Una aproximación a los modelos que se utilizan cuando se enseña enlace químico.
Martha Liliana Madrigal Cogollo
Aprender ciencias requiere que los estudiantes se apropien de las nuevas ideas y conceptos, que los interioricen, reconstruyan, y puedan explicarlos o comunicarlo a otros, en definitiva, que elaboren sus propios modelos mentales durante el aprendizaje. (Treagust, 2007).
Puede ser trascendental, en la enseñanza de la química, que las metodologías empleadas por los docentes; busquen que los estudiantes construyan sus propios modelos. De tal manera que los puedan comparar con los ya establecidos, por la comunidad científica.
Quizás, esto permita que los estudiantes construyan argumentos; verifiquen o falsen, las posibles hipótesis que enuncien frente a diversos fenómenos. Lo que puede propiciar, un contexto que fomente y prepare futuros científicos.
¿Pero que es un modelo? ¿Qué es un modelo para un estudiante?
Treagust, D.F.y otros.(2007), en sus investigaciones sobre la concepción de modelo encuentra que esta, es limitada e ingenua, que los estudiantes, entienden un modelo como una copia exacta de la realidad.
¿Qué porcentaje de nuestros estudiantes, asume que los modelos en química, no son una copia exacta de la realidad?
Cuando se pide a los estudiantes que dibujen, como se imaginan la estructura de un átomo: es muy común encontrar que dibujan el átomo según el modelo, de Daltón, de Thomson, de Rutherford, de Bohr o en algunas ocasiones estructuras no muy claras, más bien muy abstractas. ¿Pero por que ocurre esto? ¿Son consientes de el por que de esta representación? ¿Establecen criterios para escoger un determinado modelo?
¿Pero hay diferencia entre un modelo mental y un modelo científico?
El proceso de aprendizaje y enseñanza de la ciencia implica que los alumnos construyan, razonen y apliquen los “modelos explicativos” de la ciencia (enlace químico).
Estos “modelos” son representaciones mentales elaboradas por los científicos para explicar fenómenos y son el paso previo a la construcción de los modelos científicos formales (enlace iónico, covalente y metálico). (Uñez y otros, 2004). Por tal razón el modelo mental es el precursor al modelo científico.
Se esperaría que el tener en cuenta un modelo u otro debe ser, por que se recuerda que comportamientos y propiedades de la materia, se explican.
Cuando se realiza un recorrido en el tiempo, se encuentra que la preocupación de algunos pensadores, era y es, dar explicación a diferentes fenómenos.
Es así como Dalton (1808-1810) formula un modelo que sería válido, hasta que nuevas experiencias indujeran a cambiarlo por otro; de Dalton hasta nuestros días se han ido sucediendo diferentes experiencias, que han llevado a la formulación de una serie de modelos invalidados sucesivamente a la luz de nuevos acontecimientos.
Esto gracias a prácticas que colocan de manifiesto la divisibilidad del átomo, como: los fenómenos eléctricos, los tubos de descarga con gases a baja presión, descubrimiento de los rayos catódicos y de la radioactividad.
Es así como modelos como el establecido por Daltón, pierden credibilidad y empiezan hacer modificados por quienes requieren de otros modelos para dar explicaciones a fenómenos que no podían ser explicados, por lo ya establecido.
Sin embargo, la naturaleza hace que los modelos, tenga limitaciones en su rango de aplicabilidad. Dada la simpleza antes mencionada, el modelo debe tener limitaciones, por tanto los modelos no son ciertos ni falsos, sino que son adecuados para describir ciertas situaciones.
Por lo mismo, los modelos teóricos van evolucionando con el tiempo para acomodar los nuevos datos que se van obteniendo de un determinado hecho. Esto es lo que ocurrió y que aún esta ocurriendo con el modelo de la estructura atómica.
Se encuentra que proyectos como La "Máquina de Dios" LHC (El gran colisionador de Hadrones), aún permiten colocar en evidencia la existencia de partículas subatómicas que hasta hace unos pocos años eran desconocidas.
Es así como se encuentran las siguientes partículas subatómicas elementales: los fotones, leptones, mesones y bariones. Para lo cual también hay un modelo establecido.
¿Qué mantiene unidos a los átomos?
Cuando se aborda y se quiere dar respuesta a este tipo de pregunta, se introduce la palabra enlace. Teniendo en cuenta lo anterior se encuentra en algunos libros, que las propiedades de las sustancias químicas, dependen en gran medida de los enlaces químicos.
Para abordar este tema se encuentra una serie de subtemas como enlaces químicos, símbolos de Lewis, regla del octeto, enlaces iónicos y enlaces covalentes, polaridad de los enlaces, electronegatividad, estructuras de resonancia, excepciones a la regla del octeto y fuerza de los enlaces covalentes.
Cuando se aborda este tipo de temas se quiere dar, respuesta a las siguientes preguntas:
¿Cómo están unidos los átomos? ¿Qué tipos de enlace hay? ¿Que determina el tipo de enlace en cada sustancia? ¿Como las características de esos enlaces originan diferentes propiedades físicas y químicas de las sustancias?
Esencialmente se busca establecer modelos que expliquen las propiedades químicas y físicas de las sustancias lo que permiten agruparlas. Es así como se encuentran tres tipos de enlace, el enlace iónico, covalente y metálico.
El primero corresponde se refiere a las fuerzas electrostáticas que existen entre iones con carga opuesta, el segundo es el resultado de compartir electrones entre dos átomos y en el tercer tipo de enlace se encuentra, la unión de los metales.
Cuando se enseña este tipo de conceptos se hace de una manera muy mecánica, anteriormente se nombro una serie de subtemas, los cuales así como fueron nombrados, son enseñados.
A pesar que se hacen una serie de preguntas sobre el tema, que permitirían conducir; al estudiante a reflexionar sobre, el porque de las propiedades de las sustancias dependiendo de su enlace, se dan simplemente los ejemplos mas representativos de cada grupo.
Es así como se encuentra para el caso del enlace químico, el NaCl del cual se indica que su calor de formación es muy negativo, entonces ¿Qué factores hacen que la formación de compuestos iónicos sea tan exotérmica? Desde este modelo se habla que la transferencia de electrones del Na al Cl.
Se pretende dar explicación a la estabilidad de estos compuestos lo cual se puede sustentar desde la atracción de diferentes cargas. Na+ y el Cl- .
Las fuertes atracciones también hacen que la mayor parte de materiales iónicos sean duros y quebradizos, con puntos de fusión elevados.
La gran mayoría de las sustancias químicas, no poseen las características de los materiales iónicos, para esta clase tan amplia de estas sustancias, se necesita un modelo diferente.
El modelo de enlace covalente explica comportamientos químicos como que un gran número de estas sustancias son quebradizas, con punto de fusión elevado, y por lo regular son cristalinas.
El modelo de enlace metálico, permite dar explicación de las propiedades de los sólidos metálicos entre estas se encuentran el ser excelentes conductores eléctricos y térmicos, debido a la existencia de electrones libres, poseen brillo metálico y son tenaces, dúctiles
Al realizar esta reflexión, surgen algunas preguntas como ¿por que enseñar una serie de modelos? ¿Qué posición crítica tiene el docente y el estudiante frente a los modelos ya establecido?
Los diferentes comportamientos químicos, que se pueden argumentar desde los modelos de enlace químico. Se enseñan como ya elaborados y terminados. No se hace una reflexión crítica por parte del docente y estudiante; de lo que explican y no explican estos modelos.
La posición crítica frente a estos modelos permite establecer una relación entre un tema y otro, es así como se encuentra que las estructuras de Lewis ayudan a entender la composición de las moléculas, los modelos de enlace iónico, covalente y metálico, algunas propiedades de las sustancias sin embargo no explican aspectos como la forma y el tamaño de las moléculas, fuerza y polaridad de las sustancias. Esto permite dar paso a otros modelos que dan explicación de estos fenómenos.
