GUÍA PARA LA ENSEÑANZA/APRENDIZAJE DE LAS REACCIONES QUÍMICAS EN 4º ESO

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GUÍA PARA LA

ENSEÑANZA/APRENDIZAJE DE LAS REACCIONES QUÍMICAS EN 4º ESO

Propuesta de una estructura problematizada Trabajo de Fin de Máster.

Especialidad: Física y química

Tutor: Juan Francisco Álvarez Herrero Alumna: Laura Lepiane Faranna

Curso: 2020-2021

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LAURA LEPIANE FARANNA 1

DECLARACIÓN DE RESPONSABILIDAD Y AUTORÍA TFM Dª: LAURA LEPIANE FARANNA, con DNI 48800237X, estudiante del Máster PROFESORADO DE EDUCACIÓN SECUNDARIA OBLIGATORIA Y BACHILLERATO, FOMACIÓN PROFESIONAL Y ENSEÑANZA DE IDIOMAS, de la Universidad de Alicante, realizado en el período 2020/2021. DECLARA:

Que la Memoria del Trabajo Fin de Máster denominado: Guía para la enseñanza/aprendizaje de LAS reacciones químicas en 4º eso, ha sido desarrollado respetando los derechos intelectuales de terceros, conforme las citas que constan en las páginas correspondientes y cuyas fuentes se incorporan en la bibliografía, así como cualquier otro derecho, por ejemplo, de imagen que pudiese estar sujeto a protección del copyright. En virtud de esta declaración, afirmo que este trabajo es inédito y de mi autoría, por lo que me responsabilizo del contenido, veracidad y alcance de la Memoria del Trabajo Fin de Máster, y asumo las consecuencias administrativas y jurídicas que se deriven en caso de incumplimiento de esta declaración.

LAURA LEPIANE FARANNA San Vicente del Raspeig, 03 de mayo de 2021.

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“Enseñarás a volar, pero no volarán tu vuelo. Enseñarás a soñar, pero no soñarán tu sueño. Enseñarás a vivir, pero no vivirán tu vida. Sin embargo, en cada vuelo, en cada vida, en cada sueño, perdurará siempre la huella del camino enseñado.”

Teresa de Calcuta.

Gracias a Juan Francisco Álvarez Herrero por su ayuda infinita, a la universidad de Alicante por tanto que me ha dado y a todos y cada uno de mis profesores sin los cuales no sería quien soy hoy.

Tampoco sería capaz de hacer esto sin las personas que siempre están a mi lado, apoyándome y entendiendo que esto para mi es realmente importante.

Gracias a ellos.

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Resumen

El presente trabajo fin de máster propone una fundamentación teórica para la aplicación de la enseñanza problematizada del tema ¨Los cambios químicos¨ del curso 4º ESO. Los contenidos son los exigidos en el currículum de la asignatura de Física y Química de dicho curso, tanto en el boletín oficial del estado (BOE) como en el Diario Oficial de la Generalitat Valenciana (DOGV).

Este trabajo tiene como objetivo principal el presentar una secuencia de actividades pensadas para la comprensión por parte del alumnado de las reacciones químicas, y todo en él está orientado a la justificación de esta secuencia, así como a la explicación de factores como el contexto o los materiales necesarios, tan importantes para el aprendizaje en este alumnado.

Palabras clave: reacciones químicas, educación secundaria, enseñanza problematizada, física y química.

Abstract

This final master thesis proposes a theoretical foundation for the application of the problematized teaching of the topic “Chemical changes” of 4^thESO course.

The contents are those which are required by the oficial bulletin of the state and by the oficial gazette of Generalitat Valenciana.

The main objective is to present an activity´s sequence designed for the students´

understanding of chemical reactions, and everything on it, is oriented to the justification of the sequence, as well as the explanation of factors such as the context or the necessary materials.

