abajo a amos de e i ica la pe sis-
encia de algunos e o es concep uales den o del es-
udio del equilib io químico, incluso en alumnos que
hacen el cu so pa a ob ene el ce i icado de ap i ud
pedagbgica (C
A
P), diploma necesa io pa a oposi a
a una plaza de p o eso según la legislación igen e,
y
que, en su mayo ía, es cu sado po licenciados uni-
e si a ios. La g an pe sis encia de es os e o es con-
cep uales signi ica, a nues o en ende , el desconoci-
mien o po el p o eso ado de los esquemas concep uales
de los alumnos, no log ando las di e sas me odologías
de ense ianza empleadas el cambio concep ual en el
alumnado. Cambio concep ual que ha sido p opugna-
do desde hace bas an e iempo po ele an es epis e-
2.
PLANTEAMIENTO
Y
OBJETIVO DEL
TRABAJO
Es ecuen e obse a la apa ición de ei e ados e o-
es concep uales en los alumnos que los p o eso es so-
lenos c ee que son peque ios allos debidos a la incom-
p ensión, po pa e del es udian e, de los concep os que
se explican o se aplican en la clase o dina ia. Es s jus-
i icaciones del p o eso ado ocul an, en eaiidad. su
ig-
no ancia de las causas de la pe sis encia y exis encia
de es os e o es concep uales. Si admi imos como hi-
pó esis de abajo que es os e o es son como los ice-
be gs que a lo an de una sólida y cohe en e es uc u a
cognosci i a del alumnado, comp ende emos que el o i-
gen de aquellos hab h que busca los en el cue po de
conocimien os -p econcep os, concep os o ideas-
que el alumnado ha asimilado, in e cambiado o cap-
ado a lo la go de sus i iencias académicas y/o ex a-
cadkmicas. (Vygosky, 1973) (Ausubel, 1978) (Ca as-
cosa, Gil y GonzAlez, 1982).
La diagnosis de lo que piensan los alumnos en el cam-
po de la Física y de la Química, es á siendo abo dada
en ecien es abajos de in es igación educa i a y el
nues o iene como obje i o undamen al comp oba
que exis en de e minados e o es concep uales cuya pe -
sis encia, incluso a ni eles es udian iles ele ados, es un
sín oma de que la es uc u a cognosci i a del alumna-
do no ha sido a ec ada po la ense ianza ecibida. De
o ma que el alumno conse a in ac o su esquema con-
cep ual inicial ya que las me odolog as empleadas no
han se ido pa a plan ea el deba e in e io en e la ie-
ja isión del compo amien o de la ma e ia
y
el nue o
pa adigma cien í ico que se p e endía in e cambia en
la clase.
-.
m6logos (Bachela d, 1938). Si, po o a pa e, acep amos como esis la exis encia
ENSEÑANZA
DE
LAS
CIENCIAS.
1983.
pp.
15-20
1
S
INVESTIGACION
Y
EXPEKlENClAS DlDACTlCAS
I
de un cie o pa alelismo en e el desa ollo in elec ual
del alumno
y
el c ecimien o de la p oducción cien í i-
ca, como ha sido mos ado po Piage (1975), exis e
una base de pa ida pa a analiza las es uc u as cog-
nosci i as del alumnado, iendo como se ha e i ica-
do el p og eso cien í ico (Kuhn, 197
1)
y
e isando cual
e a el pensamien o de la comunidad cien í ica en épo-
cas pasadas, ya que sus conclusiones se ían las conse-
cuencias lógicas de sus ideas y, en de ini i a, de su i-
sión cien í ica del p oblema.
En es e abajo es udia emos, en e o os, el llamado
e o concep ual ((masa-concen ación)), a ando de
comp oba si pe sis ía no sólo en alumnos de COU que
habían es udiado ecien emen e el ema del equilib io
químico, sino ambién en licenciados que hacia bas an e
iempo que habían a ado el mismo. Ello nos demos-
a ía que la causa de es e e o hab á que busca la no
en aspec os anecdó icos, sino en una aíz más p o un-
da; en la o ma de in e p e a el compo amien o qui-
mico de la ma eia po los es udian es de Química.
