EL CONCEPTO DE ENLACE QUÍMICO EN LIBROS DE TEXTO UNIVERSITARIOS
Giraldo Gálvez, Jaír Univalle – 2007
[email protected] @jairgiga
Resumen: Este artículo ofrece una discusión en torno a la manera como se presenta el concepto de enlace químico en los libros de texto universitarios, sin considerar una articulación entre otros conceptos relevantes como reacción química y cinética química. Palabras clave: Enlace químico, articulación de conceptos, libros de texto.
INTRODUCCIÓN
Es un hecho y una realidad que durante años los conceptos en ciencias se enseñan disgregados, en donde se muestra poca o nula relación entre ellos, y menos aún, hay una articulación entre conceptos. Esto lo consideramos concretamente con el concepto de enlace químico, ya que en este sentido el enlace químico es un concepto que posee un gran valor didáctico pues se relaciona con otros conceptos químicos, físicos y biológicos, como el de reacción química y cinética química, dentro de la química; y a su vez, en la química, existen conceptos que permiten comprender el enlace químico, por ejemplo, la estructura atómica y molecular de la materia (Griffiths y Preston, 1992), configuración electrónica, tabla periódica, electronegatividad, entre otros. Sin embargo, la manera como presentan el concepto de enlace químico en algunos los libros de texto universitarios, lo muestra desarticulado
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y con escasa relación con otros conceptos relevantes como los mencionados anteriormente.
Una investigación hecha por Solbes y Vilches (1991), en donde realizan un análisis de textos de física y de química sobre el tratamiento didáctico que aplican al concepto de enlace químico y la teoría de bandas, encuentran que en los textos la mayoría utilizan modelos precuánticos o clásicos para explicar los enlaces químicos; 88,24% no brindan un enfoque unitario de la teoría del enlace químico, y 90% no muestran las limitaciones que presentan los modelos teóricos sobre el enlace; la mayor parte no manifiestan directamente que la cohesión entre átomos se deba a una única fuerza: la electromagnética, se limita a utilizar explicaciones empíricas de la regla del octeto, sin evidenciar por qué es más estable; para el enlace covalente, algunos textos indican la existencia de una densidad electrónica internuclear pero no la utilizan para explicar la estabilidad; “ningún texto justifica cómo es posible el emparejamiento y la existencia de situaciones enlazantes, pese a haber introducido el spin” (Solbes y Vilches, 1991, pág. 56); “ningún texto presenta una relación sistemática entre las diversas estructuras de bandas y los distintos enlaces” (Solbes y Vilches, 1991, pág. 57); la mayor parte no muestran de forma expresa las propiedades de las sustancias con relación a los enlaces. De esta manera conciben, en primer lugar, que “la física moderna se yuxtapone o incluso se mezcla con las concepciones clásicas sin mostrar la existencia de una neta ruptura entre ambas” (Solbes y Vilches,
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1991, pág. 53), y en segundo lugar, que todos los errores presentes en los libros de texto hacen parte de la enseñanza/aprendizaje que se imparte.
En otras publicaciones De Posada (1993 y 1999) especifica que los textos no transmiten
una
visión
unificada
de
la
teoría
del
enlace
químico,
contrariamente, los conocimientos que ofrecen son fraccionados; sólo tratan de explicar el enlace recurriendo a teorías atómico-moleculares, y menos aún abordan aspectos históricos de la teoría del enlace; “la naturaleza del enlace covalente no es bien entendida… Una explicación podría encontrarse en la forma en que es impartido por los libros de texto” (De Posada, 1999, pág. 240); no dan tanta importancia a los enlaces de hidrógeno y de Van der Waals; ofrecen una idea esencialmente corpuscular del electrón e introducen el enlace metálico habitualmente como una definición; sólo postulan la existencia de iones pero no ofrecen aportes de la realidad de éstos y sus diferencias con los átomos; existe un conflicto de implicación didáctica debido a la gran similitud representativa entre la fórmulas de compuestos iónicos y moleculares; “la posición que el enlace tiene dentro de la química no es suficientemente explotada. Las relaciones establecidas entre el enlace y el resto de la química son realmente infrecuentes” (De Posada, 1993, pág. 352).
En un tercer estudio, realizado por Peterson y Treagust (1989) con estudiantes de 16 y 17 años encontró que un 23% no tiene en consideración
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la influencia de la electronegatividad y la desigual compartición del par de electrones en el enlace polar; un 25% indica que la geometría de las moléculas sólo se debe a la repulsión entre los pares de electrones enlazantes, un 22% considera que sólo se debe a la repulsión entre los pares de electrones no enlazantes y un 27% ve en la polaridad del enlace, un factor influyente en la geometría molecular; 34% reconoce que la polaridad de la molécula sólo depende de la diferencia de electronegatividad entre los átomos que forman cada enlace en la molécula; un 23% confunde las fuerzas intermoleculares con fuerzas dentro de las moléculas y un 33% como las fuerzas existentes dentro de una red covalente; por último, la concepción más común relacionada con la regla del octeto es que el número de enlaces covalentes formados por un átomo no metálico es igual al número de electrones en la capa de valencia.
Asimismo, Riboldi y otros (2004) estudian las ideas de un grupo de adolescentes preuniversitarios y universitarios, notando que entre los distintos tipos de enlace, le dan más relevancia al enlace iónico porque comprenden deficientemente el enlace covalente; relacionan muy poco el tipo de enlace con la estructura o representación de una sustancia; utilizan, sin un significado claro, términos tan elementales como proceso físico y proceso químico;
no
comprenden
de
manera
consciente
el
significado
de
espontaneidad de una reacción química, considerando influencias externas en una reacción que debe ser espontánea; en general “las concepciones
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alternativas de los individuos no han sido modificadas en grado significativo por la instrucción recibida” (Riboldi y otros, 2004, pág. 199) respecto a la enseñanza universitaria con la preuniversitaria.
Como hemos examinado, los resultados de las investigaciones que se han puntualizado muestran claramente como los libros de texto carecen de una imagen concertada y armónica del concepto de enlace químico, y señalan, al mismo tiempo, situaciones conceptuales poco acertadas que presentan los textos, que afectan de manera definitiva, la adecuada comprensión en los estudiantes, tanto del enlace químico como de la química en general. De igual
forma
se
manifiesta
visiblemente
una
dificultad
en
la
enseñanza/aprendizaje del conjunto de tópicos vinculados con el concepto de enlace químico, tanto en jóvenes en edad escolar como en sujetos universitarios, llevándonos a pensar, presumiblemente, que la propuesta de enseñanza y las explicaciones de los profesores están directamente correlacionadas a la forma como han sido formados; o más específicamente, los profesores dependen notoriamente de las elaboraciones de los libros de texto, ya que de una u otra forma son los elementos didácticos principales y de primera mano que los docentes emplean a la hora de programar sus clases.
Siguiendo con el anterior orden de ideas, consideramos que es esencial acotar nuestro trabajo, y para ser más precisos, vemos la necesidad de hacer
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un análisis de la propuesta presentada en algunos libros de texto universitarios con relación al concepto de enlace químico y su articulación con otros conceptos relevantes como reacción química y cinética química.
EL CONCEPTO DE ENLACE QUÍMICO PRESENTADO EN LIBROS DE TEXTO UNIVERSITARIOS Y CONTRASTADO CON LOS CONCEPTOS DE REACCIÓN QUÍMICA Y CINÉTICA QUÍMICA.