Keywords: chemical reactions, fourth grade, problematized teaching, physics and chemistry

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Contenido

1.INTRODUCCIÓN ... 3

2.FUNDAMENTO EPISTEMIOLÓGICO ... 5

3.CONTEXTUALIZACIÓN ... 8

3.1 LAS CIENCIAS EN EDUCACIÓN SECUNDARIA ... 8

3.2 LA DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS EN ESPAÑA ... 9

3.3 LA DIDÁCTICA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS ... 10

3.4 EL POR QUÉ DE LA NECESIDAD DEL CAMBIO ... 11

4.OBJETIVOS ... 13

4.1 OBJETIVO GENERAL ... 13

4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 13

5.METODOLOGÍA ... 14

5.1 COMPETENCIAS Y CONTENIDOS A DESARROLLAR... 14

5.2 INFRAESTRUCTURA ... 16

5.3 MATERIALES DIDÁCTICOS ... 16

5.4 PROPUESTA DE ESTRUCTURA PROBLEMATIZADA. ... 16

5.4.1 OBJETIVO GENERAL... 19

5.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS... 19

5.4.3 OBJETIVOS OBSTÁCULO ... 19

5.4.4 PROPUESTA ... 19

¿QUÉ VAMOS A ESTUDIAR Y PORQUÉ? (Establecimiento del hilo conductor) ... 19

1.Invención de magnitudes necesarias para el estudio de las reacciones químicas. ... 23

2. ¿Cómo podemos comprobar nuestro modelo de reacción? ... 27

3. Limitación de los conceptos aprendidos. ... 51

4. Recapitulación. ... 51

5. Actividades complementarias. ... 52

5.4.5 TEMPORALIZACIÓN ... 55

5.5 ATENCIÓN A LA DIVERSIDAD ... 57

5.6 EVALUACIÓN ... 58

6.DISCUSIÓN ... 60

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7.CONCLUSIONES... 61

8.DIFICULTADES... 62

9.REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 63

10.ANEXOS ... 65

10.1 ANEXO I. Secuencia de actividades ... 65

¿QUÉ VAMOS A ESTUDIAR Y PORQUÉ? (Establecimiento del hilo conductor) ... 65

1. Invención de magnitudes necesarias para el estudio de las reacciones químicas. ... 68

1.1. ¿Cómo se producen las reacciones? ... 69

2. ¿Cómo podemos comprobar nuestro modelo de reacción? ... 71

2.1 ¿Se conserva la masa? ... 71

2.2 ¿Es posible medir la rapidez con que se produce una reacción? ... 72

2.2.1. ¿Qué factores afectarían? ... 73

2.3 ¿Qué papel tiene la energía? ... 76

2.4 ¿Es posible predecir qué cantidad de producto se obtendrá? ... 77

2.4.1. Conceptos de cantidad de materia. ... 77

2.4.2. Conceptos de concentración de una disolución. ... 79

2.4.3 Resolución de problemas reales de estequiometría... 80

2.5. ¿Es posible clasificar los diferentes cambios químicos? ... 81

2.5.1. Reacciones de síntesis. ... 82

2.5.2. Reacciones de neutralización. ... 82

2.5.3. Reacciones de combustión. ... 83

3. Limitación de los conceptos aprendidos. ... 84

4. Recapitulación. ... 84

5. Actividades complementarias... 84

5.1. Realización de una valoración. ... 84

2.5. Realización de una combustión. ... 86

2.6. Comprensión de la síntesis del amoníaco. ... 87

2.7. Reacciones de combustión en la respiración celular. ... 87

10.2 ANEXO II. GRÁFICO DE ESTRUCTURA PROBLEMATIZADA ... 88

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1.INTRODUCCIÓN

Nos encontramos en una época en que la humanidad está viviendo momentos inciertos, con horizontes aún desconocidos. Es el momento para intentar renovar energías, y realizar un cambio en diferentes aspectos. Uno de ellos debería ser el de la educación. En las ciencias, más específicamente en la enseñanza de las ciencias, siempre ha existido la idea espontánea de que son difíciles y que se