En esumen, el obje i o del abajo consis e en co o-
bo a la exis encia de de e minados e o es concep ua-
les sob e el equilib io químico que han sido a ados
po o os au o es (Johns one, Mac Donald y Webb,
1977) (Wheele
y
Kass, 1978) (Te e in, 1979)
y
unda-
men almen e e i ica la ue e pe sis encia del e o
((masa-concen ación~) en alumnos que po sus cono-
cimien os, al menos en eo ia, no lo debían come e .
3.
PROCEDIMIENTO
Con el in de e i ica la pe sis encia de algunos e o-
es concep uales en el equilib io químico, se encues b
po una pa e a dos g upos de alumnos del Cu so de
O ien ación Uni e si a ia (COU) y po o a, a o os
dos g upos de alumnos del CAP, que pueden se con-
side adas, a p io i, mues as de di e en es poblaciones.
A con inuación se de alla el ma e ial suminis ado y
los alumnos encues ados.
3.1.
Ma e ial suminis ado
Como in e esaba con as a la exis encia o no de de-
e minados e o es concep uales de ec ados en la biblio-
g a ía como ya se ha indicado an e io men e, se con-
eccionó un conjun o de i ems, uno pa a cada uno de
los e o es, odos ellos ce ados, de opción múl iple,
incluida la espues a ((no lo sé>> pa a e i a la alea o-
iedad en las con es aciones. El alumno, después de ele-
gi la espues a, debía azona b e emen e su con es-
ación, con el in de de ec a , en lo posible, cuales e an
las ideas en que basaba aquella. Los enunciados de es-
os i ems se encuen an en el Apéndice. Pa a el enun-
ciado de los i ems se pensó en dis ac o es adecuados
pa a los obje i os buscados.
Los e o es ue on los siguien es:
I em no
1:
Desconocimien o de las condiciones que
debe euni un sis ema qulmico, en el que
in e ienen gases, pa a pode inicia el es-
@
udio del equilib io qulnico (sis ema
ce ado).
I em no
2:
Concepción del es ado de equilib io como
dos es ados, a ibuidos a los eaccionan-
es y a los p oduc os espec i amen e
(Compa imen ación del equilib io).
e
I em no
3:
Se concibe la cons an e de equilib io como
una unción o como una cons an e a la
misma empe a u a? (No cons ancia de la
i
I em no
4:
I em no
5:
cons an e).
El e o ((masa-concen ación))
-si bien,
la masa enía medida en moles de
sus ancia-. Es deci , el alumno conside-
a de o ma au omá ica que el nume o de
moles de sus ancia es la concen ación.
Equi alencia men al en e la ase «la con-
cen ación de sólido)) y la ase ((la masa
de sólido)), que endna a cons a a nue a-
men e el e o masa-concen ación (i em
4)
aunque po o a ía.
3.2.
Alumnos encues ados
Los dos g upos de alumnos de COU
(35
y
26
alumnos)
ue on encues ados po uno de los au o es del aba-
jo, cuando había acabado el es udio del ema ((Equili-
b io químico)), dándoles iempo su icien e, sin limi a-
ciones, pa a pode conclui con anquilidad sus
con es aciones.
En cuan o a los dos g upos de a!umnos del CAP que
ue on encues ados, hay que indica que el ema de los
e o es concep uales o maba pa e de su p og ama de
Didác ica de Química
y
la encues a se hizo el p ime
día de clase, sin p e io a iso. Después de encues ados
se hizo la opo una discusión sob e el ema. llegando
a la conclusión de la necesidad de inclui lo en los p o-
g amas de enseiíanza de los u u os p o eso es. Res-
pec o al espec o de especialidades
y
ni eles de es os
alumnos en el momen o de la encues a, se indican a
con inuación:
Alumnos del
C
A
P
encues ados
Ldos. Es ud. Es ud. Ldos.
G upo Quim. Fís. SOQuim.
So
Fís.
Fa m.