Como mencionamos anteriormente existen serias dificultades en la comprensión del enlace químico, incluso en estudiantes universitarios. Esto estaría arraigado tanto en la práctica de la enseñanza de los docentes, como en la técnica de estudio de los mismos estudiantes, dándose a presumir que “los docentes dependen de las elaboraciones de los textos para el desarrollo de su trabajo en la preparación de las clases, lo que se concreta en el uso masivo de los textos escolares” (Cantero; en Solarte, 2006), y adicionalmente a ello están los estudiantes, que son quienes se apoyan en estos textos para afianzar las explicaciones impartidas por los profesores. En otras palabras, tanto profesores como estudiantes utilizan libros de texto universitarios como fuentes confiables en su proceso de enseñanza-aprendizaje-evaluación (Solarte, 2006). De esta manera concebimos que en los libros de texto aparecen notables situaciones que presentan ambigüedades entre lo que la ciencia admite y lo
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que éstos muestran, así como también existen escasos vínculos o articulaciones entre los diversos conceptos que se tratan en los libros de texto y dentro de lo que la ciencia admite; según Kuhn (1962, pág. 20): “…hemos sido mal conducidos por ellos en aspectos fundamentales. Su finalidad es trazar un bosquejo del concepto absolutamente diferente de la ciencia que puede surgir de los registros históricos de la actividad de investigación misma.”.
Muestra y técnica de análisis
Para este análisis se toma como muestra tres libros de texto de química general que son utilizados ampliamente por la comunidad educativa, dato que lo podemos constatar con los programas de estudio de química de los diferentes planes académicos de algunas universidades, como se puede observar en los anexos 1, 2 y 3.
Asimismo, para examinar la presentación de contenidos en estos tres libros de texto, específicamente la presentación y articulación de los conceptos enlace químico, reacción química y cinética química, hemos utilizado una técnica de análisis de contenido en libros de texto que proporciona la selección de apuntes o características más relevantes. Para esto utilizamos sólo una parte de la técnica de análisis de contenido que emplea Malaver y otros (2004) y que hace referencia en su artículo. Ésta consiste en establecer
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unidades de análisis que pueden ser secciones del libro que vienen identificadas por títulos o encabezamientos, “indicando con ello una clara separación física entre las secciones, y quedan a juicio del investigador delimitar dónde comienza y termina una sección.” (Malaver y otros, 2004, pág. 443).
Resultados y discusión
Para evidenciar precisamente el problema con el concepto del enlace químico, donde algunos libros de texto universitarios pueden desorientar a los estudiantes incurriendo en errores, al presentar una tergiversación misma del concepto enlace químico, cuando abordan la teoría cuántica para describir y explicar solamente la formación del enlace covalente y de las moléculas, dejando de lado el enlace iónico y metálico y las sustancias que pueden formase de éstos como sólidos cristalinos y metálicos, presentamos a continuación un ejemplo particular de un libro de texto universitario.
Como se muestra en el texto 1, cuando inicia el tema de la teoría del enlace valencia (EV) se realiza una clara y acertada justificación de la necesidad de emplear la mecánica cuántica como sustituta de otras teorías que el texto ya
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Texto 1
mencionó anteriormente, esto con el objeto de explicar claramente la formación del enlace químico. Sin embargo, al comienzo del segundo párrafo señala que actualmente para explicar, tanto la formación del enlace covalente como la estructura molecular, se emplean dos teorías mecánicocuánticas que son la teoría del enlace valencia (EV) y la teoría de los orbitales moleculares (OM). Podemos notar que el texto no menciona la relación entre estas dos teorías y los otros tipos de enlace químico; aún más, realizando un análisis más detallado en todo este libro de texto, no hay referencia a dicha relación, sólo se hace alusión de forma muy somera, entre la teoría de bandas y los conductores y semiconductores para explicar el
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enlace metálico. No obstante, si realizamos una confrontación con lo que la ciencia establece, la física y la química señalan que estas dos teorías mecánico-cuánticas permiten la explicación tanto del enlace covalente, como del enlace iónico y del enlace metálico, así como de las estructuras de los compuestos que se forman por estos enlaces, entiéndanse como moléculas, sólidos cristalinos o metálicos (Villaveces, 1987; Clemente de la Torre, 2000). Tenemos claro que tanto la teoría del enlace de valencia y la teoría del orbital molecular son modelos y que cada uno independientemente no puede ofrecer todas las explicaciones al enlace químico, sin embargo, estos dos modelos unidos como parte de la mecánica cuántica ofrecen una visión unificada del enlace químico. En conclusión el autor obvia la explicación que genera la teoría mecánico-cuántica del enlace iónico y del enlace metálico, ya que esta teoría ofrece una descripción que incluye todo los tipos o clases de enlace químico. Por último, con este ejemplo podemos establecer como este libro de texto universitario sesga lo que se concibe en la ciencia; y como puede contribuir en la formación errada de los lectores que lo consulten como material de apoyo educativo.
Como un segundo ejemplo queremos presentar a continuación, la desarticulación de conceptos entre los diferentes capítulos de enlace químico, reacción química y cinética química en tres libros de texto universitarios:
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Tabla I. Texto 1 Reacción química Capítulo 3 Relaciones de Masa en las Reacciones Químicas - Masa atómica - Masa molar de un elemento y número de Avogadro - Masa molecular - El espectrómetro de masas - Composición porcentual de los compuestos - Determinación experimental de fórmulas empíricas - Reacciones y ecuaciones químicas - Cantidades de reactivos y productos - Reactivo limitante - Rendimiento de reacción Capítulo 4 Reacciones en Disolución Acuosa - Propiedades generales de las disoluciones acuosas - Reacciones de precipitación - Reacciones ácido-base - Reacciones de oxidaciónreducción - Concentración de disoluciones - Análisis gravimétrico - Titulaciones ácido-base - Titulaciones redox
Enlace químico Capítulo 9 Enlace Químico I: Conceptos Básicos - Símbolos de puntos de Lewis - El enlace iónico - La energía reticular de los compuestos iónicos - El enlace covalente - Electronegatividad - Escritura de las estructuras de Lewis - Carga formal y estructura de Lewis - El concepto de resonancia - Excepciones a la regla del octeto - Energía de disociación del enlace Capítulo 10 Enlace Químico II: Geometría Molecular e Hibridación de Orbitales Atómicos - Geometría molecular - Momentos dipolo - Teoría del enlace de valencia - Hibridación de orbitales atómicos - Hibridación en moléculas que contienen dobles y triples enlaces - Teoría del orbital molecular - Configuraciones de orbitales moleculares - Orbitales moleculares deslocalizados
Cinética química Capítulo 13 Cinética Química - La velocidad de una reacción - La ley de la velocidad - Relación entre la concentración de reactivos y el tiempo - Constantes de velocidad y su dependencia de la energía de activación y de la temperatura - Mecanismos de reacción - Catálisis
Tabla II. Texto 2 Enlace químico Capítulo 6 Enlace Químico y Nomenclatura Inorgánica - Enlace iónico - Formulación de compuestos iónicos - Estructura de compuestos iónicos - Enlace covalente - Enlaces covalentes polares y no polares - Momento dipolar - Fórmulas puntuales de Lewis para moléculas e iones
Reacción química Capítulo 9 Reacciones Químicas: Un Estudio Sistemático - Soluciones acuosas – Introducción - Clasificación de las reacciones químicas - Reacciones de combinación - Descripción de reacciones en soluciones acuosas - Reacciones de desplazamiento
Cinética química Capítulo 16 Cinética Química - Teoría de las colisiones de las velocidades de reacción - Teoría del estado de transición - Factores que afectan a las velocidades de reacción - Naturaleza de los reactivos - Concentración de los reactivos - Temperatura