¨sabe¨ que habrá un alto porcentaje de suspensos o que se da por hecho que no se llegarán a comprender conceptos clave en la física y la química. Pero me pregunto si el problema reside en el hecho de que los alumnos no entienden las ciencias o en el hecho de que está mal diseñada su enseñanza. Decido, pues, rediseñar un tema, ciñéndome al currículo esperado de la materia, pero intentando buscar innovar de alguna manera su enseñanza presentándola desarrollada de manera problematizada (García Osuna et al., 2007). El tema escogido es el de reacciones químicas para cuarto curso de la ESO, es un tema que según he podido observar por mi experiencia, suele ser difícil para los alumnos, y también es muy importante para el aprendizaje en química. Por otra parte, opto por este tipo de enseñanza porque a mi entender es la que más desmigaja el tema, convirtiendo un gran problema en pequeños y más sencillos pasos, creo como profesora que es la más útil, y lo que es más importante aún, es más sencillo de aprender para los alumnos. Es una metodología que debería estar incluida en el día a día de la enseñanza sobre todo en determinados temas que normalmente tienen más ideas espontáneas o que son más complicados para el alumnado.

El presente trabajo fin de máster presenta una propuesta de enseñanza de la unidad didáctica Reacciones Químicas. En ella se pretende abarcar los conceptos incluidos en el Real Decreto 1105/2014, de 26 de diciembre, por el que se establece el currículo básico de la Educación Secundaria Obligatoria y del Bachillerato. Más exactamente, se representará el Bloque 3 de la programación, denominado Los cambios, del curso 4º de ESO y cuyos contenidos son: ¨reacciones y ecuaciones químicas; mecanismos, velocidad y energía de las reacciones; cantidad de sustancia: el mol; concentración molar;

cálculos estequiométricos; reacciones de especial interés¨ (Ministerio de Educación, 2015).

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Una vez decidido esto, lo primero que debe hacerse es entender este tema, su evolución histórica y encontrar un problema que de pie a la estructura planteada y su solución requiera dar pequeños pasos que representen subproblemas.

En este método los conceptos se introducen de forma tentativa formulando hipótesis que serán sometidas a prueba. De esta manera, el alumno se apropia del problema y del método científico.

En él se presentarán a modo de introducción en la materia, el fundamento epistemológico. A continuación, se contextualizará el tema dentro de la didáctica en España, centrándonos en la didáctica de las ciencias, más específicamente de la física y la química. Y, finalmente, se presentará la unidad didáctica, incluyendo aspectos como materiales necesarios, competencias trabajadas o infraestructuras.

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2.FUNDAMENTO EPISTEMIOLÓGICO

Históricamente la química siempre ha acompañado al ser humano.

Hechos tan básicos como el cocinado de los alimentos o el fuego son acciones químicas.

Los primeros indicios de la química aparecen en la Mesopotamia en 2000 a.C., en esa época hubo una mujer, Tapputi-Belatekallim que creaba perfumes y es considerada la primera química de la historia.

En la antigua Grecia, se tenía como teoría aceptada el hecho de que todas las cosas provienen de una sustancia, algunos decían que era el agua, otros, el aire o el fuego, finalmente Aristóteles planteó la existencia de 4 elementos básicos: agua, tierra, aire, fuego y añade el éter, un elemento sin peso que formaba los ciclos, caracterizando estos elementos por dos parejas de cualidades: frío/caliente, seco/húmedo.

También apareció en la antigua Grecia la teoría del atomismo, en la que el filósofo griego Leucipo (Siglo V a.C.) instauró la idea de que la materia estaba formada por partículas minúsculas e indivisibles llamadas átomos.