¿Pero cómo surge la relación valencia, enlace y estructura?
El modelo propiamente de Lewis en el que inicialmente, acude a las representaciones pictóricas de los cubos, es icónico o gráfico[1], que como ya se sostuvo, advertía que los electrones eran estáticos y que estaban ubicados espacialmente.
Sin embargo, la novedad del aporte consistió en que con esta representación gráfica el enlace en términos de la compartición de electrones empezó a generalizarse (Figura 1) y dio pie al inicio de una discusión acerca de la formación de las moléculas; de hecho, Lewis abandonó esta propuesta originaria, para plasmar ese compartimiento de electrones empleando puntos, cruces, rayas y flechas (Figuras 2 y 3.). (Chávez y otros, 2010).
Desde que se empiezan a buscar modelos que representen mecanismo por el cual ocurre el enlace químico, se aborda la discusión sobre la estructura de las moléculas.
Tomado y adaptado del artículo Transposición didáctica del modelo científico de Langmuir
Tomado y adaptado del artículo Transposición didáctica del modelo científico de Langmuir
Referentes Bibliográficos
Herreño, J. Gallego R y Pérez R (2010). Transposición didáctica del modelo científico de Langmuir. Revista Eureka Enseñ. Divul. Cien., 2010, 7(2), pp.527-543 LA CIENCIA AYER Y HOY
Peréz. R (2009). La "Máquina de Dios"LHC (El gran colisionador de Hadrones), Universidad Tecnológica Nacional - U.T.N
Sebastian Rossi (2010). La maquina de dios o la puerta a lo desconocido. Extraído el 11 de Noviembre del 2010 del sitio Web Cultura libre. http://www.kulturalibre.net/2010/04/13/la-maquina-de-dios-o-una-puerta-abierta-a-lo-desconocido/.
Theodore L. Brown (2004). Química. La ciencia central. Editorial. Prentice Hall. Novena edición. México.
Treagust, D.F., Chittleborough, G. and. Mamiala,T.L.(2007). La comprensión de los estudiantes sobre el papel de los modelos cientificos en el aprendizaje de las ciencias. Rev. Eureka., 4(2), pp. 364-366.
Uñez M. y Barría C. (2004).Formación inicial de profesores de educación media de ciencia mediante la teoría de enseñanza y aprendizaje basada en los modelos mentales. Revista de investigación y experiencias didácticas. Enseñanza de las ciencias. Universidad de Concepción
Los conceptos “estructura, composición y función química”: Una revisión histórica, en los textos y en la tarea de enseñar.
Jenny Patricia Ospina Rojas
Los conceptos: estructura, composición y función, son las bases fundamentales para dar una explicación alrededor de la química como ciencia, pero, los maestros, ¿cómo enseñamos esta ciencia? y ¿cómo los libros de texto la presentan?
Las dos anteriores preguntas son las que orientan el desarrollo de este escrito, ya que hablar de los fundamentos de una explicación de la ciencia química, es hablar de su principio fundamental, y hablar de su enseñanza y su descripción en los libros de texto, es dar luces para mejorar la comprensión de ciencia y su origen.
Historia
Dentro de los conceptos históricos a destacar dentro del origen de estos conceptos, se tiene que han venido siendo estudiados desde mediados del siglo XIX, donde Dumas y Von Liebig realizan una explicación detallada alrededor de lo que en ese momento se conoce como química mineral, y descripción de elemento perteneciente a este grupo. Ellos presentan una explicación que se caracteriza por: ser elementos o sustancias no descomponibles (Dumas, Liebig, 1837), son responsables de explicar la existencia de sales y combinaciones salinas, el estudio de un elemento determinado puede mostrar la historia de los siguientes.
La pregunta que estos estudiosos de la ciencia química se hacían se relacionaba con un determinado tipo de compuestos, los cuales se formaban a partir de tan solo tres elementos diferentes entre sí (Carbono, Oxígeno e Hidrógeno), pero que formaban una gran cantidad de compuestos diferentes entre sí. Otra duda que surgía era el problema de la estructura, ya que dichos compuestos se organizaban de una u otra forma, teniendo como base la misma composición, pero su comportamiento era totalmente diferente al esperado.
Con base en lo anteriormente expuesto, se observó la tendencia marcada hacia el diseño y construcción de modelos moleculares (Martinez, 2004) entre los años 1850 y 1860, hasta inicios del siglo XX, con los trabajos realizados por Kekulé.
A partir de los trabajos realizados por Kekulé, se determinó que la estructura molecular es un concepto central en química, ya que las propiedades de los hidrocarburos pudieron explicarse mediante el modelado de sus moléculas como cadenas de átomos de carbono.
Pero, la estructura molecular y sus modelos representacionales en química, trascienden su función meramente representativa para convertirse en herramientas conceptuales, teóricas y experimentales para abordar el problema de la estructura de las sustancias con base en la aproximación molecular (Martinez, 2004).
En los libros de texto, ¿qué podemos encontrar?
Cuando se observan los textos, estos solamente se dedican a explicar la importancia química (como afecta la función, la composición y la estructura a los compuestos químicos) de cada uno de estos conceptos, pero en ningún momento se remiten a hacer una revisión histórica del cómo se llegó a la conceptualización y comprensión de la naturaleza de cada uno de los fenómenos que hacen de la existencia de los compuestos orgánicos algo “difícil de explicar, pero fácil de entender”. Lo anterior ocurre a nivel de textos universitarios, pero, ¿qué ocurre con los textos empleados en la escuela secundaria?
Esta falta de conexión entre la historia de los conceptos científicos y la escuela secundaria se reduce a un problema muy elemental: “los niños y jóvenes ya no leen” de ninguna fuente, por tanto, las empresas que editan libros para secundaria-al ver esa falta de interés- omiten esta parte de la química y solamente “transmiten” conocimientos ya elaborados, lo cual hace ver la ciencia de una manera facilista y con una serie de verdades absolutas.
La enseñanza
La enseñanza de este tipo de conceptos si tendría una necesidad de revisión de la parte histórica para facilitar una comprensión, pero, a pesar de ver la importancia del pasado de los conceptos químicos, muchas veces se olvida su enseñanza por una falta de inclusión en el currículo de ciencias y seguimos enseñando conceptos ya elaborados, además, al no existir un vinculo directo entre historia de las ciencias y su enseñanza, este punto está destinado “al olvido”, a pesar de saber que esta historia es la que permite mayores desarrollos en el estudios de las ciencias.
Aunque es importante la inclusión de la historia de las ciencias en el currículo, cabe tener en cuenta que cada docente de química tiene la autoridad para decir: “qué quiere que sus estudiantes aprendan, y qué no”, además si se quiere desarrollar una mente crítica en los estudiantes, solamente, es hablar algo de historia al iniciar el tema de composición y estructura de los compuestos orgánicos.
Por otro lado, la aproximación molecular aporta características propias a la enseñanza, la cual explica la generalidad de sustancialidad a partir de tres elementos: composición, configuración y conformación.
Conclusión
La historia de las ciencias es una herramienta útil para comprender el origen de los conceptos científicos y esta puede ayudar en la formación inicial y continua de docentes para llevar esta a la escuela y enseñar de una manera “más real” el origen de los conceptos, no como una verdad absoluta, sino como un recorrido completo para llegar a lo que se encuentra en los textos.
Bibliografía
Dumas, J, Von Liebig, J. (1837). Note on the present state of organic chemistry. 5, 567-572
Martinez, A. (2004). Estudio estructural de la molécula de ciclohexano. Magazín Esferas y Bastones, 2, 1
Ospina, J, Soriano, S. (2005). Estudio de los modelos moleculares dinámicos y su relación con el pensamiento docente. Trabajo para optar al título de Licenciado en Química, Universidad Pedagógica Nacional, Bogotá, Colombia.
