Ramírez-Angulo Javier1, Portilla-Pineda Margarita1, González-Cortés María del Carmen1 1 Departamento de Ciencias Básicas, Universidad Autónoma Metropolitana. Unidad Azcapotzalco Av. San Pablo 180 Col. Reynosa, Tamaulipas. México D.F. C.P. 02200 MÉXICO
RESUMEN
El tema de concentración de soluciones, forma parte de los contenidos de varias asignaturas relacionadas con la química, en los diferentes niveles académicos y varias áreas de estudio. Con el fin de facilitar su aprendizaje, se utilizó con buenos resultados una estrategia de enseñanza basada en fórmulas matemáticas sencillas y de fácil comprensión, en alumnos de diferentes carreras de ingeniería de la Unidad Azcapotzalco de la Universidad Autónoma Metropolitana y del Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, Campus Estado de México.
Palabras clave: Solución, Soluto, Solvente, Concentración.
ABSTRACT
Concentration of solutions is part of issues related to Chemistry in different academic levels and in diverse science and engineering fields of study. In order to facilitate the learning of this topic, it was used with good results, a teaching strategy, based on simple mathematical formulas and easy to understand in students from several engineering careers of two Mexican universities, the Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, Campus Estado de México and the Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Azcapotzalco.
61 INTRODUCCIÓN.
El tema de concentración de soluciones se enseña en materias relacionadas con la química en diferentes niveles académicos y también en varias áreas de estudio (Aguado, 2000 y Segura 2010), sin embargo se presenta una dicotomía en la comprensión del mismo, sin problemas por parte del alumno cuando se trata de la clasificación de soluciones como los conceptos siguientes: diluida, concentrada, saturada, etc., (Departamento de Física y Química, 2005 y Ocampo, 2006), en comparación con las dificultades que los alumnos manifiestan para entender el concepto de concentración de una solución como una medida de la misma, sobre todo si se expresa de diferentes formas como normalidad, molaridad o molalidad (Moreno, 2006).
Por este motivo es necesaria la búsqueda de las estrategias adecuadas para su enseñanza, con el propósito de ayudar al alumno a la comprensión y los cálculos relacionados con la concentración de una solución, incluyendo las distintas formas de expresarla, es un hecho que la compresión del tema así como el buen manejo de los cálculos y sus unidades será de enorme utilidad tanto en los cursos teóricos, que tomaran posteriormente los alumnos, como en los cursos de laboratorio para la preparación de soluciones o reactivos utilizados en el mismo (Buitrago,2012, Raviolo, 2004 y Sánchez, 2008).
METODOLOGÍA.
Inicialmente se explicó a los alumnos lo siguiente: “que aunque una solución podía estar formada por varios componentes, generalmente se podía considerar como un solución binaria”, es decir, una solución está constituida por dos partes esenciales, el soluto y el solvente, cuya diferencia es que el primer componente siempre estará presente en menor cantidad que el segundo componente (Buitrago, 2012; Moreno, 2012). Sin embargo es necesario aclarar y puntualizar, tantas veces como sea posible, que si uno de los componentes es el agua, sin importar en qué proporción estuviera presente, siempre se consideraría como el solvente, formando una solución acuosa (Ocampo, 2006). A continuación se les señaló que esto se podía representar con una sencilla expresión matemática de la siguiente manera:
SolutO + SolventE = SolucióN
Haciendo énfasis en la escritura de la primera y la última letra de cada palabra (en color) ya que estas se utilizarán como parte de una nomenclatura en lo sucesivo, complementando estos conceptos con una serie de preguntas intencionadas y relacionadas con varios términos que ya conocían previamente, cómo: el numero de moles (n), el Peso Molecular (PM), la Masa* (W), la densidad (ρ), etc., conceptos asociados con la expresión anterior, con el propósito de que al contestar ellos hagan inferencias entre los conceptos conocidos con la nueva nomenclatura (usada como subíndices) y deduzcan su significado, como en los siguientes ejemplos:
VSN, WSE, PMSO, nSE, ρSN, PMSO, etc.,
*(Cabe mencionar, que el uso de la letra W para denominar a la masa es intencional, para evitar confusión en el alumno con el concepto de peso molecular: PM)
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La reacción no se hizo esperar, después de unos momentos de desconcierto y una vez que los alumnos hicieron la asociación de los subíndices con el soluto, el solvente y la solución, la mayoría de ellos contestó acertadamente: volumen de solución, masa de solvente, peso molecular de soluto, densidad de solución, peso molecular de soluto, etc.