En Alejandría, tras la muerte de Alejandro Magno surgió lo que se llamó khemela (antecedente de la química) y estaba vinculada al embalsamado. María de Alejandría, desarrolló aparatos para la destilación y la sublimación (el concepto de baño maría proviene de ella). En la época de la dominación romana se quemó todo por el miedo que existía a que se consiga oro a partir de otros metales y el poder que eso supondría, esto hizo que se existan pocas pruebas de aquella época.

En el siglo VII comienza la alquimia árabe ¨alkimiya¨. Los más influyentes fueron Geber y Jabir. Jabir propuso que sólo existían dos elementos: el Azufre y el Mercurio. Geber describió muchas recetas y técnicas que sirvieron de inspiración a muchos alquimistas. Al Razi, otro importante químico árabe, añadió a los conceptos de Mercurio y Azufre, el concepto de materia. Clasificó la actividad del laboratorio en cuatro secciones: purificación, separación, mezcla y desecación.

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En la Edad Media surgió la alquimia en Europa donde llegó de la mano de los árabes, aunque por parte de la sociedad europea seguía habiendo personas que la consideraban brujería y pensaban que podría influir en lo espiritual. El resto de la sociedad se quedó admirada de la capacidad de utilizar unos materiales y convertirlos en otros que eran de más utilidad. En aquella época el principal fin de la alquimia era convertir los metales en oro y conseguir el elixir de la inmortalidad, esto evidentemente no se consiguió, pero por el camino sí que se aprendió mucho y se fueron perfeccionando técnicas.

En 1319, el papa Juan XXII prohibió la alquimia por la misma razón que los romanos y a partir de ahí, los intereses de los alquimistas comenzaron a cambiar. Dejaron de buscar el elixir de la inmortalidad o de intentar convertir los metales en oro y comenzaron a abarcar otras ramas de la ciencia. Un gran ejemplo es Agrícola, científico que comenzó a estudiar los minerales que existían, o Paracelso, cuyos estudios iban más orientados a la medicina. Estos científicos supusieron un cambio de concepción y el final de la alquimia, dando origen a la mineralogía y a la medicina.

Ya en la Edad Moderna, la ciencia llegó a las universidades bajo el nombre de ¨iatroquímica¨. En el siglo XVII, Boyle comenzó a estudiar los gases y elaboró un escrito ¨Químico escéptico¨ en el que dejaba patente que su filosofía era huir de todas las proposiciones hasta que estas fueran demostradas experimentalmente. Marie-Anne y Antoine Lavoisier, en esta misma época, reordenaron como leyes ciertos conceptos químicos y crearon la ley de conservación de la masa.

La química de esta forma fue convirtiéndose poco a poco en lo que hoy conocemos y estudiamos gracias a científicos como Avogadro, Proust, Dalton o Rutherford. En 1860 ya se habían descubierto más de 60 elementos y sus masas atómicas y Mendeléiev, a finales de ese siglo, los ordenó dando lugar a la que hoy es nuestra tabla periódica.

En síntesis, el estudio epistemológico pone de manifiesto la necesidad y ambición del ser humano por conocer de manera cada vez más profunda cómo funcionan las sustancias, cómo se comportan los elementos o qué ocurre al mezclar unas sustancias con otras. Aquí radica la importancia del conocimiento de las reacciones químicas. Es importante que el alumnado desde el comienzo

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sea capaz de reconocer las reacciones y los comportamientos de las sustancias en ellas. (Ortega, 2019)

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3.CONTEXTUALIZACIÓN

3.1 LAS CIENCIAS EN EDUCACIÓN SECUNDARIA

En el sistema estatal de indicadores de la educación del año 2020 podemos obtener una idea clara y objetiva de la información relevante en lo que a educación supone. Es un documento que pretende dar una información completa a la vez que de manera sintetizada del sistema educativo español en su conjunto.

En nuestro caso, nos ceñiremos a nuestro ámbito, las ciencias y la secundaria.

