Importancia de la química descriptiva en la enseñanza de la química : propuesta de un modelo para su aprendizaje

OTROS TRABAJOS IMPORTANCIA DE LA QUÍMICA DESCRIPTIVA EN LA ENSENANZA DE LA QUIMICA. PROPUESTA DE UN MODELO PARA SU APRENDIZAJE QUILEZ PARDO, J.(') y LLOPIS CASTELLÓ, R.(^) (1) Ex . Ins i u de Ba xille a . Bocai en (Valencia). (2) EUITA. Valencia. SUMMARY This pape ies o es ablish a me hodology o eaching Desc ip i e Chemis y by applying basic P inciples and he social dimension o Chemis y in a s imula ing way. The selec ion o ammonia o his pu pose is based on hese assump ions. En el p oceso enseñanzaJap endizaje de cualquie disci- plina cien í ica, la aplicación de los p incipios básicos a p oblemas conc e os y p óximos puede mejo a la es a- egia didác ica del docen e y e o za el ap endizaje de los alumnos. Los p og amas de Química de BUP y COU es án dedica- dos, p incipalmen e, a p esen a los p incipios básicos de Química (es equiome ía, es uc u a a ómica y pe io- dicidad, enlace químico, e moquímica, equilib io quí- mico, ciné ica, unciones o gánicas). La di icul ad de es ablece las elaciones exis en es en e es os p incipios básicos (concep os, leyes y eo ías), se debe, en g an medida, a que la aplicación p ác ica que se da a los mismos es gene almen e nula. La inclusión de capí ulos dedicados a la Química Des- c ip i a es limi ada en el cu ículo de Química de BUP y COU, aunque exis en en el p og ama de es e úl imo ni el unos capí ulos que conside amos de un pa icula in e és. Sin emba go, es os emas son abo dados no - malmen e desde un pun o de is a memo ís ico, an o en su es udio como en su e aluación, haciendo que muchos p o eso es y la mayo ía de los alumnos conside en es os capí ulos á idos y abu idos. Todo ello hace que an e es os emas exis a una ac i ud bas an e nega i a, siendo ele ado el núme o de p o eso es de ac o es, que consi- de an que es os capí ulos debe ían elimina se del p og ama de Química de COU, ya que, además de abu i a los alumnos, no exis e iempo pa a abo da los. EL AMONIACO. UN MODELO PARA LA ENSENANZA DE LA QUIMICA DESCRIPTIVA A lo la go de la his o ia de la Humanidad, la Química ha jugado un papel undamen al en el desa ollo de nues a ci ilización. Los p o eso es debemos hace no a a nues- os alumnos la impo ancia de la Química en nues a ida dia ia (Paoloni 198 1). Es a in e conexión en e Ciencia y Sociedad es igno ada po los es udian es, los cuales no son capaces de aplica a su ida dia ia el conocimien o cien í ico que es án ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1990,8 (3), 282-286 OTROS TRABAJOS adqui iendo en su ap endizaje (Yankwich 1984). Es o es debido al hecho de que las elaciones cien í ico-sociales no son con empladas en los ex os usuales de Química Gene al y su inclusión en los p og amas ha p o ocado con o e sias (Fensham 1976). Pe o, como señala Gil (1985), la cues ión es á en ecupe a es os aspec os his ó icos, de in e acción cienciaJsociedad y ompe con una adición que con éxi o ha conseguido con e i la enseñanza de la Química (y de las ciencias, en gene al) en pu a ansmisión dogmá ica de conocimien os. La discusión del papel social de la ciencia puede con ibui a de ol e al ap endizaje de la Química la i alidad que el p opio desa ollo cien í ico iene. Po o o lado, un g an núme o de a ículos que conside- an la enseñanza de la Química Desc ip i a, han sido publicados en los úl imos años (Jou nal o Chemical Educa ion, 1980-87), plasmándose en odos ellos como idea básica el excesi o én asis pues o sob e los p inci- pios eó icos, menosp eciando con ello el conocimien o e in e p e ación de impo an es eacciones y p ocesos. Teniendo en cuen a la discusión an e io , pensamos que odo es udian e que inalice con éxi o la Química de COU, además de domina los p incipios básicos ap en- didos, debe se capaz de: a) Aplica esos p incipios químicos al es udio de las p opiedades y eacciones de los elemen os y compues os más impo an es. b) T ans e i es e conocimien o a los p ocesos químicos que de o ma di ec a o indi ec a ienen in luencia en su ida dia ia. c) Conoce que la aplicación del conocimien o cien í ico ocasiona en ajas e incon enien es a la sociedad, de mane a que an e una in o mación que p oceda de su en o no, enga una mínima capacidad de c í ica. Con el in de es ablece elaciones en e los p incipios básicos de Química, hace