TOTAL
I
13
6
8
I
28
2
13
10
I
3
27
TOTAL
26
6
18
2
3
55
ENSEFIANZA
DE LAS CIENCIAS
INVESTIGACIO U'
Y
EXPERIENCIAS DlDACTiCAS
Todos es os alumnos habian es udiado en su ca e a que al se un cues iona io ce ado, las espues as e-
el e na del equilib io químico, si bien en los p ime os sul an necesa iamen e condicionadas.
cu sos. Es deci , hacia como mínimo es anos que lo
habian a ado. Un ápido análisis global de la abla
1
hace e la ele-
ada can idad de alumnos de COU en los aue ~e sis-
.
a
en e o es undamen ales, a pesa de habe se impa -
4.
RESULTADOS:
ANALISIS
'
DISCUS1oN
ido ecien emen e el ema del equilib io químico (se
En la abla
1
se p esen an los esul ados hallados al en-
cues a po una pa e a los alumnos de COU (g upo
A)
y po o a a los alumnos del
CAP
(g upo
B).
Jun o
a los po cen ajes o ales de alumnos equi ocados
(TOT.EQ). se incluyen las des iaciones es anda d
s
de
cada uno de aquellos que, según Ga e (1971) ienen
dadas po la exp esión:
donde
p
ep esen a el po cen aje o al de desacie os
y
IV,
el nume o de alumnos encues ados. Dado que el
abajo se conside a p elimina , no se ha calculado el
ac o
:
pa a alo a las di e encias signi ica i as de
o ma igu osa. No obs an e, se comen an de mane a
cuali a i a los esul ados encon ados. En algunos ca-
sos se ha p ocedido al análisis de las espues as inco-
ec as mayo i a ias que p opo ciona á una idea de los
e o es más ecuen es del alumnado, dne o de las op-
ciones pla ieadas po los au o es. Tengase en cuen' a
les encues ó nada más conclui lo). Es más,' incluso en
algunos p e equisi os como es la conside ación de ce-
a el sis ema químico pa a pode abo da el es udio
de un equilib io, hay casi la mi ad de alumnos de la
mues a
(45.7)
que no ha sabido dis ingui aquella si-
uación en aquel sis ema e oluciona ía hacia un equi-
lib io (i em no
1).
Simil consecuencia puede ex ae se
de las espues as dadas po los alumnos de
COU
al i em
no
2,
cosa que ya p e eíamos, de los equi ocados (un
53%) la mayo ía (35.2%) conside a que en el equili-
b io hay dos es ados a ibuidos, uno a los eaccionan es
-p ime miemb ode la ecuación química- y o o, a
los p oduc os -segundo miemb o de aquella
ecuacibn-. Hohns one, McDonald y Webb (1977) ob-
u ie on un po cen aje más al o (79%) en alumnos de
simila ni el educa i o. Respec o a la no cons ancia de
la cons an e de equilib io sin al e a la empe a u a,
pa ece excesi a la can idad de alumnos de COU (95%)
que se equi ocan y, a a és de sus con es aciones, se
puede cons a a la u ilización de la exp esión de la cons-
an e de equilib io en o ma me no is ica, ya que pa a
ellos la
K
no es una cons an e. sino una unción ma e-
má ica que depende de de e minadas a iables.
Iicm n"
1:
No dil'c ciic.iac16n en e eacción io al
y
equilib io
l cm n"
2:
Compa inieniación del equilib io
G upo
IN-
9'0
RESPC'ES'TAS
(i upo 2a ~b
..L
u* ?e
1
TOT.
EQ.
1.
%
RESPLIESTAS
N la lb
I
c.
~ci le
1
TOT.
EQ.
Iic n
3:
No cons ancia dc la cons an e
de
equilib io.
l em
no
4:
E o masa
=
concen acibn.
%
RESPUESTAS
3 a 3b 3c 3d' 3e
1
TOT. EQ.
S
G upo
ENSEÑANZA
DE
LAS CIENCIAS 17
N
G upo
.
A
B
N
61
55
Vo
RESPUESTAS
4a*
4b 4c 4d
21.3
O
77.0 1.6
40.0
5.5 54.5
O
TOT. EQ.
S
78.7
5.2
60.0
6.6
INVESTICACION
Y
EXPERIENCIAS
DI
DACTICAS
-
-
-
l cm
n"
5:
E o nau
=
conceiii aci6n
(en
blido )
--
--
--
.
.....
--
O'n
HI.Sl'1: -S ! S
(; upo
--
-
.
-
.
-
-.
-
-
.
-
-.