Acerca de los conceptos de enlace químico, estructura y función
Ricardo Andrés Franco Moreno
Introducción
En la enseñanza de la Química, a menudo son llevados al aula de clase una serie de conceptos cuya intencionalidad, si se acude a los libros de texto, puede resultar coherente y sin mayores obstáculos. Sin embargo al preguntarse: ¿Cuáles son los comportamientos químicos que se estudian y que son explicados cuando enseñamos estructura, enlace o función Química? se suscitan interrogantes acerca de la finalidad en la enseñanza de estos conceptos. En este sentido, a continuación se presenta una revisión de algunos de los referentes más importantes en la configuración de los conceptos de enlace químico, función y estructura en Química, así como una contrastación general de la manera como dichos conceptos son abordados en algunos libros de texto para los niveles superiores.
La combinación de las sustancias: la perspectiva histórica
De acuerdo con André-Dumas y Von-Liebig (1837), en la primera mitad del siglo XIX la Química mineral explicaba las combinaciones binarias y salinas de las sustancias elementales, y esas sustancias se clasificaban en grupos. Al estudiar las propiedades de una de las especies de un grupo, sería posible conocer las propiedades de “especies vecinas”. A esa Química mineral hoy se le atribuye la connotación de Química inorgánica.
Desde esa perspectiva, en las sustancias minerales existían cuerpos que actuaban como elementos –sustancias no descomponibles- se conocían 54, y al combinarse entre sí, se generaban nuevos productos, que a su vez se combinarían produciendo otros compuestos. En este marco, es de señalar la importancia que se le atribuye a la experimentación en Química, a la vez que no se habla en términos de reacción, sino de combinaciones entre elementos y compuestos.
Desde el punto de vista teórico, y a la luz de la experimentación en Química, el problema en la Química inorgánica al parecer ya estaba resuelto, pues lo que se sabía en esta área se fundamentaba en las “leyes de la química mineral” –ahora conocidas como leyes ponderales- sin embargo, en el caso de la química orgánica los desarrollos conceptuales estaban aún por hacerse. De hecho, la cuestión que convocaba a los químicos de la época será: ¿cómo explicar los compuestos de la química orgánica a partir de las leyes de la química mineral?
Esa fue una pregunta de la Filosofía Natural. Sin embargo, sobre la mitad del siglo XIX ya se sabe que los compuestos de la química orgánica están formados por carbono, otros contienen carbono e hidrógeno, otros carbono oxígeno e hidrógeno, algunos nitrógeno, y otros azufre.
La preocupación por los compuestos de la Química orgánica también surge en el afán de producir en el laboratorio dichos compuestos y sus combinaciones, pues la idea que se tenía sobre los compuestos orgánicos, era que estos solo existían en las materias vivas, tanto vegetales como animales. Resáltese la importancia del experimento en la Química orgánica, y las combinaciones tan múltiples y variadas que pueden haber entre estos elementos, que a diferencia de la química mineral o inorgánica, eran compuestos, a saber: benzoilo, cianógeno, amida, radicales de amoniaco, sustancias grasas, alcoholes. En esa química mineral los compuestos eran producidos en su mayoría por la combinación entre elementos, pero en la química orgánica se complejizará el comportamiento dadas las múltiples combinaciones entre compuestos, pues en química mineral los radicales son simples, y en química orgánica los radicales son compuestos, y por tanto, la cantidad de compuestos será mucho mayor.
Destáquese sin embargo, que las leyes de combinación y de reacción son iguales en esas dos ramas de la Química, lo cual motivará a los químicos para dar cuenta del comportamiento de los compuestos orgánicos. Entre los científicos que se aventuraron en estos estudios, tal vez el más destacado es el químico alemán Friedrich August Kekulé von Stradonitz.
En sus estudios acerca de los compuestos aromáticos, Kekulé pone de manifiesto una explicación del comportamiento del átomo de carbono en lo que tiene que ver con su unión con los otros átomos de carbono. El punto de vista que desarrolla Kekulé, lo hace desde una mirada atomicista, sosteniendo que el carbono es un átomo tetravalente, cuya unión con los demás átomos de carbono u otro tipo de átomos se da por la presencia de unidades de afinidad (Kekule, 1865).
En este sentido, vale la pena señalar que Kekulé no explicita los términos enlace, o valencia en sus elaboraciones para representar los compuestos aromáticos. En efecto, su disertación la ubica en un plano atomicista.
En lo que tiene que ver con la descripción del comportamiento del átomo de carbono en los compuestos aromáticos, Kekulé utiliza el término función para referirse a los demás compuestos característicos del carbono. Así, para el anillo de benceno, establece que seis átomos de carbono se unen por unidades de afinidad, cerrando el anillo, y a su vez, cada uno de estos átomos, como es tetraatómico –ahora tetravalente-, estará en la posibilidad de unirse con otros átomos bien sean de carbono, o de otras especies que no menciona, pero que si describe en términos de las unidades de afinidad, a saber: ocho. Dichas unidades constituirían un grupo, pues al ser tetra-atómico, el carbono tendría cuatro unidades de afinidad que se corresponderían con las otras cuatro unidades de los demás átomos con los cuales se une este átomo (Kekulé, 1865).
Estos planteamientos fueron representados por Kekulé en formas gráficas que aunque inicialmente pueden suponer la noción de dibujos, sugieren toda una elaboración con razonamientos de tipo matemático para la explicación del comportamiento de los compuestos aromáticos.
La estructura y el enlace químico en los libros de texto
Revisadas las posturas de Dumas y von-Liebig, acerca del estado de la Química orgánica durante la primera mitad del siglo XIX, así como los planteamientos de Kekulé sobre los compuestos aromáticos hacia finales del mismo siglo, vale la pena indagar cómo son abordadas estas temáticas en algunos de los libros de texto utilizados en la educación superior, y su relación con la enseñanza de estos conceptos.
En la Química general de Brown (2004), la idea de enlace se introduce a partir de dos compuestos de uso común: la sal de cocina y el azúcar. El concepto de enlace se sustenta desde la existencia de iones con cargas opuestas en cada uno de los compuestos. En este texto es interesante el planteamiento de que los enlaces químicos determinan las propiedades físicas y químicas de las sustancias. Si bien en este libro se hace referencia conceptual a los tipos de enlace: iónico, covalente, metálico, y se describe con detalle la manera de dibujar estructuras de Lewis, la información es presentada sin referentes históricos, dando a entender que la regla del octeto, o se formuló de la noche a la mañana, o siempre ha existido en las representaciones que configuran este importante concepto en química. En lo que tiene que ver con la función, en este libro no se hace referencia al concepto.
En cuanto a la estructura, vale la pena señalar que en este libro se menciona al benceno como compuesto aromático, cuya estructura se explica a través de la resonancia, lo cual no es explícito en términos de Kekulé. Tampoco se describe en términos de unidades de afinidad, sino bajo el modelo de Lewis.
En el libro de texto: Conceptos y modelos de Química Inorgánica de Douglas (1994), dichos conceptos son desarrollados con mayor profundidad, pero sin considerar una dimensión histórica como la que merecerían estos conceptos en un texto didáctico tan reconocido en la comunidad de profesores de Química inorgánica.
Por otra parte, en la Química Orgánica de Morrison (1998), el lugar que ocupa Kekulé como hombre clave en el desarrollo de la química orgánica es importante, pues se citan varios fragmentos de los originales. La idea de la estructura que asume Morrison: “es el marco de ideas acerca de cómo se unen los átomos para formar moléculas… tiene que ver con el orden en que se juntan los átomos, y los electrones que los mantienen unidos”. Dentro de las revisiones, este es el texto que vincula la historia de la ciencia desde una perspectiva lógica y coherente con el problema de las propiedades físicas, Químicas y de síntesis de los compuestos orgánicos.