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Tabla II. (Continuación) poliatómicos - La regla del octeto - Resonancia - Limitaciones de la regla del octeto para las fórmulas de Lewis - Introducción a los nombres de compuestos inorgánicos - Número de oxidación - Manera de nombrar los compuestos binarios Capítulo 7 Estructura Molecular y Teorías del Enlace Covalente - Teoría de la repulsión del par electrónico en la capa de valencia (RPECV) - Teoría del enlace valencia (EV) - Moléculas AB2 sin pares de electrones no-compartidos en moléculas A-lineales - Moléculas AB3 sin pares de electrones no-compartidos en moléculas A-plano - Moléculas AB4 sin pares de electrones no-compartidos en moléculas A-tetraédricas - Moléculas AB3 con un par de electrones no-compartidos en moléculas A-piramidales - Moléculas AB2 con dos pares de electrones nocompartidos en moléculas Aangulares - Moléculas AB con tres pares de electrones no-compartidos en moléculas A-lineales - Moléculas AB5 sin pares de electrones no-compartidos en moléculas A-bipiramidales triangulares - Moléculas AB6 sin pares de electrones no-compartidos en moléculas A-octaédricas - Compuestos que contienen enlaces triples - Resumen de geometrías moleculares y electrónicas - Geometrías de iones poliatómicos - Resumen Capítulo 8 Los Orbitales Moleculares en el Enlace Químico - Orbitales moleculares
- Reacciones de descomposición - Reacciones de metátesis - Reacciones de óxidoreducción – introducción - Reacciones químicas y periodicidad - El hidrógeno y los hidruros - El oxígeno y los óxidos
- Catalizadores - Mecanismos de reacción y expresión de la ley de velocidad - Ecuación de velocidad integrada: vida media de un reactivo
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Tabla II. (Continuación) - Diagrama de niveles de energía de orbitales moleculares - Orden de enlace y estabilidad de enlace - Moléculas biatómicas homonucleares - Moléculas biatómicas heteronucleares - Deslocalización y formas de los orbitales moleculares
Tabla III. Texto 3 Reacción química Capítulo 6 Reacciones Químicas: Introducción - Evidencia de que existe una reacción química - Ecuaciones químicas - Balanceo de ecuaciones químicas Capítulo 7 Reacciones en Solución Acuosa - Cómo predecir si va a ocurrir una reacción - Reacciones en las que se forma un sólido - Descripción de reacciones en solución acuosa - Reacciones con formación de agua: ácidos y bases Capítulo 8 Clasificación de las Reacciones Químicas - Reacciones de metales con no metales (óxidoreducción) - Manera de clasificar las reacciones - Otras maneras de clasificar las reacciones
Enlace químico Capítulo 12 Enlace Químico - Tipos de enlace químico - Electronegatividad - Polaridad del enlace y momento dipolo - Configuraciones electrónicas estables y cargas de los iones - Enlace iónico y estructuras de los compuestos iónicos - Estructuras de Lewis - Estructuras de Lewis de moléculas más complejas - Estructura molecular - Estructura molecular: modelo RPECV
Cinética química (Incluido dentro del capítulo de Equilibrio Químico) Capítulo 16 Equilibrio - Cómo se efectúan las reacciones químicas - Condiciones que afectan las velocidades de reacción - Estado de equilibrio - Equilibrio químico: un estado dinámico - La constante de equilibrio: introducción - Equilibrios heterogéneos - El principio de Le Châtelier - Aplicaciones de la constante de equilibrio - Equilibrios de solubilidad
Las anteriores presentaciones de contenidos en los libros de textos, para su mayor comprensión, pretende categorizar el segundo ejemplo que se quiere ilustrar (desarticulación entre capítulos), precisando los siguientes criterios:
I.
Relación entre conceptos en el mismo libro de texto.
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I.
II.
Contraste del concepto de enlace químico entre libros de texto.
III.
Concepciones sobre el enlace químico.
Relación entre conceptos en el mismo libro de texto
Podemos notar que el concepto de enlace químico no está integrado o relacionado dentro de los diferentes capítulos de reacción química y cinética química en cada uno de los libros de texto.
En los casos de los textos 1 y 3 podría objetarse que los capítulos de reacción química se encuentran antes de los capítulos de enlace químico, y por ello no articulan este último; sin embargo, el texto 2 concibe un orden diferente y tampoco lo realiza. No pretendemos dictaminar un orden de los conceptos dentro de los capítulos de los libros de texto, pero sí queremos argumentar que una manera de integrar estos conceptos sería realizar frecuentes referencias entre ellos. Los textos 1 y 3, a pesar de no haber tratado hasta ese momento el enlace químico, podrían señalar dentro de los capítulos de reacción química concepciones simples del enlace sin entrar en mayor profundidad con términos elaborados y propios del enlace químico; por ejemplo, explicar dentro de una reacción química qué enlaces son los que se rompen en los reactivos cuando originan nuevos productos. Por otro lado, el texto 2 ya ha dado una explicación amplia del concepto de enlace químico al llegar al capítulo de reacción química, debe tener en cuenta todo
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lo anterior y sumarle concepciones más profundas y propias del enlace como por ejemplo: el tipo de enlaces presentes en los reactivos y los productos, energía y estabilidad de enlace en la formación de productos, la estructura de las sustancias, etc.
De igual forma, notamos que en el capítulo de cinética química en los tres libros de texto no relacionan el concepto de enlace químico, sólo hacen alusión a éste, sin mayor trascendencia, cuando mencionan la ruptura de enlaces como factor que influye en la velocidad de reacción. Sin embargo concebimos que “los conceptos introducidos posteriormente deberán relacionarse de forma significativa con los expuestos en el tema de enlace.” (De Posada, 1999, pág. 241), ya que de esta manera “potenciaremos la posición que creemos que debe ocupar el tema de enlace químico como concepto estructurante.” (De Posada, 1999, pág. 241).
II.
Contraste del concepto de enlace químico entre libros de texto
En la presentación de los distintos capítulos se pueden apreciar notables diferencias. Como primera medida advertimos que el texto 1 abarca el enlace químico en dos capítulos; en el primer capítulo concibe una explicación clásica y en el segundo se enfoca en la descripción cuántica. El texto 2 organiza sus contenidos en tres capítulos: en un primer capítulo, al igual que el texto 1, concibe la explicación clásica del enlace pero articulándolo de
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manera final a la nomenclatura de compuestos inorgánicos; en un segundo capítulo se enfoca en la estructura molecular mediante el modelo RPECV y la teoría del enlace de valencia (EV); finalmente incluye un tercer capítulo para centrarse en la teoría de los orbitales moleculares para la interpretación del enlace químico. El texto 3, en divergencia con los dos anteriores, reúne sus explicaciones en un solo capítulo limitándose a la interpretación clásica del enlace químico, situación que nos parece muy simplificada pues deja de lado todo razonamiento actual y contemporáneo que la teoría cuántica fundamenta en la descripción del concepto de enlace químico.
De la misma manera, vemos como las representaciones puntuales de Lewis son tratadas desde un inicio en el texto 1 como herramienta esencial para explicar los tipos de enlace, pero los textos 2 y 3 las incluyen después de haber interpretado las diferentes clases de enlace químico. Una situación similar se puede establecer con el momento dipolar, los textos 2 y 3 aluden a éste después de tratar la polaridad de un enlace covalente y relacionarlo con la polaridad de las moléculas; no obstante el texto 1 lo introduce después de hacer énfasis en la geometría molecular para integrarlo a esta última. Igualmente, notamos cómo el concepto de electronegatividad no está articulado dentro de los capítulos de enlace químico en el texto 2, mientras que los textos 1 y 3 lo incluyen y lo fundamentan para establecer la polaridad de los enlaces y los tipos de enlace covalente.
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También apreciamos cómo el texto 1 enfatiza importancia a la noción de energía de enlace para explicar la estabilidad de compuestos iónicos (energía reticular) y moléculas (energía de disociación del enlace), sin embargo en los textos 2 y 3 no lo mencionan o lo hacen de una forma aislada. La anterior apreciación la podemos extender cuando algunos temas presentes en los textos 1 y 2, como por ejemplo resonancia, regla de octeto y sus excepciones, el texto 3 no los destaca, llegándose a pensar que no son trascendentes para una unidad de enlace químico.
En consecuencia con las anteriores apreciaciones notamos serias diferencias en la presentación del enlace químico en estos tres libros de texto, lo que denota que sus concepciones sobre el mismo tema distan entre sí unos de otros.
III.
Concepciones sobre el enlace químico en los libros de textos
Otro aspecto de esencial importancia a tener en consideración, es el significado que presentan estos libros de texto sobre el enlace químico. En este caso, se encuentran básicamente dos concepciones como se deduce de la Tabla IV:
La primera definición plantea el enlace químico esencialmente como fuerzas entre átomos que los mantienen unidos.