-
-
Sa
<
h
5
~
'c
!
[.OS,
EO.
Tabla
1.-
Po cc il ~c dc cspiicsias dc alumnos de
Col!
(g iipo
A)
!.
dcl
('
A
'
(g up )
U)
al
ciic iioii; io coi~iciiicli~ cii cl Apéndice.
Como e a de espe a , en es os es e o es concep ua-
les hay di e encias signi ica i as en e los esul ados en-
con ados en alumnos de
COU
y de CAP, debido a la
mayo expe iencia cu icula de es os ul i nos. Sin em-
ba go, al compa a los esul ados hallados en el e o
masa-concen ación (i e n no
$),
puede ap ecia se que
las di e encias en e es as dos mues as ya no son an
g andes (78.7
y
60% espec i amen e)
y
en el e o
nasa-concen ación (en sólidos) (i em no
5)
pa ecen di-
sipa se (70.5 y 72.7% espec i amen e). Ello nos pe -
mi e apun a que, a pesa de la especialización de los
es udian es uni e si a ios, exis e una ue e pe sis en-
cia de es os e o es que hab á que jus i ica .
Segun nues a opinión, exis e una causa que explica es a
g an pe sis encia del e o masa-concen ación, causa
ya mencionada en la epis emología gené ica (Piage ,
1975) y comp obada en el campo de la Física (Gil,
198
1
).
Es a causa es el ca ac e inalis a o eleológico
del esquema concep ual del alumno en el compo a-
mien o de la iia e ia. Nues a hipó esis que hab á que
cons a a mAs igu osamen e, consis e en supone que
pa a el alumno el obje i o inal de una eacción quí-
mica es la can idad de p oduc o ob enido (masa) sin
impo a cómo sucede es e cambio quimico, de ahí la
hegemonía de la can idad de eaccionan es como la a-
iable que ealmen e impo a en odo p oceso quími-
co. Reco demos que el uso de la concen ación de sus-
ancias apa ece in imamen e elacionado con el node-
lo elemen al de eacción, o ganizado p e io pa a po-
de llega acilmen e a la co icepción del equilib io qui-
mico a ni eles in oduc o ios, con odas las p ecaucio-
nes que se quie an.
Es e
e o -masa-concen ación
en las eacciones quí-
micas, que muchos p o eso es han obse ado expe i-
men almen e en sus alumnos, apa ece his ó icamen e
en el siglo XVIII; cien i icos an amosos como Be -
holle en su ob a ((Essai de s a ique chi niqueo (Pa ís,
1803),
pa a pode explica los dos sen idos posibles de
ei~olución de un sis ema químico, iene que o mula
en su esis sob e las leyes de la a inidad química que
((la ue za absolu a que p o ocan las eacciones quí-
micas no sólo depende de las a inidades de cada sus-
ancia pa a combina se sino que, ambién, las can i-
dades de los cue pos eaccionan es pueden in lui en
el sen ido de la eacción)) (Leices e , 1967). Fué des-
pués de casi un siglo cuando es in oducido el concep-
o de masa ac i a (simila a nues o concep o ac ual
de concen ación) po los no uegos Guldbe g y Waa-
ge, como consecuencia de su in e p e ación ciné ica de
la eacción quimica, pa a que se pueda deduci la co-
nocida ley de acción de masas. Segun es a concepción,
la iie za impulso a del p oceso es p opo cional a la
elocidad con que sucede y, en consecuencia, a las con-
cen aciones de los eac i os y no a las masas de las
sus!ancias combinadas (Lindaue , 1962).
DISCUSION
La diagnosis de los e o es concep uales, aun siendo
una e apa necesa ia, no end ía sen ido si no se bus-
can las causas de los mismos y no se o ece una al e -
na i a didác ica con la que e adica la in e p e ación
no cien i ica del compo amien o de la ma e ia.