e a los es udian es el papel jugado po la Química en la sociedad mode na, despe a su a ención hacia p opiedades y p ocesos químicos de su ida dia ia, in en ando ompe la ba e a exis en e en e lo que se enseña en el aula y el mundo eal (Ca e 1982, Yage y Penick 1984) e inc emen a , en de ini i a, su in e és hacia el es udio de la Química, decidimos in es- iga nue os mé odos de in oducción de la Química Desc ip i a, in en ando que la nue a ap oximación se ealizase de una o ma es imulan e. La selección del amoniaco y sus de i ados pa a es e abajo se basa en el conjun o de conside aciones ex- pues as an e io men e, ya que pe mi e la p esen ación de un modelo pa a la enseñanza de la Química Desc ip i a de o ma que pueden aplica se los p incipios básicos, p e iamen e ap endidos de o ma eó ica y, al mismo iempo, p opo ciona un ema con e iden es e ec os en la sociedad. La impo ancia que ha enido su sín esis pa a nues o mundo, el es udio de los ac o es químicos que condicionan su ob ención, sus pa icula es p opiedades ísicas y su e sa ilidad química, que hace que exis a una g an can idad de p oduc os indus iales de i ados, pe - mi e que el es udio del amoniaco sea un ema especial- men e a ac i o. FUNDAMENTOS DE LA METODOLOGIA EMPLEADA El p oblema que señala Gil (1985) de al a de mo i ación de los alumnos de ciencias y de muchos p o eso es encuen a, como ya se ha señalado, especial ele ancia en el caso de la Química Desc ip i a. Compa imos la idea de que una posible ía de solución al p oblema con empla la implicación en a eas abie as, de in es i- gación, po enciando los deba es y la pues a en común, así como los aspec os ya señalados de conside ación del desa ollo his ó ico de la ciencia, discusión del papel social de la ciencia, e c. El modelo que a con inuación p esen amos consis e undamen almen e en un p og ama-guía (Gil y Ma í- nez-Toneg osa 1987), donde las ac i idades han sido cuidadosamen e seleccionadas y e isadas (D i e y Oldham 1986), o mulándose la mayo ía de ellas con mo i o de la p oyección de un conjun o de anspa en- cias exp esamen e con eccionadas pa a es e in (Quílez y Llopis 1985). Es as láminas pa a e op oyec o jue- gan un papel undamen al en el desa ollo de la clase. Cada una de las mismas suele ayuda a esol e las ac i idades plan eadas o bien p o ocan elemen os pa a el deba e, in en ando ija la a ención del alumno en los aspec os más ele an es. En cualquie caso, las ac i idades p opues as p e enden se un mo o de una me odología de descub imien o di igido. Impo ancia del ni ógeno Se ealiza una p ime a se ie de ac i idades de sensibili- zación/mo i ación al ema. Todas ellas gi an en o no a la impo ancia del ni ógeno en nues as idas, empe- zando a explici a se las ideas que poseen los alumnos. Una ez econocida po los alumnos la impo ancia del ni ógeno en sus idas se plan ea el hilo conduc o que a a desa olla odo el ema que es sabe si esos compues- os se encuen an di ec amen e en la Na u aleza y en can idad su icien e o si el homb e debe inc emen a las can idades de los compues os ni ogenados na u ales y ob ene nue os p oduc os de i ados del ni ógeno pa a sa is ace sus necesidades (A ena 1986). En es e segundo caso se á necesa io p ocede a un es udio del mejo p ocedimien o pa a su ob ención y de sus p opiedades. Análisis his ó ico de la ijación del ni ógeno Sendas anspa encias hacen de hilo conduc o del aná- lisis his ó ico que hace necesa ia la sín esis de una ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1990,8 (3) OTROS TRABAJOS sus ancia con g an e sa ilidad química, median e un p oceso asequible, de mane a que se inc emen e el ni ó- geno ijo p o enien e de la Na u aleza pa a sa is ace las necesidades del homb e. En es e sen ido, a sendos g u- pos de alumnos se les ha enca gado p e iamen e una e isión bibliog á ica de los siguien es pun os: e ili- zan es, explosi os, colo an es, sul amidas, ib as sin é- icas y análisis de la población mundial. Una b e e exposición de cada uno de los g upos ayuda a comen a cada una de la anspa encias, e lexionando ace ca de las en ajas e incon enien es que puede o igina el homb e en la aplicación del conocimien o cien í ico. La di icul ad de ijación del ni ógeno se pone de mani ies- o al ealiza un análisis his ó ico de los dis in os p ocesos ideados pa a al in (ciclo na u al, cianamida de calcio, oxidación en a co