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La segunda definición, concibe el enlace químico como una tendencia de los átomos a adquirir una estabilidad electrónica o energética.
Tabla IV. Texto 1
Texto 2
Texto 3
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El texto 1 se ubica dentro de la segunda definición. Los textos 2 y 3 ofrecen tanto la primera como la segunda concepción; para explicar el enlace iónico lo hacen en términos de fuerzas electrostáticas y para el enlace covalente como una estabilidad electrónica-energética, notando de esta manera que las dos definiciones del enlace químico divergen y como es de esperarse crea dificultades y conflictos en los estudiantes y profesores que consultan los textos como apoyo para la comprensión de las temáticas.
Según Villaveces (1987, pág. 56) esta es una situación “…en la cual dos explicaciones distintas y no coherentes dan cuenta de hechos muy relacionados…”, y que ”…a pesar de lo cual nuestros libros de texto de química continúan reproduciéndola al hablar de dos tipos de enlace químico diferente: el covalente y el iónico.”; sin embargo continúa diciendo que “una de las grandes consecuencias del trabajo de…” la mecánica cuántica ”…sobre la química fue el haber permitido la eliminación de esta dualidad y la reducción a una sola teoría simple de todos los tipos de enlace químico" (Villaveces, 1987, pág. 56).
RECOMENDACIONES
Las apreciaciones que se han expuesto anteriormente nos permiten dar algunas sugerencias o recomendaciones, teniendo presente de antemano
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que no es el objetivo principal de este artículo, pero que pensamos son importantes y deben tenerse en cuenta para la implicación de este trabajo. Dentro de estas indicaciones consideramos que estos libros de texto deberían:
- Realizar una articulación del concepto de enlace químico con los conceptos de reacción química y cinética química, efectuando para ello constantes referencias al tema de enlace cuando se aborde el de reacción y cinética química, como por ejemplo describir los enlaces que se rompen y forman en una reacción química o al explicar un mecanismo de reacción, así como también ilustrar la estructura interna de las sustancias que intervienen en una reacción química.
- Ofrecer una explicación integral y unificada del enlace químico para los lectores que consulten el libro de texto como material de apoyo educativo, ya que coincidimos con autores quienes señalan que “el concepto de enlace químico es el concepto más valioso en química” (Pauling, 1992, pág. 521).
- Mostrar claramente el alcance que tiene la mecánica cuántica para explicar el enlace químico en su integridad; ya que a través de la historia sabemos que inmediatamente después del nacimiento de esta teoría se aplicó su estudio a moléculas encontrándose resultados sorprendentes; por ejemplo, en 1927, un año después de la publicación de los trabajos de Schrödinger y
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de su famosa ecuación, W. Heitler y F. London aplicaron la teoría mecánicocuántica al estudio de la molécula de hidrógeno, el resultado obtenido “fue la confirmación rotunda de que la estabilidad de la molécula o, dicho en otras palabras, el enlace químico, es perfectamente explicable en términos de cargas eléctricas” (Villaveces, 1987, pág. 57), es decir, el enlace químico se debía a la fuerza electromagnética entre átomos. Además, señala Villaveces (1987, pág. 61): “aunque el razonamiento que acabo de dar es estricto, y el gran aporte positivo de la obra de Schrödinger sobre nuestra concepción del enlace químico fue el haber mostrado que los átomos se unen para formar una molécula en virtud del equilibrio logrado entre las atracciones y repulsiones debidas a las cargas de electrones y de núcleos, no es ésta la explicación del enlace químico que se encuentra frecuentemente en nuestros libros de texto o en nuestros programas de bachillerato o de química general.”.
- Señalar que “la descripción cuántica es válida no sólo para el enlace covalente, sino también para el iónico, metálico, etc.” (Solbes y Vilches, 1991, pág. 54), y de esta forma realizar una mejor aproximación entre lo que se concibe en la ciencia con lo que se plantean en sus capítulos. Así mismo, tener en cuenta que las diversas clases de enlace químico como el iónico, covalente, metálico, etc. son modelos o concepciones clásicas del enlace, siendo útiles a la hora de explicar algunas situaciones químicas ya que nos ofrecen una gran aproximación en la interpretación de fenómenos, pero como
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tal son poco exactos o imprecisos en otras situaciones como por ejemplo al describir las propiedades magnéticas de las sustancias.
- Enseñar y explicar tanto la concepción clásica del enlace químico como la cuántica, pero estableciendo una clara ruptura entre las dos y precisando, en todo momento, que la concepción cuántica es la teoría más actual y acertada que se tiene en la ciencia para describir el enlace químico.
- Recopilar o elegir aspectos de la historia de las ciencias, o más específicamente, de la historia y epistemología de la química que permita una reflexión y discusión crítica del desarrollo del concepto de enlace químico; entre algunas particularidades podría tenerse en cuenta la teoría electroquímica del enlace químico formulada principalmente por J. J. Berzelius, la teoría de los tipos en la química orgánica (Stranges, 1984; Villaveces, 1989), la teoría electrónica de valencia planteada principalmente por R. Abegg así como su regla del octeto, y el desarrollo del enlace químico durante el primer cuarto del siglo XX impulsado por científicos como I. Langmuir y G. N. Lewis con su teoría de compartición del par de electrones (Jensen, 1984; Stranges, 1984; Pauling, 1984 y 1992) hasta el advenimiento de la mecánica cuántica.
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CONCLUSIONES
La discusión ofrecida en este trabajo alrededor de la forma como se presenta el concepto de enlace químico en algunos libros de texto universitarios y su relación con los conceptos de reacción química y cinética química permitió obtener las siguientes conclusiones:
- El concepto de enlace químico no se encuentra articulado con los conceptos de reacción química y cinética química en los libros de texto universitarios analizados, ya que las relaciones establecidas entre estos conceptos son infrecuentes y poco exploradas dentro de los diferentes capítulos que involucran estas temáticas; ofreciendo por ende una visión contraria de la ciencia como cuerpo de conocimiento integral y único.
- Los libros de texto considerados presentan ambigüedades entre lo que concibe la ciencia y lo que éstos indican, debido a que no se propone la explicación que ofrece la teoría mecánico-cuántica del enlace iónico y del enlace metálico (solamente lo hacen para el enlace covalente); sin embargo, esta teoría proporciona una descripción que abarca todas las clases de enlace “haciendo el enlace químico más útil y ayudando a sistematizar y simplificar la ciencia química” (Pauling, 1992, pág. 521).
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- Puede existir una desorientación en los estudiantes para comprender significativamente el concepto de enlace químico llevándolos a incurrir en errores, debido a que los libros de texto presentan una tergiversación misma del concepto enlace químico cuando afrontan la teoría mecánico-cuántica para describir y explicar únicamente la formación del enlace covalente y de las moléculas, sin tener en cuenta el enlace iónico y metálico y las sustancias que se originan de estos últimos tipos de enlaces.
- Apreciamos notables diferencias en la presentación del concepto de enlace en estos tres libros de texto universitarios, llevándonos a deducir que las concepciones de este tema difieren entre sí unas de otras y que la enseñabilidad del concepto de enlace químico en estos libros de texto dista de ser significativa para los estudiantes.
- Comúnmente se presentan dos definiciones del enlace químico: la primera que lo plantea como fuerzas de atracción (sin establecer su naturaleza) entre átomos, y la segunda como una tendencia a una estabilidad electrónica o energética; como es de esperarse estas definiciones divergen creando dificultades y conflictos en los estudiantes y profesores que consultan los textos como apoyo para la comprensión de este concepto.