A manera de comentario final
La revisión de los documentos originales sobre la combinación de los elementos en la química inorgánica, y de los compuestos en química orgánica, hace posible la reflexión acerca de la finalidad de la enseñanza de los conceptos de enlace, estructura y función, bien sea en el nivel de la básica secundaria, la media o la educación superior.
En efecto, las intenciones de André-Dumas y Von-Liebig, o las del mismo Kekulé no fueron llevar unos saberes desarticulados y descontextualizados al aula de clase, pues sus elaboraciones se centraron en la explicación del comportamiento de los compuestos orgánicos dadas sus particularidades, la gran cantidad que habría de producirse, sus propiedades físicas y químicas desde un punto de vista microscópico, desde su complejidad.
En este sentido, una revisión y la correspondiente contrastación como las que aquí se han intentado hacen posible pensar en que el sentido de enseñar conceptos como enlace químico, función o estructura, debe orientarse hacia la comprensión de las propiedades físicas y químicas de las sustancias en términos de su combinación, descomposición y síntesis, mediante la interpretación cuidadosa y lógica de los modelos y las representaciones que al respecto se han elaborado históricamente.
Cuando la Química es objeto de enseñanza, se defiende la idea de que las sustancias se transforman, y que dichas transformaciones tienen ciertos indicios. Sin embargo, la comprensión de buena parte de estas transformaciones a nivel microscópico hizo necesaria la formulación de varios modelos y representaciones que han tenido alguna correspondencia con el comportamiento que tienen las sustancias cuando interactúan y reaccionan. En este sentido, los conceptos de enlace, función y de estructura han constituido un puente entre las representaciones sobre el comportamiento microscópico de la materia y el trabajo experimental, lo cual es fundamental en la enseñanza y el aprendizaje de la química.
Señálese también que uno de los problemas a hacer objeto de estudio en el aula de clase, es el del comportamiento molecular de la materia desde la función y la estructura. Se haría necesario sin embargo, hacer un estudio de la relación que los estudiantes de educación secundaria atribuyen entre estos conceptos y los comportamientos o indicios que encuentran cuando presencian o se documentan en la experimentación.
Referencias
André-Dumas & Von-Liebig, J. (1837). Note on the Present State of Organic Chemistry. En línea: www.lemoyme.edu
Brown, T. (2004). Química la Ciencia Central. México: Pearson Education. Novena Ed.
Douglas, B.E. (1994). Conceptos y Modelos de Química Inorgánica. México: Reverté, S.A. Segunda ed.
Kekulé. (1865). Studies on Aromatic Compounds. Annalen der Chemie, 137: 129 – 196 En línea: http://home.clara.net/rod.beavon/benzene2.htm
Morrison, R.T. (1998). Química Orgánica. México: Pearson Education. Quinta Ed.
¿Qué comportamientos se estudian al enseñar enlace químico?
Jhon Jairo Beltrán Molina
Inicialmente se presentara lo que se encuentra en los libros de texto que suelo utilizar de apoyo para la preparación de las diferentes actividades en el aula de clase y luego una reflexión al respecto.
En el libro Investiguemos de Decimo de Voluntad (Gómez, Rodríguez & Caicedo, 1989) se encuentra que el objetivo de trabajar la temática de Enlace es el de explicar la estabilidad química y el por qué los átomos se entrelazan y cómo lo hacen; para esto propone que los átomos se entrelazan con el fin de buscar el estado más estable posible, afirma que “entre todos los posibles estados en los que se puede encontrar un cuerpo siempre hay uno que es más estable que los demás” (pág. 61), lo ejemplifica mediante la siguiente analogía: “entre todas las posibles posiciones que puede tener una regla con respecto a una mesa, la posición más estable es aquella en la que descansa el máximo de su superficie sobre la mesa; una vez en esta posición, si no interviene una fuerza externa, la regla no se moverá” (pág. 61), así mismo, si los átomos se unen para formar moléculas, esto se debe a que el estado en que se encuentran cuando están unidos es más estable que cuando estaban separados; y para explicar cómo es ese estado, el más estable, hace uso de la regla del octeto y de lo que denomina mecanismos de enlace: transferencia y compartición de electrones, esa transferencia o compartición de electrones define las diferentes clases de enlace: iónico, covalente y metálico.
Algo similar se expone en la Química de grado Decimo de Educar Editores (Gutiérrez & Poveda, 1984) donde se afirma que “los átomos se unen para formar compuestos cuyas características químicas son definidas, con mayor estabilidad energética que los átomos que los forman” (pág. 59), esta estabilidad se obtiene gracias al proceso de formación del enlace químico que obedece a un mecanismo electrónico de ganancia, perdida o compartimiento de electrones entre los átomos que se unen, con el fin de adquirir la estructura electrónica del gas notable más cercano a través de la regla del Octeto. En otro libro de la misma editorial (Poveda, 1997, pag. 117) se cita a Pauling en la introducción al tema de la siguiente manera: “existe un enlace químico entre dos átomos o grupos de átomos cuando las fuerzas que hay entre ellos son tales que conducen a la formación de un agregado con estabilidad suficiente para que pueda el químico considerarlo como una especie molecular independiente”, y luego hace la misma exposición que el anterior.
En los tres libros presentados, el enlace químico se expone luego de las temáticas relacionadas con los modelos atómicos de la materia y antes de las relacionadas con los estados de la materia y sus propiedades.
En la Química Universitaria de Prentice Hall (Garritz, Gasque & Martínez, 2005) se afirma que los modelos de enlace químico se han ideado con el fin de facilitar el estudio, entender y predecir las propiedades de los materiales; “decir que un enlace es metálico, covalente o iónico es una forma de manifestar el modelo que se ha utilizado para explicar las propiedades de un determinado compuesto” (pág. 104), se expone entonces que los modelos de enlace químico proponen el tipo de enlace que se forma en un compuesto y puede predecir algunas propiedades del mismo como su comportamiento frente al paso de corriente eléctrica o la magnitud del punto de fusión, así mismo puede dar luces frente al estudio de la cristalinidad o la solubilidad de dicho compuesto. Estas explicaciones las resume en el siguiente grafico (pág. 103).
Sólidos
Estos autores presentan el interés que ha existido de indagar sobre el por qué se forman unos compuestos y otros no a partir de un grupo de elementos, así como el de entender, explicar y predecir el comportamiento de un compuesto en presencia de otro u otros desembocando en el desarrollo de una serie de modelos que intentan sistematizar las propiedades de los compuestos, es así como encontramos las características planteadas para un compuesto que presenta enlace iónico, covalente o metálico.Aunque la presentación de la temática que este texto hace varía considerablemente de los textos escolares, el enlace químico se expone nuevamente luego de las temáticas relacionadas con los modelos atómicos de la materia.
De igual manera se encuentran en todos los libros las diferentes tablas que presentan los distintos grupos funcionales con el objeto de evidenciar que las propiedades de los compuestos no solo dependen de su composición, sino también del arreglo de los átomos que los forman. Nuevamente se aprecia el interés de sistematizar a través de una serie de agrupaciones o categorías los diferentes compuestos con el fin de explicar y predecir su comportamiento a través de una serie de modelos.