eléc ico). La ob ención y eac i idad de las posibles ma e ias p imas y ac o es an o económicos como écnicos pe mi en comp ende la elección de la sín esis di ec a del amoniaco median e el p oceso Habe - Bosch. En es e pun o debe hace se hincapié en que uno de los aspec os cla e es el papel de la ca álisis, ya que la eacción de sín esis del amoniaco a pa i del ni ógeno y el hid ógeno e a ya conocida an e io men e al p oceso Habe - Bosch, pe o el hecho de que debía ealiza se a más de 1000 T hacía que no uese come cialmen e a ac i a. Análisis e modinámico y ciné ico de la sín esis del amoniaco Del análisis de la ecuación e moquímica de ob ención del amoniaco se p opone a los alumnos la p edicción, de una o ma cuali a i a, de las condiciones más adecuadas de p esión y empe a u a pa a su sín esis. Es a ac i idad esul a se una aplicación di ec a a un caso p ác ico del p incipio de Le Cha elie . Sendas anspa encias donde se mues a la a iación de la cons an e de equilib io con la empe a u a y la a iación del endimien o de amonia- co (% Volumen) en unción de la empe a u a y la p esión apoyan las p edicciones ealizadas p e iamen e. Sin emba go, una ez pa ece el p oblema esuel o se plan ea la di icul ad que supond ía el ealiza la sín esis del amoniaco a empe a u as bajas, ya que del análisis del ac o ciné ico se deduce que la eacción sólo se á lo su icien emen e ápida si se ealiza a una empe a u a mode adamen e ele ada. La discusión que se plan ea desemboca inalmen e hacia las condiciones más ade- cuadas de ob ención del amoniaco (p esión, empe a u- a, ca alizado -ene gía de ac i ación). Po úl imo, los alumnos abajan con un p og ama de o denado , simu- lado de la sín esis del amoniaco (Quílez 1988) que es una adap ación del p opues o po Bayless (1976). A pesa de las simpli icaciones que ealiza es a simulación ( eacción de o den ce o, e c.), conside amos adecuada su u ilización .a es e ni el ya que pe mi e a los alumnos decidi las condiciones más adecuadas de ~ esión de los alumnos el diseño de sendos mé odos de ob ención de ni ógeno y de hid ógeno pu os. Muchos de ellos ápidamen e p oponen al ai e como ma e ia p ima de ni ógeno, aunque la des ilación del ai e líquido como p ocedimien o y su ge de o ma an inmedia a. En es e sen ido puede se in e esan e la exposición po pa e del p o eso del mé odo de Linde. Po o o lado, los únicos mé odos que p oponen los alumnos pa a la ob ención del hid ógeno son la eacción de un me al con un ácido como el clo híd ico y la elec olisis del agua. El p o eso cues iona, a con inuación, si los ci ados mé odos se án adecuados pa a la indus ia. Po úl imo, el p o eso expone los es mé odos más usuales de ob ención indus- ial del hid ógeno (gas de agua, na as-gas na u al, elec olisis del agua) y p opone a con inuación que ealicen un esumen de los mismos, explicando, en unción del endimien o y la economía, qué mé odo se á el elegido con p e e encia. Di icul ades écnicas de ob ención del amoniaco Una anspa encia que mues a el diag ama de ob ención del amoniaco de un p oceso indus ial eal puede ayuda a comp ende las di icul ades écnicas que supone es e p oceso (desul u ación, ob ención del hid ógeno, elimi- nación del C02, ob ención del gas de sín esis pu o, análisis del eac o , e c.), ema cando el hecho de que abaja a p esiones y empe a u as an ele adas enca e- ce el p oceso po el especial diseño que debe posee oda la ins alación (O hme 1978), unido a la p opiedad de la di usión del hid ógeno a a és de los me ales. Aplicación de los p incipios básicos al es udio del amoniaco A con inuación se p ocede al es udio de las pa icula es p opiedades ísicas y químicas del amoniaco, muchas de las cuales se comp oba án en el labo a o io. P ác ica- men e odas ellas pueden se p edichas o in e p e adas po los alumnos median e la aplicación de sus conoci- mien os de es uc u a a ómica y molecula (composi- ción química, ó mula molecula , geome ía, pola idad, solubilidad en agua, empe a u as de usión y de ebulli- ción, e c.), ácidos y bases (in e p e ación del ca ác e básico del amoniaco según la eo ía de B ons ed-Low y, conduc i idad eléc ica, cálculo del pH de una disolu- ción acuosa de amoniaco o de una sal amónica, eacción con un ácido ue e, e c.), eacciones de oxidación- educción (posibilidad de compo amien o como oxi- dan e, compo amien o como agen e educ o , ajus e de