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BIBLIOGRAFÍA
CANTERO S., Joan E. Los Nuevos Libros de Texto: El Currículo Real de la Reforma. Revista Investigación en la Escuela. 1997. No. 31. CLEMENTE de la Torre, Alberto. Física Cuántica para Filo-sofos. México. Fondo de Cultura Económica. 2000. DE POSADA, J. M. Estudio de los Constructos de los Alumnos y Análisis Secuencial de Libros de Texto en los Niveles de BUP y COU en Relación con la Estructura de la Materia y Enlace Químico. Enseñanza de las Ciencias. 1993. Vol. 11. No. 3. Págs. 351 – 353. DE POSADA, J. M. Concepción de los alumnos sobre el Enlace Químico Antes, Durante y Después de la Enseñanza Formal. Problemas de aprendizaje. Enseñanza de las Ciencias. 1999. Vol. 17. No. 2. Págs. 227 – 245. GRIFFITHS, A. K.; PRESTON, K. P. Grade-12 Student’s Misconceptions Relating to Fundamental Characteristics of Atoms and Molecules. Journal of Research in Science Teaching. 1992. Vol. 29. No. 6. Págs. 611 – 628. JENSEN, William B. Abbeg, Lewis, Langmuir, and the Octet Rule. Journal of Chemical Education. 1984. Vol. 61. No. 3. Págs. 191 – 200. KUHN, Thomas S. La Estructura de las Revoluciones Científicas. Santafé de Bogotá, D.C. Fondo de Cultura Económica. 2000. MALAVER, Manuel; PUJOL, Rafael y D’ALESSANDRO M., Antonio. Los Estilos de Prosa y el Enfoque Ciencia-Tecnología-Sociedad en Textos Universitarios de Química General. Enseñanza de las Ciencias. 2004. Vol. 22. No. 3. Págs. 441 – 454. PAULING, Linus. G. N. Lewis and the Chemical Bond. Journal of Chemical Education. 1984. Vol. 61. No. 3. Págs. 201 – 203. PAULING, Linus. The Nature of the Chemical Bond – 1992. Journal of Chemical Education. 1992. Vol. 69. No. 6. Págs. 519 – 521. PETERSON, Raymond F. y TREAGUST, David F. Grade-12 Student’s Misconceptions of Covalent Bonding and Structure. Journal of Chemical Education. 1989. Vol. 66. No. 6. Págs. 459 – 460.
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RIBOLDI, Liliana; PLIEGO, Oscar y ODETTE, Héctor. En Enlace Químico: Una Conceptualización poco Comprendida. Enseñanza de las Ciencias. 2004. Vol. 22. No. 2. Págs. 195 – 212. SOLARTE, M. Claudia. La Transposición Didáctica Aplicada al Concepto de Clasificación de los Seres Vivos en los Textos Escolares. Tesis de Maestría. Universidad del Valle. 2006. SOLBES, J.; VILCHES, A. Análisis de la Introducción de la Teoría de Enlaces y Bandas. Enseñanza de las Ciencias. 1991. Vol. 9. No. 1. Págs. 53 – 58. STRANGES, Anthony N. Reflections on the Electron Theory of the Chemical Bond: 1900 – 1925. Journal of Chemical Education. 1984. Vol. 61. No. 3. Págs. 185 – 190. VILLAVECES C., José Luís. Memorias del Seminario en Conmemoración del Centenario de Erwin Schrödinger. El Influjo de la Obra de Erwin Schrödinger sobre la Química del Siglo XX. Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Colección Enrique Pérez-Arbeláez No. 1. Bogotá. 1987. Págs. 53 – 65. VILLAVECES C., José Luís. Hacia una Historia Epistemológica de la Química. El Enlace Químico en el Siglo XIX. Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Colección Enrique Pérez-Arbeláez No. 3. Bogotá. 1989. Págs. 77 – 98. Texto 1: CHANG, Raymond. Química. Sexta Edición. Mc Graw-Hill. México. 1999. Texto 2: WHITTEN, Kenneth W. Química General. Tercera Edición. Mc Graw-Hill. México. 1992. Texto 3: ZUMDAHL, Steven S. Fundamentos de Química. Mc Graw-Hill. México. 1992.
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ANEXO 1
Química I Cod. Créds. Prerreq. 116052M 4
1. OBJETIVOS GENERALES - Familiarizar al estudiante con los objetivos y métodos de las ciencias naturales modernas. - Sentar los fundamentos conceptuales para los cursos posteriores de la carrera - Equipar al estudiante con las herramientas básicas necesarias para abordar la resolución de problemas químicos. 2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS - Introducir al estudiante el método científico - Familiarizar al estudiante con las teorías modernas de las estructuras de la materia y de sus cambios físicos. - Familiarizar el estudiante con el concepto de energía y con la energía de los cambios físicos de la materia. 3. METODOLOGÍA El curso consta de 48 horas magistrales y 12 horas de taller. Estas últimas se distribuirán a lo largo del curso, de acuerdo con las necesidades de la clase. 4. CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN 1.1. Interdependencia entre el hombre y la ciencia 1.2. Qué es la química 1.3 Teoría y realidad en química 1.4 La historia de la química 1.4.1 Desde el período prehistórico hasta 500 d. de J.C. 1.4.2 El período de la alquimia: 500 d. De J.C. 1600 1.4.3 El período médico-químico:1600-1750 1.4.4 Período de la teoría del flogisto: 1700-1777 1.4.5 El período moderno:1777 presente 1.4.6 Comienzos del siglo XIX hasta nuestros días 2. LA TEORÍA ATÓMICO-MOLECULAR PRECUÁNTICA 2.1 Los Griegos 2.2 Clasificación Macroscópica de la Materia: Elementos, Compuestos, Estados Fases, Mezclas. 2.3 Las Leyes de Estequiometría 2.4 La Teoría Atómico-Molecular de Dalton-Avogadro 2.5 Clasificación Microscópica de la Materia: Átomos, Moléculas, Agregados 2.6 Transiciones de Fase 2.7 El Enlace Electroquímico 2.8 Valencia 2.9 La Tabla Periódica 3. ESTRUCTURA DEL ÁTOMO Introducción 3.1 ¿Qué es un modelo?