Como se observa en los textos escolares se parte del “tipo” de enlace, grupo funcional o estructura molecular para explicar el comportamiento de las sustancias a nivel experimental (solubilidad, puntos de fusión y ebullición, red cristalina, etc.), y aunque el texto universitario parte de las evidencias experimentales presentadas por las sustancias en cuanto a conductividad eléctrica, expone este tema luego de la presentación de los modelos atómicos, esto produce un inconveniente en el desarrollo del aula de las diferentes temáticas, debido a que el estudiante debe partir de algo abstracto del que no tiene referencia motivo por el cual no lo puede anclar a su estructura conceptual y metodológica, es decir, debe partir de un modelo icónico y abstracto para explicar el comportamiento de las sustancias, omitiéndose el hecho de que el estudiante ha estado en contacto con el comportamiento de las sustancias a lo largo de su vida.
Al navegar por el recorrido histórico en el que se fueron presentando y sustentando los diferentes modelos de enlace químico, grupos funcionales y estructura molecular, se observa la preocupación que siempre ha existido por sistematizar el comportamiento de las diferentes sustancias en el ámbito cotidiano y en el experimental. En su preocupación los diferentes investigadores han recaudado gran cantidad de información al observar cómo se comporta una sustancia frente a la corriente eléctrica, frente a la luz, en presencia de diferentes solventes, frente a otras sustancias, etc. Información sobre la cual han desarrollado modelos que se ajustan a las evidencias experimentales y de esa manera han sustentado sus explicaciones al interior de la comunidad científica, es decir, la juiciosa sistematización de las propiedades fisicoquímicas que presentan las sustancias han concluido en el desarrollo de posibles explicaciones a su comportamiento mediante la construcción de los diferentes modelos de enlace, grupo funcional y estructura.
Este hecho no es comúnmente presentado a los estudiantes en el aula, y como se presento tampoco es expuesto en los libros de texto, se parte del modelo como si éste hubiese existido previo a las sustancias y su comportamiento, cuando se inicia en clase la presentación de las temáticas partiendo de la exposición conceptual de los “tipo” de enlace químico, grupo funcional o estructura molecular, el estudiante presenta dificultades para asociar lo que se le ofrece en el aula con lo que vive en la cotidianidad y crea para él la existencia de dos mundos diferentes: el aula y la vida cotidiana.
Una situación diferente se evidencia cuando al estudiante se le acerca al estudio de la química desde el análisis del comportamiento de sustancias de uso común en actividades cotidianas, por ejemplo cuando se le invita al estudiante a analizar el comportamiento de una pastilla de Alka-Seltzer, este es un elemento que conoce y ha utilizado o alguien cercano a él lo ha utilizado. El estudiante propone explicaciones desde sus concepciones acerca de lo que observa de la pastilla fuera de su empaque y al colocarla en agua, es más, si este ejercicio se ha realizado frecuentemente, el estudiante se aventura a proponer modelos icónicos o simbólicos y los utiliza para explicar el comportamiento que observa. Las explicaciones y los modelos propuestos son validos en el aula y mediante la socialización y argumentación se pueden unificar, o dividir aun más, las tendencias que se evidencian. En este proceso el estudiante se aproxima al trabajo que se ha realizado al interior de la comunidad científica de investigadores de la Química desde sus inicios, y si la socialización lo admite se puede evidenciar que cada una de las explicaciones o modelos propuestos son diferentes maneras de ver la realidad y que todos son validos desde su argumentación, adicionalmente, la situación le permite conectar permanentemente lo trabajado en el aula y la cotidianidad.
En mi opinión, al acercar al estudiante a los comportamientos de un compuesto frente a otros compuestos o al someterlo a procesos físicos o químicos, al orientarle mediante una sistematización de las diversas evidencias que se encuentran durante las prácticas en el laboratorio con el fin de organizar la información obtenida, y al invitarle a presentar una posible explicación de los hechos observados basándose en dicha sistematización, se le hace partícipe del interés que ha existido al interior de la Química por entender, explicar y predecir el comportamiento de una sustancia.
Bibliografía
Garritz, A., Gasque, L. & Martinez, A. (2005). Química Universitaria. México: Pearson Educación.
Gómez, M.; Rodríguez, C. & Caicedo, H. (1989). Investiguemos Química. Bogotá: Voluntad.
Gutierres, L. & Poveda, J. (1984). Química 1. Bogotá: Educar Editores.
Poveda, J. (1997). Química 10°. Bogotá: Educar Editores.
Modelo del concepto del concepto de enlace químico
Eliana Carolina López Rodriguez
La historia nos enseña
que los hechos del hombre son definitivos
la perfección estática no sirve
ni un insuperable saber último.
Bertrand Russell.
A través de la historia se han venido presentado modelos que han permitido estar al tanto del desarrollo histórico del estudio de la química, los cuales han dado a conocer los diferentes postulados que se enmarcan en este campo.
Para hacer una reflexión sobre la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias se hace pertinente realizar una revisión literaria de textos científicos, donde nos permiten conocer el proceso de evolución de los diferentes modelos que se han empleado para la enseñanza de la química y en especial el tema de enlaces químicos. Los postulados de los científicos nos han proporcionado una información sobre la formación de los enlaces desde sus investigaciones, investigaciones que hoy en día no se transmiten en el aula de clase. Según Sánchez (2006), el modelo del profesor que se deriva de la investigación didáctica y de la reforma educativa se tienen dos vertientes: Por un lado ha de ser un mediador en los procesos de aprendizaje con el objetivo de facilitar la construcción de conocimientos (Osberne y wittrock 1983) y por otro lado se debe estar atento a la investigación educativa publicada y sobre todo a la propia investigación en el aula, para poder mejorar las estrategias (Shon 1993). Esta perspectiva contrasta claramente con la concepción tradicional en la que el profesor se limita a la transmisión y recepción de los contenidos, evaluando lo que los alumnos recuerdan el aprendizaje resultante es memorística y poco o nada funcional. Los avances en la comprensión en el uso de los procesos cognitivos de los individuos y de los modelos de procesamiento de la información contribuyeron al cambio de perspectiva sobre las estrategias de dirección de aula. Cabe resaltar que no se ha da prioridad a la historia del enlace y no se menciona el fundamento epistemológico que este tiene.
Para entablar un fundamento de enlace químico se hace pertinente mencionar que el enlace químico era de naturaleza eléctrico, para esto traeré a colación los diferentes postulados que los científicos han dado, según los experimentos de William Nicholson (1753-1815) y Anthony Carlisle (1768-1840) lograron descomponer el agua en hidrógeno y oxígeno mediante el paso de la corriente eléctrica lo que se denomino como electrólisis.
El experimento de Nicholson y Carlisle según Asimov (1975), era recoger el hidrógeno y el oxígeno en tubos separados a medida que burbujeaban, el resultado de esto es que se había formado un volumen de hidrógeno justamente doble que de oxígeno. El hidrógeno era el más ligero en peso, con toda seguridad, pero el mayor volumen indicaba que podía haber más átomos de hidrógeno que de oxígeno en la molécula de agua.
De acuerdo a los experimentos sobre electrólisis Humphry Davy (1778-1829), él diferenció elementos de compuestos; lo cual condujo que en 1807 descubriera el sodio y el potasio, haciendo pasar la corriente eléctrica a través de álcalis fundido.
Berzelius, desde 1802, descubrió que las sales alcalinas se descomponían en ácidos y bases durante la electrólisis. Este hallazgo fue, para él fundamento de su teoría electroquímica, de 1819 y de su sistema dualístico (materia-electricidad). Según Berzelius, la electricidad era el primun movens de todos los procesos químicos. Para él los átomos de los diversos elementos eran considerados dipolos eléctricos con carga predominante positiva o negativa, a excepción del hidrógeno que era neutro.
Respecto a lo anterior Berzeius negaba la posibilidad de existencia de moléculas poli atómicas con átomos del mismo elemento. De acuerdo con la hipótesis de que los átomos tenían cargas eléctricas, ordenó los elementos en una serie electroquímica, desde el más electropositivo (el potasio) hasta el más electronegativo (el oxígeno en esa época) pasando por el hidrógeno. Su sistema dualístico basado en el principio dipolar fue la base de su concepción de las combinaciones químicas.