Centrándonos en la situación actual, analizaremos a fondo este documento dato por dato e intentando conseguir, de esta manera, hacer una imagen clara y objetiva de la situación actual en este sentido (Ministerio de Educación y Formación Profesional, 2020).

Para comprender la educación secundaria obligatoria, es necesario comprender cuál es su finalidad, qué objetivo se pretende alcanzar en el alumnado al cursarla. Actualmente, se organiza con la finalidad de que el alumnado adquiera elementos básicos de la cultura y que consolide hábitos de estudio y de trabajo, prepararlos para su incorporación a estudios posteriores y para su inserción laboral y su vida profesional. Está formada por cuatro cursos entre los 12 y 16 años. Comprende dos ciclos, los primero tres cursos y el cuarto sería el segundo ciclo. En nuestro tema, nos interesa el segundo ciclo o cuarto curso de educación secundaria obligatoria. Este curso tiene carácter propedéutico, esto significa que podrán escoger entre la opción de enseñanzas académicas para la iniciación al Bachillerato o la opción de enseñanzas aplicadas para la iniciación a la Formación Profesional.

El alumnado al terminar esta etapa recibe el título de Graduado en Educación Secundaria Obligatoria, que le faculta para acceder al Bachillerato y a la Formación Profesional de Grado Medio.

Es por esto por lo que para poder conseguir una imagen de la situación de las ciencias en la educación es suficiente con observar las estadísticas de alumnos y alumnas que siguen sus estudios en bachillerato de ciencias y después, aquellos y aquellas que continúan (que en realidad es el objeto del presente estudio) carreras de ciencias.

Si analizamos la tasa de variación de los estudiantes matriculados en grados de ciencias en los últimos 15 años, se puede observar que ha descendido un 23.7%,

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claro indicador de que las ciencias no están resultando atractivas para alumnos de bachillerato. Es necesario corroborar si esto coincide en el paso de ESO a Bachillerato

La utilización de métodos de enseñanza tradicionales en las ciencias influye en los alumnos que deciden no seguir la rama científica, por otra parte, el imaginario social de los científicos que tienen los estudiantes es que es una elección vocacional (Muñoz Rodríguez et al., 2019)

Se evidencia ingente información que indica la necesidad de un cambio en la enseñanza de las ciencias. Pero, para cambiarla, primero hay que conocerla a fondo.

3.2 LA DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS EN ESPAÑA

Las ciencias están presentes en toda la vida escolar del estudiante, aunque la física y la química como tal no aparecen hasta 2º ESO ya con 13 o 14 años.

Cuando en cuarto de la ESO un profesor ser dispone a enseñar un determinado tema de química, se enfrenta a un vacío por lo que seguramente el alumno traiga consigo muchas ideas previas con las que ha ido asociando, por ideología o costumbre o falta de herramientas, hechos químicos o físicos. Por otra parte, debido a la presencia abundante de profesorado con clases denominadas magistrales, los alumnos y alumnas no han sido capaces de desarrollar el pensamiento científico o pensar por medio de la epistemología científica y eso hace que los nuevos conceptos que deban ir adquiriendo sean más difíciles de apropiar y no sean capaces de fijarlos y comprenderlos con fluidez.

Es muy difícil que el cambio de epistemología se produzca, si los propios docentes no son capaces de readaptar sus currículos o de evolucionar hacia una enseñanza dirigida a ¨despertar¨ el científico o la científica que cada alumno y alumna lleva dentro. La enseñanza de las ciencias no debe ser enseñanza sin más, debe ser una constante búsqueda y un intento por parte del profesor de despertar pequeños científicos. Haciendo atractiva su asignatura, imperfecta, enseñando que la ciencia no es esa perfección que normalmente se muestra, sino que se llega a lo que aparece en los libros planteando millones de hipótesis y solo unas pocas cumpliéndose, y cuando una de las hipótesis planteadas se cumple, enseñar ese triunfo o placer de saber que lo que se pensaba desde un principio era acertado. Y enseñarles que si no se cumple será intrigante el

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planteamiento de una nueva para volver a verificar. Con esto quiero transmitir que el cambio que necesita la enseñanza de las ciencias actualmente reside en el profesorado, son necesarios docentes que sientan pasión por aprender a enseñar, por buscar siempre caminos o herramientas nuevos que consigan crear pequeños científicos y no las clases magistrales que aún siguen existiendo en las que te indican, por ejemplo, que un objeto cae por gravedad y no van más allá.