ecuaciones edox y cálculos es equiomé icos, e c.), o mación de complejos, e c., e i ando así una memo i- zación innecesa ia y dando aplicación y elación a di e en es concep os es udiados p e iamen e de o ma eó ica. empe s u a, en conco dancia con la ene gía Qe ac i aéión. En el desa ollo de es e apa ado, el p o eso ealiza di e en es demos aciones químicas (Quílez y Llopis 1985) como in en o adicional de mo i ación de los Ob ención de los gases de sín esis alumnos (Ben-Z i y Sil e s ein 1981, Webb 1984). Resul a in e esan e el es udio de la ob ención de los La impo ancia de la g an e sa ilidad química que gases de sín esis del amoniaco. Pa a ello, se p opone a posee el amoniaco hace que sea un impo an e in e me- 284 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1990,8 (3) OTROS TRABAJOS dio químico, a pa i del cual pueden ob ene se dis in os y explo ación del sis ema na u al leguminosas-bac e ias de i ados de g an impo anciaindus ial. Es e aspec o se ni i ican es, ci ándose en e sus en ajas la u ilización mues a con la ayuda de una anspa encia en la que de ene gía eno able ( o osín esis) en luga de ene gía median e un diag ama de lujo se isuliza cómo a pa i ósil, educción de los gas os e incon enien es del ans- del amoniaco pueden ob ene se e ilizan es, explosi- po e y almacenamien o de e ilizan es, disminución de os, colo an es, medicamen os, ib as y plás icos, e c. la con aminación de los compues os de ni ógeno, e c. Con iene de ene se en es e pun o y hace una pequeña ecapi ulación con la clase ace ca de cuál e a nues o obje i o desde la p ime a ac i idad has a la ac ual y de cuál ha sido el hilo conduc o que nos ha lle ado a es e pun o. Los alumnos son in i ados a ealiza una sín esis de lo es udiado has a en onces. CONCLUSIONES El ácido ní ico En el es udio del ácido ní ico se ealiza una secuencia de ac i idades semejan e a la ealizada pa a el amoniaco. Con aminación y eu o ización Po úl imo, y de pa icula in e és pa a los alumnos, se analizan los e ec os de con aminación a mos é ica p o- ducidos po los óxidos de ni ógeno y los e ec os de con aminación de las aguas po ables po iones ni a o, así como la eu o ización de íos y de lagos. Se p e ende que los alumnos e minen concluyendo que a pesa de los g andes bene icios que compo an, la p oducción y consumo de compues os ni ogenados debe con ola se con el in de no al e a el equilib io de la Na u aleza. 4.9. Pe spec i as de u u o Puede se in e esan e mos a a los alumnos cómo, en unción de los conocimien os cien í icos, a modi icán- dose la ecnología aplicada pa a la ob ención de una misma sus ancia y así in oduci el hecho de cómo los a ances en bioquímica molecula (ingenie ía gené ica) pueden p oduci una solución a la ijación a i icial del ni ógeno mucho mejo que la ac ual, a pa i del con ol En los úl imos años, los cu sos de Química Gene al han pues o un g an én asis sob e los concep os eó icos, que los es udian es son incapaces de aplica y elaciona . En es e sen ido, el de imen o p oducido en la enseñanza de la Química Desc ip i a impide a los alumnos un en en- dimien o y una ap eciación de impo an es p ocesos, eacciones y p opiedades de sus ancias de su ida dia ia. Conside amos muy impo an e el papel que puede juga la Química Desc ip i a en la o mación cien í ica (y ambién humana) de nues os alumnos. Pa a e i a la adicional me odología que consis e en una ansmisión dogmá ica de los conocimien os, es imamos necesa io in es iga nue os mé odos pa a mejo a los p ocesos de enseñanzalap endizaje de es a disciplina, u ilizando una me odología ac i a, con con inuos con lic os y deba es, en la cons ucción de los conocimien os, ealizándolo siemp e de una o ma es imulan e. En es e sen ido, puede se de g an u ilidad el empleo de di e en e ma e- ial audio isual, demos aciones químicas, comp obaciones y de e minaciones expe imen ales, simulaciones me- dian e o denado , e c. y ac i idades de aplicación y elación de los p incipios básicos y de conexión ciencia- sociedad. El amoniaco y de i ados, modelo elegido pa a es a nue a p esen ación de la Química Desc ip i a puede se i de me odología aplicable a o as impo an es sus- ancias y eacciones. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARENA, B.J., 1986. Ammonia: Con on ing a P imal T end, BEN-ZVI, R. y SILBERSTEIN, 1981. 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