Berzelius mencionaba que un elemento presente en un compuesto podría ser sustituido por otro siempre que tuviera el mismo carácter eléctrico, lo cual podía ser demostrado en gran variedad de experimentos, pero al aplicarlos a los compuestos orgánicos los resultados no fueron los esperados. Se podría evidenciar en las reacciones en donde el hidrógeno (neutro) era sustituido por elementos negativos sin que se observaran grandes cambios en las propiedades químicas del compuesto obtenido respecto aquel con el hidrógeno como sustituyente. Respecto a lo anterior, Berzelius propuso distinguir los compuestos químicos orgánicos como aquellos que solo pueden ser formados a través de la acción de una fuerza vital, de los compuestos inorgánicos los cuales estarían guiados por las leyes físicas y químicas de la naturaleza no viviente.
Debido al fracaso de la teoría dualística de Berzelius para compuestos orgánicos y a la popularidad creciente de las investigaciones en este campo, las teorías electroquímicas del enlace fueron abandonados paulatinamente. Otra fuerza de la naturaleza debería ser responsable de la unión química en los compuestos orgánicos.
Posteriormente a Berzelius, el sueco Tobern Olof Bergman (1735-1784) y el francés Claude Louis Berthollet (1784-1882), atribuyeron la estabilidad del enlace químico a la fuerza gravitacional que actúa en las partículas que lo forman. Sin embargo resulto que la afinidad química no correspondía a las masas de los átomos para formar moléculas.
Lo citado anteriormente en el capitulo 1 de la historia de quimica del siglo XIX, es para visualizar lo que los libros de textos no han implementado, ya que estos no han realizado una conexión del contexto con la historia haciendo complejo la recpción de los conceptos y la aplicabilidad a los mismos.
Según Peña (2008), la química considera una gran diversidad de experimentos los cuales no tienen siempre una sola explicación. La distancia histórica ayuda a entenderlo así.
El estudio que se ha realizado a cerca del modelo de enlace químico, ha permitido a los educadores dar explicaciones a los estudiantes sobre los fundamentos de química orgánica, los comportamientos químicos de las distintas sustancias al igual que dan la explicación del porque de la reactividad y combinación.
Como conclusión es pertinente enunciar que la investigación en ciencias no es un hecho aislado, individual y casual, como la historia de los libros de textos, parece mostrarla, y que para el afianzamiento de las teorías fue necesario la intervención de muchos otros científicos, como dirían otros, “caminar a hombros de gigantes”.
Bibliografía
Sánchez Piso José (2006), Cinética química en la enseñanza secundaria. Trabajo para optar al título de Licenciado en ciencias Químicas, Universidad Santiago de Compostela.
Chamizo G. Modelos de enlace Químico. Enseñanza de las ciencias
De La Peña Luis (2008), Ciencias de la materia génesis y evolución de sus conceptos fundamentales siglo veintiuno editores, S.A.
Estructura, Función y Enlace Químico: Conceptos fundamentales para la enseñanza de la Química
Heidi Ximena Delgado Monroy
Generalmente en la clase de química se exponen y emplean muchos conceptos y términos que pueden llegar a no tener ninguna trascendencia o explicación valida e importante para el estudiante, se parte de la suposición de que ellos comprenden o interpretan conceptos como enlace, función química o estructura química, pero resulta que en ocasiones no se trata de nada mas, que de una repetición de definiciones o de aplicación de reglas de nomenclatura, secuencias de algoritmos y símbolos, en donde se deja de lado la verdadera importancia y relevancia de los mismos. Además se debe tener en cuenta que si no se logra la comprensión de estos, el estudio de la química se convierte en un cumulo de definiciones que explican el mundo de las sustancias de una manera tan abstracta que resulta irreal para el estudiante.
Por otro lado es importante resaltar que estos son conceptos que han tenido una construcción histórica, que algunas veces pasa desapercibida o casi reducida a una definición muy pobre de lo que realmente implican. En la clase de química, se habla de la estructura de los compuestos, de sus propiedades y nomenclatura, y en ocasiones se hace uso del laboratorio para hacer demostraciones de lo que se estudia teóricamente, pero muy pocas veces se hace referencia a las implicaciones que tiene el estudio de la estructura de las sustancias y de cómo contribuye a la explicación de los fenómenos que hacen parte del estudio de la materia.
Pero es que, incluso los mismos docentes en ocasiones quedan cortos en argumentos y explicaciones que puedan fundamentar adecuadamente al estudiante, esto debido a que en la formación docente no se promueve o desarrolla la profundización y comprensión de estos conceptos, que son fundamentales para la aprensión de la química (Ferro, González & Cruz, 1995). Cabe resaltar que aun la actualidad, se le da mayor importancia a la cantidad de contenidos que puedan abarcarse en el aula que a la calidad de la misma enseñanza y de su trascendencia en el aprendizaje de los estudiantes.
Comúnmente cuando se define el concepto de estructura, se hace referencia a la composición que posee la sustancia, y de la organización que tienen los átomos dentro de esta, además se presentan una serie de graficas con el fin de ilustrar como se distribuyen los elementos en el espacio y de cómo se cumple con algunas reglas establecidas para los diferentes tipos de compuestos, esto se explica en términos atómicos (partiendo del pensamiento de que el estudiante cree y acepta que las sustancias están compuestas de átomos, además porque se hace necesaria esta existencia, ya que en esto se basa la teoría del enlace). También se incluye cómo influyen estas características en la reactividad del compuesto o sustancia, si será soluble o no, (particularmente en agua, que es el compuesto conocido como solvente universal, aunque muchas veces se afirma esto, dando una explicación acerca de la polaridad de la molécula del agua, pero no se hace ningún paralelo con su comportamiento fuera del papel). Además, se incluye que energía se debe emplear para romper los enlaces que posee la misma, si es combustible o no, todo esto partiendo de la clasificación de la sustancia como compuesto iónico o covalente, que es la clasificación mas general que se realiza en los libros de texto, en donde se habla que propiedades como: Punto de Fusión, Punto de Ebullición, Solubilidad, Formación de Redes Cristalinas, Conductividad, entre otras, atribuyéndole todas las propiedades que tiene la sustancias a los enlaces que se forman dentro de su estructura, pero muy pocas veces se hace la reflexión, acerca de cómo se llego a establecer esta clasificación, y los estudiantes terminan entendiendo que el estudio de las sustancias se debe hacer a partir de su estructura, ya que esta nos brinda toda la información que necesitamos, y se deja relevado a un segundo o tercer lugar que el comportamiento de la sustancia y sus propiedades se establecieron, partiendo del estudio experimental, y no de la enunciación teórica de una formula química. Un ejemplo de esto lo podemos evidenciar con el estudio de las sustancias aromáticas, las cuales exigieron un gran trabajo experimental, que pudiera dar las bases, para plantear teóricamente la formula que correspondiera con esos comportamientos, y fue Kekulé uno de los personajes que dio las bases para la comprensión de estas sustancias, planteando la estructura del anillo bencénico, que aunque en la actualidad se representa diferente a como en aquella época se planteo, pero que se hace en explicación a aquellos comportamientos que posee el benceno y sus derivados, que en su mayoría son líquidos insolubles en agua y solubles en disolventes polares que lógicamente presentan numerosas afinidades de comportamiento, tanto físico como químico con el benceno. A pesar de su escasa reactividad participan activamente en las reaccione de sustitución.
Una representación del anillo de benceno que aparece en una de las ediciones del manual de Kekulé "Lehrbuch der organischen Chemie", que ya se parece a la que se conocería más tarde como estructura de Kekulé.