La pe sis encia de e o es concep uales en el alu nna-
do que ha sido mos ada en es e abajo p elimina ,
nos hace supone que la causa esencial del aca o de
iiues os alumnos en Quimica adica en la u ilizacion
de una me odología empi is a que no iene en cuen a
el conocimien o an e io de los alumnos (Bunge,
1978)
(Hempel. 1979). Es e conocimien o an e io del
~lii n-
nado in e iene como a iable undamen al con
1'1
que
debe con a odo p o eso pa a una enseiianza
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APENDICE
-
-
-
-
-
-
-
a
P egun a n
O
I
,
P egun a n
O
2
I
I
El
CaC03(s) se descompone Po calcinación en CaO(s) El sis ema de la igu a
1
es á en equilib io a cie a em-
y
C02(g) según la ecuación: pe a u a, según la ecuación:
l
I
MOL
OE
A
Dos expe imen ado es coloca on la misma can idad de
CaC03(s), uno en una cápsula de po celana, el o o
en un ecipien e apado, como mues an los csquemas
i,
FIGURA
i
adjun os,
y
calen a on has a 900°C.
j:
Dados los siguien es ecipien es, a la misma empe a-.
I
u a, en los que
A
y
B
es án sepa ados como mues an
il
las igu as 2
y
3:
EXPERIMENTO
0
FIGURA
2
EXPERIMENTO
Z
¿Cuál de las siguien es a i maciones e pa ece co ec a?
a) En ambos expe imen os pod á descompone se o-
do el CaC03 inicial.
b) En el expe imen o
2
pod á descompone se mayo
can idad de CaC03 que en el expe imen o
1.
c) S610 en el expe imen o
1
pod á descompone se o-
do el CaCO3.
d) Sólo en el expe imen o 2 pod á descompone se o-
do el CaC03.
e) No lo sé.
1
Explicación:
la
ENSEBANZA
DE
LAS CIENCIAS
1
UOL
DE
A
1
HOL
DE
8
E
FIGURA
3.
¿Cuál de las siguien es a i maciones e pa ece co ec a?
a) Los gases
A
y
B
es án en equilib io sólo en el eci-
pien e de la igu a
2.
b) Los gases
A
y
B
es án en equilib io s61o en el eci-
pien e de la igu a 3.
C)
En los dos ecipien es (2 y 3) los gases
A
y
B
es án
en equilib io.
d)
En ninguno de los dos ecipien es (2 y 3) los gases
A
y
B
es án en equilib io.
e) No lo sé.
Explicación:

INVESTIGACION
Y
EXPERIENCIAS DIDACTICAS
1
el
Se desea calcula el alo de la cons an e de equi!ib io,
P ~gi n~u
n"
3
Kc,
pa a dicha eacción. Elige cual de las siguien es es-
pues as e pa ece co ec a:
1
El sis ema de la igu a adjun a es á en equilib io se-
gún la ecuación N2O4(g)
P
2 NO2(g), pa a lo cual Kp a) No es posible el cálcuio.
1
iene dada po la exp esibn: b)
KC
=
-Ti
¿Cual de los siguien es p ocedimien os es adecuado pa-
a aumen a el alo de Kp a
27OC?
a) Aumen a la p esión o al (disminuyendo el o-
lumen a empe a u a cons an e).
b)
Aumen a la p esión pa cial del N02 (aiiadien-
do N02 al sis ema en equilib io, man eniendo
el oliimen
y
la cmpe a u a cons an es).
c) Disminui la p esión o al (aumen ando el o-
lumen a empe a u a cons an e).
d) La p egun a es absu da.
e) No lo sé.
U ia mezcla de
N?,
Hz
y
NHJ es á en equilib io en un
ecipien e ce ado, según la ecuación:
L3
mezcla en eqiiilib io con iene:
1
.!
moles de
NH3
0.1 moles de N2
0.3 moles de H2
Al calen a el sólido NH4CI, se descompone en los ga-
ses HCI
y
NH3. Si la eacción se ealiza en un ecipien e
ce ado, se alcanza un es ado de equilib io, según la
ecuación:
Seiiala cuál de los siguien es p ocedimien os e pa ece
adecuado pa a aumen a la concen ación de sólido:
a) Aumen a la p esión.
b) Ex ae NH? del ecipien e.
c) La p egun a es absu da.
d)
Disminui la p esión.
e) No lo sé.
No a.-En el cues iona io pasado a los alumnos de COU
y del CAP, habia dos p egun as en cada hoja
y
no exis ia ninguna p cgun a pa ida.
ENSEÑANZA
DE
LAS
CIENCIAS