El siguiente paso fue la explicación de la concentración de una solución como la representación de la relación que hay entre la cantidad de soluto y la cantidad de solución; o la cantidad de soluto y de solvente en diferentes unidades, así como la forma de expresar matemáticamente diferentes tipos de concentración como se indica a continuación:
% W/W = x 100 (Por ciento peso sobre peso)
% W/V = x 100 (Por ciento peso sobre volumen)
XSO = (Fracción mol del soluto) M = (Molaridad)
m = (Molalidad)
N = (Normalidad)
ppm = (Partes por millón)
La última etapa fue la aplicación de estos términos en la resolución de un problema, como el siguiente:
“Se disuelven 15 g de Ca(OH)2 con agua, hasta formar 100 mL de solución con una
densidad de 1.4 g/mL. Determinar la concentración de esta solución en todas las diferentes formas que se han mencionado previamente”,
De tal manera que se puede ejemplificar el uso de estas expresiones matemáticas y al mismo tiempo, explicar el significado de cada una de ellas, es evidente que con un solo ejemplo no es suficiente, sin embargo se les proporcionan varios ejercicios para que los resuelvan tanto en forma individual como en equipo.
La secuencia para continuar con problemas de mayor grado de dificultad puede ser la determinación de la cantidad de un soluto que se debe utilizar para la preparación de un volumen dado, de una solución acuosa de una cierta concentración, expresada como la normalidad o la molalidad, después de reafirmar estos conceptos se puede solicitar el cálculo de una solución acuosa cuya concentración en porciento peso (peso/peso) de un soluto dado se conoce, o una incógnita similar en donde no se especifique un volumen dado de solución y el alumno tenga que establecer la base del cálculo, pero es fundamental que la planeación esté presente tanto en el diseño de los problemas así como en el grado de dificultad.
63 RESULTADOS Y DISCUSIÓN.
Tanto en las tareas como en los exámenes de los cursos teóricos de química, a lo largo de un periodo académico (trimestre o semestre), al menos el 75 % de un total de 90 estudiantes de las diferentes carreras de ingeniería, pudieron resolver correctamente los problemas relacionados con el cálculo de la concentración de soluciones en sus diferentes formas de expresión, como molaridad, molalidad y porcentuales; aunque se observó que en menor proporción (aprox. 50%) resolvieron los problemas de normalidad.
Una situación similar se observó en el laboratorio, especialmente en el manejo y la preparación de las soluciones, al parecer, la mayoría de los alumnos, no tuvieron problema con soluciones molares, molales o porcentuales pero generalmente a la mitad del grupo se le dificultó más la comprensión del concepto de normalidad; sin embargo tanto en las clases teóricas como en las sesiones de laboratorio, una vez que se les explicó nuevamente y de forma más detallada, como utilizar la fórmula relacionada con la normalidad, la mayoría de ellos comprendió la parte relacionada con la concentración normal sin ninguna dificultad.
Se observa que esta forma de enseñar este tema, es de gran ayuda para que el alumno comprenda las unidades así como el significado de cada una de las diferentes formas de expresar la concentración de una solución, que es un tema que usualmente suele ser confuso.
CONCLUSIONES.
Finalmente se comprueba que la utilización de las fórmulas simplificadas en la enseñanza del tema de concentración de soluciones como las presentadas en este trabajo, dan un resultado satisfactorio, con los estudiantes de diversas carreras de ingeniería, tanto de la UAM- Azcapotzalco como del ITESM-Estado de México, ya que más de dos terceras partes de ellos , lo comprendieron y lo conceptualizaron correctamente, esta situación se corroboró al pedirles que resolvieran problemas, tanto en las clases teóricas como durante las sesiones en los laboratorios, es decir en el desarrollo de las prácticas, mismas que involucran los cálculos de la concentración de una solución, así como su preparación. Cabe mencionar que es muy importante la variedad y el número de problemas que el alumno resuelva sobre la concentración, es decir, expresada y calculada en sus diferentes formas como la molaridad, la molalidad, la normalidad, etc. no solo en ejercicios de clase, sino también en las tareas y sus exámenes.
REFERENCIAS.
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EDUQ13011