© Edgar Fahs Smith Memorial Collection, Department of Special Collections, University of Pennsilvania Library. Tomado de: http://www.quimicaorganica.net/biografias.html
Por otro lado cuando se habla del concepto enlace se encuentra que este es definido la mayoría de veces como un conjunto de fuerzas en interacción, en donde la formación de un enlace le confiere a las diferentes sustancias propiedades características, que permiten identificarlas, según sea su tipo de enlace, además se puede explicar el comportamiento de las mismas a través de modelos explicativos no solo a nivel microscópico, sino también macroscópico.
Y finalmente cuando se habla de función química, encontramos definiciones como:
- Una función química es una agrupación de compuestos con propiedades químicas semejantes. El comportamiento común, se debe a los grupos funcionales.
- Se llama función química al conjunto de propiedades comunes que caracterizan una serie de sustancias, lo cual permite diferenciarlas de las demás. Estas sustancias tienen un comportamiento propio y especifico en los procesos químicos.
Pero esta definición no tiene en cuenta en ningún momento cuales fueron las bases experimentales, para poder llegar a plantear que en las sustancias inorgánicas o química mineral como se conocían antiguamente, los radicales o grupos funcionales como se denominan hoy ,son simples, y que en la química orgánica los radicales son compuestos, y que no se llego a esta conclusión a partir de formulas matemáticas o derivados teóricos, sino que fue a partir del estudio experimental que se pudo establecer como en la química mineral se podían describir los comportamientos de las sustancias, a partir de sus constituyentes y como se presento una gran dificultad al encontrar que las sustancias orgánicas todas estaban compuestas por C, H, y O, principalmente, y que se hicieron necesarios nuevos planteamientos teóricos para poder explicar cómo se comportan las sustancias, dejando esto otra evidencia de que los modelos se realizan para explicar el comportamiento de las sustancias y no que las reacciones o las propiedades de una sustancia obedecen y quedan plenamente establecidos por su formula química.
La química está basada en conceptos como el de estructura, función y enlace, que la mayoría de las veces en las aulas de clases se explican de manera secuencial, teórica y poco dinámica, dejando de lado todo el constructo de conocimiento que fue necesario para llegar definirlos y la importancia que tienen en la explicación de los fenómenos y comportamientos que exhiben las sustancias (Jurado & Parga, 2009). Además es importante señalar que los docentes muchas veces explican los conceptos, como cuerpos de conocimientos verdaderos e irrefutables, dejando de lado todo el conocimiento histórico – epistemológico que los rodea y que es fundamental para la compresión de los mismos. Asimismo se debe tener en cuenta que el estudio de la química exige altos niveles de abstracción, que le permitan al estudiante comprender como funciona el mundo tanto microscópicamente como macroscópicamente, y que el docente esta en obligación de desarrollar, teniendo como alternativa el uso de los comportamientos que tienen las sustancias a nivel experimental para así poder llegar al establecimiento de planteamientos teóricos que le faciliten al estudiante la comprensión de los fenómenos que se estudian desde la química.
Entonces para nosotros como docentes surgen preguntas como la siguiente, que deben seguir inquietándonos, para que la enseñanza mejore cada vez más, y sea de verdad un proceso de construcción de conocimiento.
¿Cuáles son los elementos fundamentales que se deben tener en cuenta para que la enseñanza de la química sea algo más que un cumulo de contenidos, y se convierta en un cuerpo de conocimientos que le permita al estudiante no solo comprender e interpretar el mundo químicamente, sino que además tenga las herramientas para actuar frente a este?
Bibliografía
Jurado, R., Parga, D. (2009). Conocimiento didáctico del contenido curricular en química: la selección de contenidos para enseñar el concepto de estructura en química orgánica. Tecne, Episteme y Didaxis. Extraordinario. 134 -139
Chang, R., College, W. (2002). Química. Colombia: McGraw Hill
Ferro, V., González, R., Cruz, Z. (1995). Una reflexión curricular sobre la enseñanza de la estructura de la sustancia en la formación de profesores de química. Enseñanza de las Ciencias.13. 371-377.
García, A., Aubad, A., Zapata, R. (1985). Hacia la química 2. Bogotá: Editorial Temis.
García R., A. et al. (1985). Hacia la Química 1. Bogotá: Editorial Temis.
Montoya P., R. (1990). Química Moderna. 10 Grado. Bedout. Medellín.
Poveda, J. (2003). Química 10. Bogotá: Educar.
Restrepo, F., Restrepo, J. (1989). Hola Química. Tomo I. Medellín: Susaeta Ediciones.
Whitten, K., Davis, R., Peck, M. (1998). Química General. España. McGraw Hill.
Milena Alcócer Tocora
Resumen
El presente ensayo tiene como objetivo central desarrollar una reflexión acerca de las diferentes problemáticas que se presentan en enseñanza de conceptos químicos básicos tales como la estructura, el enlace y la función química; Se plantea como el pensamiento químico se caracteriza por ser complejo, esté, debe ser considerado como un proceso en el que se integre simultáneamente los tres niveles (macroscópico, microscópico y simbólico). La enseñanza de la química implicaría entonces, trabajar los tres niveles sobre los mismos fenómenos ocasionando un aprendizaje de manera simultaneo en los tres niveles de pensamiento. Igualmente, se menciona la especial importancia que se debe tener en la búsqueda de las posibles soluciones que se presente al problema del tratamiento de los contenidos sobre la estructura de la sustancia, debido a la significación predominante que estos tienen dentro del sistema de conocimientos químicos.
Palabras Claves: Enseñanza y aprendizaje de la química, conceptos químicos, niveles de pensamiento.
La enseñanza de los conceptos químicos ha sido caracterizada a lo largo de los años por la simple transmisión de modelos, los cuales en su mayoría están totalmente descontextualizados de las diferentes problemáticas con las que se debe enfrentar el estudiante a diario. Según Galagovsky (2005), la química como ninguna otra disciplina científica comprende conceptos que son completamente abstractos que sirven para interpretar las propiedades macroscópicas de los sistemas materiales y sus cambios. De acuerdo a lo anterior, esta misma autora también plantea que para conseguir una adecuada interpretación de los conceptos químicos se hace necesario trabajarlos en tres niveles de pensamiento macroscópico, microscópico y simbólico.
Según el planteamiento presentado en el párrafo anterior el pensamiento químico se caracteriza por ser complejo. La enseñanza de la química implicaría entonces, trabajar los tres niveles sobre los mismos fenómenos, de manera que estén perfectamente conectados unos con otros durante la instrucción para que el estudiante pueda conseguir una adecuada comprensión conceptual; De acuerdo a esto, y en pocas palabras se debería pensar en el aprendizaje como un proceso ocurrido de manera simultánea en los tres niveles de pensamiento. (Rocha,2008)
Actualmente, en las instituciones educativas de la básica y media e incluso en el nivel superior se presentan contenidos aislados que están en contravía de los planteamientos presentados anteriormente, los textos didácticos en su mayoría recogen los conceptos en forma general; dichos conceptos no profundizan en las implicaciones que cada uno de estos poseen y en ocasiones presentan una imagen pobre y deformada de los contenidos de la química. Según Fernández et al (2002), se hace igualmente relevante mencionar que un buen docente debe mostrar un amplio conocimiento de su disciplina, lo cual implica conocer entre otros aspectos, la historia y la epistemología de tal forma que este en la capacidad de identificar los diferentes problemas y obstáculos históricos que en ultimas han permitido que los conceptos hayan podido evolucionar en las diferentes épocas y contextos sociales.