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3.2 Teoría Atómica de Dalton 3.3 Naturaleza eléctrica de la materia 3.4 Descubrimiento del electrón 3.5 El Protón 3.6 Modelos atómicos de Thomson y Rutherford 3.7 Neutrón 3.8 Número atómico 3.9 Isótopos e isóbaros 3.10 El espectro electromagnético 3.11 Problemas con el átomo de Rutherford 3.12 Espectro de los elementos 3.13 Hipótesis cuántica de Plank 3.14 Efecto fotoeléctrico 3.15 Teoría de Bohr 3.16 Mecánica ondulatoria. Dualidad onda partícula 3.17 Principio de incertidumbre 3.18 La ecuación de onda. Modelo atómico actual 3.19 Especificación de los números cuánticos de orbital 3.20 Átomos con más de un electrón Reglas de Hund Propiedades magnéticas de los átomos Simetría 4. TABLA PERIÓDICA 4.1 Tabla periódica y tamaño atómico 4.2 Energía de ionización (E.1) 4.3 Afinidad electrónica 4.4 Electronegatividad Gases nobles Metales No metales Metaloides o semimetales 5. EL ENLACE QUÍMICO Introducción 5.1 Primeras nociones de enlace. Regla del octeto Teoría Orbital Molecular Enlace Covalente Molécula diatómicas Enlace Múltiple 5.2 Enlace covalente polar 5.3 Enlace iónico. Factores que influyen en su formación 5.4 Polarización y covalencia parcial 5.5 Enlace covalente 5.5.1 Teoría del enlace de valencia 5.5.2 Dirección del enlace y formas moleculares La geometría molecular Repulsión de pares de electrones Polaridad Molecular Hibridación Enlaces múltiples. Enlace sigma y pi 6. EL COMPORTAMIENTO DE LOS GASES Introducción 6.1 Ley de Boyle 6.2 Ley de Charles-Gay Lussac 6.3 Ley de Abogador 6.4 Ley general de los gases 6.5 Ley de Gay - Lussac o de volúmenes de combinación 6.6 Ley de Dalton
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Poder ascensorial 6.7 Leyes de difusión y efusión 6.8 Teoría cinética de los gases 6.9 La distribución de velocidades moleculares 6.10 Capacidad calorífica 6.11 Propiedades de transporte 6.12 Derivación de la ley del gas ideal a partir de la teoría cinética Gases reales Procedimiento empírico Procedimiento teórico Factores que influyen en la licuefacción de gases 7. LÍQUIDOS. TRANSICIONES DE FASE Introducción 7.1 Estados de agregación de la materia (fases) 7.2 Cambios de la materia y de la energía 7.3 Cambios de fase y energía 7.4 Atracciones y estados de agregación de la materia 7.4.1 Atracciones débiles 7.4.2 Atracciones fuertes 7.5 Algunas propiedades de los líquidos. Presión de vapor 7.6 Diagrama de fase 8. REACCIONES QUÍMICAS Y ESTEQUIOMETRÍA Introducción 8.1 El peso atómico gramo y el mol 8.2 Fórmulas empíricas 8.3 Fórmulas moleculares y peso molecular 8.4 El peso molecular gramo, el mol y el peso fórmula gramo 8.5 Ley de proporciones 8.6 Clasificación de las reacciones químicas 8.7 Cálculos a partir de ecuaciones químicas: estequiometría 8.8 Reactivo límite 8.9 Rendimiento teórico y eficiencia de la reacción 8.10 Problema en que intervienen gases 4. EVALUACIÓN Dos parciales (Capítulos 1 a 4 y capítulos 5 a 8) y un opcional 5. BIBLIOGRAFÍA 1. Chang, R. Química, Sexta Ed.; McGraw Hill: México, 1998. 2. Briceño, C.O.; Rodríguez, L. Química, Segunda Ed.; Educativa: Santafé de Bogotá 2000. 3. Ander, P.; Sonnessa, A. Principios de Química; Limusa: México, 1996 4. Petrucci, R. H.; Harwood, R.H. Química General: Principios y Aplicaciones Modernas, Séptima Ed.: Madrid, 1999. 5. http://antoine.fsu.umd.edu/chem/senese/101/index 6. http://antoine.frostburg.edu/chem/senese/101 7. http://www.sfu.ca.ca/chemcai/genchem 8. http://www.tannerm.com
Facultad Ciencias, Programa Académico de Química, Universidad del Valle. Edificio 320, espacio 3054. Ciudad Universitaria- Meléndez. Cali, Colombia. Teléfonos ++57(2) 333 49 21. Fax 339 24 40
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ANEXO 2 Código: FD71 GUIA DIDÁCTICA DE QUIMICA Versión: 01
PROGRAMA ACADÉMICO QUÍMICA
ASIGNATURA: CÓDIGO DE ASIGNATURA PROFESOR:
GRUPO:
FECHA DE INICIO: e- mail:
OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA Y COMPETENCIAS QUE DESARROLLA
OBJETIVOS GENERALES: 1.
Propiciar espacios para que el estudiante conozca y construya conocimiento científico en forma colectiva, utilizando la química como herramienta que estimula el desarrollo de habilidades y competencias básicas aplicables a la cotidianidad. 2. Desarrollar estrategias que le permitan al estudiante trascender el análisis matemático para una mejor comprensión de los fenómenos químicos.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Al finalizar el curso, el estudiante estará en capacidad de: 1. Identificar la clasificación, propiedades y comportamiento de la materia a partir del estudio de las teorías, principios, leyes y modelos. 2. Aplicar el método del factor unitario en la resolución de ejercicios de conversión de unidades del Sistema Internacional de Medidas. 3. Diseñar prácticas experimentales sobre las propiedades físicas y químicas que le permitan analizar, comprender y comprobar los conocimientos adquiridos y descubrir otros. 4. Realizar representaciones conceptuales sobre la clasificación y propiedades de la materia. 5. Reconocer la importancia de la participación y los aportes de varios científicos en la construcción y evolución del concepto del átomo, a través del tiempo. 6. Describir la estructura del átomo en función de su configuración electrónica y su relación con la ubicación de los elementos en la tabla periódica. 7. Justificar y explicar los diferentes tipos de enlace químico a partir de las diferencias entre los valores de la electronegatividad de los átomos que constituyen los compuestos. 8. Nombrar compuestos de acuerdo a los sistemas tradicional, sistemático o Stock. 9. Realizar trabajos de consulta en forma colaborativa acerca del uso y funciones de algunos compuestos químicos inorgánicos. 10. Identificar las propiedades de los elementos más representativos de la tabla periódica a partir de su estudio. 11. Analizar e interpretar textos científicos sobre la importancia y aplicabilidad de la Química en la vida diaria. 12. Balancear ecuaciones químicas por el método de tanteo o simple inspección y el de óxido – reducción.
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13. Definir e interpretar conceptos como reacción química, reactivo límite, eficiencia de una reacción y pureza (de reactivos y productos) en la solución de ejercicios. 14. Identificar y explicar las propiedades y leyes de los gases ideales. 15. Diferenciar los componentes de una solución y su naturaleza química. 16. Determinar la concentración de una solución en diferentes unidades. 17. Valorar la importancia de los procesos de análisis en el estudio de la Química como base para el desarrollo de competencias básicas.
COMPETENCIAS GENERALES Considerando que el desarrollo de competencias busca equilibrar ”el saber qué”, con “el saber cómo” y “el saber ser” en determinado contexto, el curso de química ofrecido por la Facultad de Ciencias Básicas del Politécnico Colombiana Jaime Isaza Cadavid considera que los estudiantes al terminar el curso tienen algunas competencias cuando: 1. Hace uso de los conocimientos químicos para dar explicaciones de fenómenos como: el comportamiento de las sustancias frente a los cambios de temperatura y presión; la estructura de la materia en términos de átomos y moléculas; la formación de diferentes sustancias a partir de los enlaces químicos, la explicación de cambios químicos a partir de ecuaciones químicas, el comportamiento de los gases y el proceso de formación de soluciones. 2. Reconoce las estructuras básicas de comunicación y construcción de la química, los símbolos de los elementos, las fórmulas, las convenciones, los principios y las leyes, 3. Establece relaciones significativas entre conceptos, principios, leyes y teorías propias de la química. 4. Presenta e interpreta correctamente información química en diferentes formas: textos escritos, tablas, gráficas, esquemas, ilustraciones, y mapas conceptuales. 5. Reconoce la importancia y el impacto positivo y negativo que ha tenido la química a través de la historia, en campos como la medicina, la industria, las comunicaciones y la alimentación, entre otros. 6. Comprende y explica a partir de teorías, leyes y modelos, los principales fenómenos físicos y químicos que se pueden presentar en la naturaleza. 7. Produce textos escritos relacionando diferentes aspectos de aplicabilidad de la química a la vida cotidiana y específicamente a su campo de formación, empleando la terminología adecuada. 8. Expresa adecuadamente los resultados de sus consultas y trabajos en forma oral y escrita haciendo uso de las diferentes formas de presentación y exposición. 9. Frente a diversos problemas de orden social, cultural y profesional, propone alternativas de soluciones coherentes y realizables. 10. Muestra capacidad para trabajar en grupo dentro del reconocimiento mutuo con los demás y dentro de un ambiente de sana convivencia y de respeto por las normas establecidas y los derechos de los demás. 11. Valora y dimensiona las relaciones ciencia, técnica y sociedad. 12. Relaciona y aplica los conocimientos del área de la química para preservar su salud y la de los demás. 13. Propone estrategias o formas adecuadas para abordar situaciones químicas aplicables a cualquier campo profesional. 14. Empresa argumentos válidos para justificar la importancia de la comprensión de fenómenos químicos, como base para resolver cualquier situación que se presente en un campo profesional específico.