En el proceso de enseñanza de la química aparecen diversos conceptos, modelos y símbolos; sin embargo, la química va mas allá de ellos, debe considerarse desde el punto de vista conceptual como un entramado sobre el que se sustenta todo el conocimiento acerca de la relación existente entre la estructura de las sustancias y sus propiedades. Un ejemplo de este planteamiento se puede identificar cuando se analizan los conceptos de átomo, compuestos y reacción químicas, los cuales serian necesarios para el estudio de la termodinámica, el modelo cinético molecular, entre otras unidades teóricas con elevado nivel de abstracción, conforman un entramado conceptual que presenta una característica esencial: el significado de un concepto especifico está determinado con su interrelación con otros. Se genera así, una trama conceptual que determina el contexto en el que ese significado especifico tiene sentido (Rocha, 2008)
Los conceptos que se utilizan en química no tienen un medio sencillo y directo de ser percibidos por los estudiantes; Por ejemplo, cuando se habla de átomo, electrón, fotón compuesto etc. No existe una forma tangible de acercarlos al concepto debido a que en su mayoría son totalmente abstractos, teniendo en cuenta esta problemática se han generado diferentes modelos y representaciones que permiten acercar al estudiante al concepto de una forma más real.
Según Johnstone (1982), las problemáticas planteadas anteriormente se deben abordar desde los tres niveles: descriptivo y funcional, de representación y explicativo; en el nivel descriptivo y funcional los químicos manejan, observan y describen propiedades de los materiales y como así también las transformaciones de unos materiales en otros reconocidas a través del cambio en las propiedades. Para explicar que las sustancias químicas se comportan de determinada manera recurren a átomos, moléculas, iones, esto es, a nivel explicativo. La forma de representar estas sustancias y los cambios que ocurren, en este sentido, las formulas químicas y las ecuaciones son utilizadas como las principales herramientas del nivel de representación.
Profundizando un poco lo anterior es relevante tener en cuenta las implicaciones que tienen los niveles de pensamiento planteados por Johnstone; el nivel macroscópico corresponde a las representaciones mentales adquiridas a partir de la experiencia sensorial directa. Este nivel se construye mediante la información proveniente de los sentidos y basada en propiedades físicas, incorporando entonces la temática de la experimentación; entre tanto, lo submicroscopico se refiere a las representaciones abstractas o modelos que tienen en su mente los “expertos” en las temáticas químicas, las cuales se encuentran asociadas a esquemas de partículas, un ejemplo claro de esto son los círculos con los cuales se representan las moléculas, por ejemplo en los cambios de estado; este tipo de representaciones son utilizadas por el docente todo el tiempo para poder ilustrar muchos de los conceptos enseñados. En última instancia el nivel simbólico representa las formas de expresar los conceptos químicos mediante fórmulas, ecuaciones químicas, expresiones matemáticas, gráficas y definiciones.
De acuerdo a lo referenciado anteriormente por Johnstone y analizando la situación que rodea la enseñanza de la química actual, se hace evidente la marcada tendencia de los contenidos presentados en los diferentes textos que actualmente se consiguen en el mercado, en este sentido, se evidencia como común denominador un tipo de enseñanza transmisionista que en muchos de los casos se encuentra desligada de la vida personal y profesional de los estudiantes; se hace necesario entonces, presentar una reflexión acerca del deber ser y de las diferentes estrategias didácticas que se pueden llegar a desarrollar en el proceso de enseñanza y aprendizaje de una ciencia tan abstracta y en este sentido un poco compleja como la química.
Para lograr un verdadero cambio conceptual y metodológico en la enseñanza de la química Ferro, et al (1995) plantean que es importante tener en cuenta la solución que se presente al problema del tratamiento de los contenidos sobre la estructura de la sustancia, por la significación predominante que estos tienen dentro del sistema de conocimientos químicos. Según lo referenciado anteriormente a lo largo del tiempo los estudiosos de la didáctica de la química se han esforzado por las dificultades que plantea el estudio del aspecto estructural de la reacción química y de su método de investigación, sin embargo y aunque se han adelantado resultados al respecto, aun no se tiene la solución total a la problemática.
La distinción entre los aspectos conceptuales y metodológicos de los contenidos es de vital importancia para establecer la proyección y el sentido de su tratamiento. En el modelo didáctico de la formación de un cuadro químico del mundo de los estudiantes, se insiste en dar una proyección metodológica al sistema de conocimientos, de manera que los estudiantes puedan pasar de las formulaciones generales de los núcleos conceptuales a los conocimientos particulares. (Ferro y Gonzales-Jone, 1992)
Para finalizar el presente ensayo y como un ejemplo a todo lo mencionado anteriormente es importante resaltar lo propuesto por Ferro, et al (1995), en la reflexión curricular sobre la enseñanza de la estructura de las sustancias en la formación de profesores, allí se presenta una propuesta curricular que materializa y se contextualiza bajo la posibilidad de lograr un cuadro químico del mundo en la cabeza de los estudiantes, con lo cual se pretende la sistematización renovadora de los contenidos químicos durante la enseñanza y el aprendizaje de la química. En este sentido, la propuesta se fundamenta en tres partes: la diferenciación entre las contribuciones conceptuales y metodológicas de los contenidos de la enseñanza, la distinción entre los métodos clásico y cuántico en el estudio de la estructura de las sustancias y la diferenciación del contenido de las diferentes disciplinas del plan de estudio.
De acuerdo a lo anterior, los autores referenciados han encontrado que posiblemente el problema de la estructura de la sustancia se resuelve, desde sus inicios, reconociendo la interacción entre las partículas como una forma específica de movimiento del micromundo; idea que debe conducir el estudio del enlace químico, en contraposición a la percepción generalizada entre los estudiantes, del reposo y de la inercia respecto al estado estructural estable en las especies moleculares.
La formulación de la composición, la estructura y las funciones químicas son representaciones realizadas por los científicos para poder dar explicación a la conformación de los elementos presentes en el mundo material, son interpretaciones de los seres humanos en su afán de dar respuestas a sus problemáticas cotidianas. En este sentido, Se hace necesario continuar realizando esfuerzos por desarrollar estrategias que permitan potencializar la enseñanza y aprendizaje de los conceptos químicos mencionados en este documento de tal forma que puedan ser abordados desde visiones epistemológicas e históricas que le permitan al estudiante obtener elementos de juicio para establecer sus propias posiciones y porque no hipótesis que sustenten los fenómenos estudiados en la disciplina.
Referencias
Fernández, I, Gil, D, Carrascosa, J, Cachapuz, A y Praia, J, (2002). Visiones deformadas de la ciencia transmitidas en la enseñanza de las ciencias, (20) (3), pp. 477-488.
Ferro V.R, Gonzalez-Jonte, R.H, (1992).La formación de un cuadro químico del mundo en los estudiantes como modelo para la sistematización de los contenidos químicos. Studia Chemica. Sección didáctica, 17,pp.127-136
Ferro V.R, Gonzalez-Jonte, R.H y Cruz, Z, (1995). Una reflexión curricular sobre la enseñanza de la estructura de la sustancia en formación de profesores de química. Revista de enseñanza de las ciencias, 13(3), pp. 371-377.
Furio C, Solbes J, Furio C, (2005). ¿Cómo se presentan los conceptos y modelos en la enseñanza de la termodinámica? Visiones distorsinadas de la ciencia en los libros de texto.. Revista enseñanza de las ciencias, número extra. VII congreso.
Galagovsky L, (2005). La enseñanza de la química pre-universitaria: ¿Qué enseñar, como, cuando, para quienes? Química Viva, mayo, año/vol. 4, número 001.Universidad de Buenos Aires.
Johnstone, A.H, (1982). Macro and micro Chemistry. School Science review, 64 (227), pp. 377-379
Rocha A. L, (2008). Diseño de una propuesta didáctica y su contribución a la enseñanza y aprendizaje del tema equilibrio químico, para alumnos que ingresan a la universidad. (Tesis doctoral). Disponible en google libros. [1] Una representación icónica o grafica se refiere a la construcción de un concepto abstracto no observable.
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