SUGERENCIAS PARA EL ESTUDIO DE LA ASIGNATURA Para alcanzar los propósitos de calidad y excelencia, los estudiantes deberán:
De notas elaboradas por el docente o de textos de referencia, realizar lecturas y estudios previos de las temáticas a desarrollar para cada clase. Aprovechar de manera muy efectiva las prácticas de laboratorio que se desarrollan ya que éstas facilitan la relación teoría-práctica . Resolver todos los talleres y ejercicios propuestos y complementarlos con ejercicios que él buscará en textos de referencia bibliográfica y otros textos. Tener una participación activa durante el desarrollo de las clases. Utilizar a todas las oportunidades de asesorías que se brindan en la institución. Preparar a conciencia y en forma permanente todas las evaluaciones acordadas. Realizar la revisión y corrección de las evaluaciones que presenten. Aceptar la importancia del razonamiento y de la reflexión, antes que la mecanización y memorización.
Por su parte, el docente velará por un desarrollo lógico y racional del curso, el cumplimiento de las concertaciones realizadas con los estudiantes, exposiciones claras de las diferentes temáticas y respuesta precisa a las dudas y preguntas del estudiante.
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EVALUACIÓN La evaluación debe ser continua, con el propósito de valorar las habilidades y destrezas adquiridas por el estudiante, ofrecerá diferentes estrategias acorde con las normas establecidas en el reglamento estudiantil de la Institución. Así: Evaluación parcial (25%). Seguimiento (30%) mediante pruebas cortas, talleres y participación en la clase. Laboratorios (20%) Evaluación final (25%). Pruebas cortas Prácticas de laboratorio cada quince días con elaboración de informes y pruebas cortas. Examen supletorio en la semana 14 para aquellos que deben evaluaciones (se sustentan todos los temas de la materia)
Unidad 1: MATERIA: PROPIEDADES Y CLASIFICACIÓN TEMÁTICA O ACCIÓN POR DESARROLLAR
% cumplido
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
Semana 1 Presentación personal profesor-estudiante. Presentación de la metodología del curso. Construcción del concepto de química.
Presentación del programa y concertación de la evaluación.
Medición en química: Incertidumbre al medir. Notación científica, cifras significativas: reglas para contar, redondear y expresar cifras significativas en notación científica. Sistema internacional de Unidades y Sistema Inglés.
Ejemplos de los métodos operacionales. Resolución de ejercicios.
Inducción en el laboratorio.
Asignación de equipos.
Semana 2 Factores de conversión de unidades del sistema internacional de medidas. Escalas de temperatura y ejercicios con densidad.
Ilustración de procesos. Resolución de ejercicios.
Concepto de materia, formas de la materia, cambios de estado. Propiedades físicas (longitud, masa, volumen, temperatura) y químicas de la materia. Propiedades intensivas y extensivas
Exposición e ilustración de la temática.
Identificación e Instrucciones generales: Entrega de Equipo. Manejo de equipo, balanzas y material volumétrico.
Práctica de Laboratorio.
Semana 3 Clasificación de la materia: sustancias y mezclas. Métodos de separación de sustancias: filtración, evaporación, destilación, cromatografía, decantación, etc.
Exposición e ilustración de la temática. Ejercicios planteados.
(semana 3)
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Modelo Atómico Actual. Primeros modelos atómicos (breve descripción). Partículas elementales: protón, electrón, neutrón. Símbolos atómicos: masa atómica y número atómico. Isótopos y masa atómica promedio. Modelo actual del átomo.
Lectura previa de los modelos atómicos. Discusión de los modelos atómicos previos. Exposición de la temática.
Identificación e Instrucciones generales: Entrega de Equipo. Manejo de equipo, balanzas y material volumétrico.
Práctica de Laboratorio.
Semana 4 Ejemplos típicos. Resolución de ejercicios.
Exposición de la temática. Ejercicios ilustrativos.
(Semana 4) Tabla periódica. Ley periódica. Grupos y periodos. Regiones. Ubicación de elementos. Propiedades periódicas (definición).
Definición de conceptos. Ejemplos típicos.
Cambios Químicos y Físicos. Físicas.
Práctica de Laboratorio.
Propiedades Químicas y
Medición en Química Clasificación y propiedades de la materia Teoría atómica y números cuánticos
Taller dirigido
Semana 5 Propiedades periódicas: tamaño atómico, energía de ionización, afinidad electrónica y electronegatividad. Valencia. Enlace Químico: tipos de enlace: iónico y covalente.
Exposición de la temática.
Clasificación del enlace covalente. Polaridad del enlace.
Definición de conceptos. Ilustración de métodos operacionales.
Cambios Químicos y Físicos. Físicas.
Práctica de Laboratorio.
Propiedades Químicas y
Semana 6 Números de oxidación.
Ejemplos típicos. Resolución de ejercicios.
(Semana 6) Nomenclatura Química. Funciones químicas básicas: óxidos, hidróxidos, ácidos y sales. Tipos de nomenclatura: Stock y tradicional. Nomenclatura de óxidos.
Identificación de funciones químicas. Exposición del tema. Resolución de ejercicios.
Tabla periódica Enlace Químico
Taller dirigido
Separación de Mezclas: parte I
Práctica de Laboratorio
Semana 7 Nomenclatura de hidróxidos. Nomenclatura de ácidos: oxácidos e hidrácidos. Formación de iones.
Ejercicios ilustrativos.
Nomenclatura de sales e hidruros. Ejercicios de repaso general.
Ejercicios ilustrativos.
Separación de Mezclas: parte I
Práctica de Laboratorio.
Semana 8 Estequiometría. Reacción química y sus evidencias. Tipos de reacción químicas: con intercambio electrónico y sin intercambio electrónico. Balance de ecuaciones químicas por tanteo.
Exposición del tema. Ilustración de procesos.
Nomenclatura Química
Taller dirigido
Evaluación Parcial programada por la institución.
Trabajo individual del estudiante, valor 25%.
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Separación de Mezclas: parte II Semana 9
Práctica de Laboratorio
Balance de ecuaciones químicas por óxido reducción Ejercicios.
Ilustración de procesos. Resolución de ejercicios.
Balance de ecuaciones químicas en solución acuosa.
Ilustración de procesos. Resolución de ejercicios.
Separación de Mezclas: parte II Semana 10
Práctica de Laboratorio.
Cálculos con sustancias y elementos. Uma, mol, peso atómico y molecular. Número de Avogadro.
Ilustración de procesos. Resolución de ejercicios.
Fórmula molecular. Relación estequiométrica. Cálculos con reacciones químicas.
Exposición del tema. Ejercicios aplicativos.
Reacciones químicas Balanceo de reacciones
Taller dirigido
Estequiometría: Determinación del reactivo limitante. Semana 11
Práctica de Laboratorio
Reactivo límite. Pureza de reactivos y productos. Rendimiento de una reacción.
Ejercicios ilustrativos.
Ejercicios estequiometría con todos los conceptos.
Ejercicios aplicativos.
Estequiometría: Determinación del reactivo limitante.
Práctica de Laboratorio
(Semana 12) Soluciones. Generalidades. Componentes de la solución: soluto y solvente. Clases de soluciones: saturadas, insaturadas, sobresaturadas. Formas de expresar concentración.
Definición e ilustración de conceptos.
Soluciones
Práctica de Laboratorio
Estequiometría
Taller dirigido
Semana 13 Unidades de concentración: porcentaje (peso a peso, peso a volumen, volumen a volumen), ppm, formalidad, molaridad, molalidad, fracción molar.
Definición e ilustración de conceptos.
Peso equivalente de ácidos, bases, agentes oxidantes y reductores. Normalidad. Preparación de soluciones. Dilución.
Solución de ejercicios modelo.
Soluciones
Práctica de Laboratorio.
Semana 14 Valoración de soluciones. Estequiometría de soluciones. Concepto de pH y pOH.
Ejercicios aplicativos. Cálculos rutinarios.
Soluciones
Taller dirigido
Gases: Ley de Dalton de las presiones parciales y ecuación de Estado.
Práctica de Laboratorio.
Semana 15 Gases: Ley de Dalton de las presiones parciales y ecuación de Estado.
Deducción e ilustración de las leyes.
Gases: Ley de Dalton de las presiones parciales y ecuación de Estado. Semana 16
Práctica de Laboratorio.
Ejercicios de gases. Estequiometría de gases.
Ejercicios ilustrativos.
Gases
Taller dirigido
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BIBLIOGRAFÍA BÁSICA BIBLIOGRAFÍA BÁSICA: HEIN Morris y ARENA Susan. Fundamentos de Química. Editorial Thomson. México, 2001, Décima edición. BROWN, LEMEY y BURSTEN. Química, La Ciencia Central. Prentice Hall. México, 1998, Séptima Edición. ZUMDAHL, Stiven S. Fundamentos de Química. Mc Graw Hill. México, 1993, Segunda Edición. BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA: CHANG, Raymond. Química. Mc Graw Hill. México, 1999, Sexta Edición. UMLAND, Jean B y BELLAMA jon M, QUIMICA GENERAL. Thomson Learning. México, 1999, Tercera edición. PETRUCCI, Ralph y HARWOOD, Williams. Química General. Prentice Hall Iberia. Madrid, 1999.
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ANEXO 3
POLITÉCNICO COLOMBIANO JAIME ISAZA CADAVID FACULTAD: CIENCIAS AGRARIAS PROGRAMA: TECNOLOGÍA AGROPECUARIA
ASIGNATURA: QUÍMICA CÓDIGO:
FBP 030
SEMESTRE:
I
CRÉDITOS:
3__ HAD: __48__
ÁREA:
CIENCIAS BÁSICAS
HTI:__96__ HT:__ 144__
PROPÓSITO DE LA ASIGNATURA.
Analizar la estructura de la materia, conceptual y matemáticamente, a partir de los cambios y transformaciones que en ella ocurren, teniendo presente la observación y experimentación. TITULO DE LAS UNIDADES O CAPÍTULOS 1. Materia y medida. 2. Estructura de la materia. 3. Tabla periódica y enlace químico. 4. Nomenclatura química. 5. Estequiometría. 6. Estados de la materia. 7. Soluciones. TOTAL
HAD 4 4 7 6 10 7 10 48
HTI 8 8 14 12 20 14 20 96
HT 12 12 21 18 30 21 30 144
CONVENCIONES HAD: Horas de acompañamiento directo HTI: Horas de trabajo independiente HT: Horas totales DESCRIPCIÓN DE LAS UNIDADES O CAPÍTULOS
UNIDAD 1. MATERIA Y MEDIDA
1.1.
PROPÓSITOS
Conceptualizar algunos principios de la química. P á g i n a 36 | 39
Analizar algunas propiedades de las sustancias. 1.2. TEMAS DE LA UNIDAD Conceptos de la química. Materia y medidas: Longitud, volumen, masa, temperatura. Clasificación de la materia: Mezclas y sustancias. Propiedades de las sustancias, densidad, punto de ebullición y de fusión, calor específico. Sistema internacional de unidades y sistema ingles. Escala de temperatura. Notación científica. Factores de conversión.
HAD 2
HTI 4
HT 6
1
2
3
1
2
3
UNIDAD 2. ESTRUCTURA DE LA MATERIA 2.1. PROPÓSITOS Explicar la estructura de la materia, de acuerdo con la teoría atómica moderna. Distribuir los electrones de los átomos de algunos elementos, aplicando las reglas de distribución. 2.2. TEMAS DE LA UNIDAD Teoría atómica: Modelos atómicos de Dalton, Thomson, Rutherford y Bhor. Componentes del átomo: Electrones, protones y neutrones. Estructura electrónica de los átomos.
UNIDAD 3.
HAD 4
HTI 8
HT 12
HAD 3
HTI 6
HT 9
4
8
12
TABLA PERIÓDICA Y ENLACE QUÍMICO
3.1. PROPÓSITOS Clasificar los elementos de la tabla periódica. Calcular números de oxidación. Identificar compuestos por su fórmula y nombre 3.2. TEMAS DE LA UNIDAD Propiedades periódicas: Tamaño atómico, energía o potencial de ionización, afinidad electrónica y electronegatividad. Enlace químico: Tipos de enlace (iónico y covalente). Estructura del Lewis. Valencia y número de oxidación.
UNIDAD 4.
NOMENCLATURA QUÍMICA
4.1. PROPÓSITO Formular y nombrar compuestos inorgánicos, de acuerdo con las nomenclaturas tradicional y la de I.U.P.A.C. 4.2. TEMAS DE LA UNIDAD Grupo y función química: Óxidos, bases, ácidos, sales, hidruros.
HAD 6
HTI 12
HT 18
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UNIDAD 5.
ESTEQUIOMETRÍA
5.1. PROPÓSITOS Clasificar y balancear las reacciones químicas. Conceptualizar las unidades empleadas en el lenguaje de la química. Resolver problemas que involucran reacciones químicas. 5.2. TEMAS DE LA UNIDAD Unidades químicas de: Masa, masa atómica, concepto de mol y masa molecular. Fórmulas químicas: empírica y molecular. Relaciones elemento compuesto. Clasificación de las reacciones. Balanceo de reacciones químicas: Tanteo, redox y solución acuosa. Caculos estequiométricos con reacciones químicas. Reactivo límite. Pureza de reactivos y productos. Rendimiento o eficiencia de la reacción.
UNIDAD 6.
HAD 2
HTI 4
HT 6
2
4
6
4
8
12
2
4
6
ESTADOS DE LA MATERIA
6.1. PROPÓSITOS Reconocer las propiedades de los gases y su comportamiento ideal. Resolver problemas relativos a presión, temperatura y volumen. Convertir análisis volumétricos a gravimétricos y viceversa. 6.2. TEMAS DE LA UNIDAD Estado gaseoso y propiedades: Leyes de Boyle, Charles y Avogadro. Ecuación de estado de los gases ideales. Leyes de: Dalton, Amagat y Graham. Estequiometría con gases. Estado líquido y propiedades: Viscosidad, tensión superficial y presión de vapor. UNIDAD 7.
HAD 5
HTI 10
HT 15
2
4
6
SOLUCIONES
7.1. PROPÓSITOS Diferenciar el soluto y el solvente en una solución acuosa. Resolver problemas con las diferentes unidades de concentración. Preparar soluciones de concentraciones fijas. Titular soluciones con diferentes concentraciones. 7.2. TEMAS DE LA UNIDAD Naturaleza de las soluciones. Unidades de concentración. Valoración de soluciones. Concepto de pH y pOH.
HAD 10
HTI 20
HT 30
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ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS Se combinan actividades prácticas: Laboratorios, talleres con la clase expositiva y el uso de tecnología educativa. Se privilegian los métodos de elaboración conjunta del conocimiento, bajo la orientación del docente. El profesor prepara los contenidos (conocimientos, habilidades y valores), que serán objeto de análisis durante la clase. Exposición del profesor de los temas fundamentales. Asignación de lecturas y consultas. Asignación de talleres con ejercicios de aplicación.
EVALUACIÓN Pruebas cortas y exámenes. Presentación y sustentación de trabajos y talleres. Exposición de temas de consulta. Trabajos e informes de laboratorio. Dos exámenes parciales. Porcentajes de evaluación. Seguimiento
30%
Dos parciales cada uno del 25% Prácticas e informes de laboratorio.
50% 20%
BIBLIOGRAFÍA AUBAD, Aquilino; GARCÍA, Arsecio y ZAPATA, Rubén. Hacia la química 1. Bogotá, Temis. 1985. HEIN- ARENA. Fundamentos de química. Thomson. Décima Edición. México. 2002. MORTIMER, Ch. Química. 5º edición. México. Iberoamericana. 1983. PETRUCCI, Ralgh H.; HAWOOD, Williams. Química general. Madrid. Prentice may Iberia. 1999. WHITTEN, Kennet; GALLEY, Kennet D. y RAYMOND E. Química general. México. Mc Grawl Hill. 1992.
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