3.3 LA DIDÁCTICA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS

Pero, mejor es centrarse en nuestro tema, que son las reacciones químicas.

Como bien es sabido, las reacciones químicas están presentes en la vida cotidiana. Son una constante. Sin embargo, las reacciones químicas como tal no se mencionan ni se imparten hasta 2º ESO.

Las reacciones químicas se imparten, como ya he comentado, a partir de segundo de la ESO

Bloque 3: Los cambios. Curso 2º ESO Bloque 3: Los cambios. Curso 3º ESO Bloque 3: Los cambios. Curso 4º ESO

Bloque 3: Reacciones químicas. Curso 1º Bachillerato (Ministerio de Educación, 2015)

Existen ideas previas o ciertas dificultades que el alumno presenta a la hora de estudiar las reacciones químicas. A modo de ejemplo, y de forma esquemática ideas como:

- Las partículas se pueden fundir, evaporar o disolver.

- Entre las partículas hay aire.

- La presencia de gases en las reacciones lleva a confusión (Furió & Furió, 2018)

- Ajuste de las ecuaciones químicas algo estrictamente matemático.

- Dificultad al explicar las ecuaciones químicas a nivel microscópico.

- Dificultad al diferenciar cambio físico de cambio químico.

- Asociar cambio de alguna propiedad de la sustancia con un cambio químico. (Díaz et al., 2008)

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3.4 EL POR QUÉ DE LA NECESIDAD DEL CAMBIO

Como ya se ha comentado en la introducción, los estudiantes suelen tener una visión realista e ingenua de la realidad. Para el estudiante la realidad del mundo natural coincide con sus percepciones sensoriales sin tener en cuenta que dichas percepciones son filtradas a priori por lo que ya existe (Johnstone et al., 1994), y que proviene de ideas asumidas por su cultura o transmitidas a través del lenguaje cotidiano; dicho de otro modo, el alumnado construirá ideas a partir de las que ya posee. Esto remarca la importancia de saber los conocimientos previos y de evitar la fijación funcional, en la que el alumnado se ciñe al aprendizaje memorístico impidiendo la reflexión, por ejemplo, cuando a los alumnos de segundo bachillerato se les pide que indiquen la geometría de una molécula sencilla (XYn) automáticamente piensan en la geometría de la estructura de Lewis y no reflexionan el hecho de la existencia de posibles pares enlazantes y libres en la capa de valencia; o más centrado en nuestro tema, cuando se les explica reacciones en ningún momento se plantean la posible existencia de reactivo en exceso o limitante o del posible rendimiento de la reacción. Por el contrario, el razonamiento se encuentra favorecido en la aplicación de secuencias lineales, realizadas paso a paso a modo de preguntas genuinas y cuyas respuestas van completando poco a poco el tema.

Por otra parte, existe la siempre presente idea de que la ciencia es difícil. (Solbes et al., 2007)

Existen factores que pueden influir en la mala percepción como son: la falta de diversidad de género al explicarla, la falta de conexión con la realidad del alumno, (no se percibe por su parte) ningún tipo de implicación como aprender su historia o las dificultades que han ido encontrando los científicos en sus descubrimiento y finalmente la asociación de la ciencia a hechos negativos, hecho que ha generado la llamada quimiofobia, relación causa/efecto productos químicos /enfermedades o la existencia de errores conceptuales en algunos libros de texto y otros aspectos de tipo metodológico (García Osuna et al., 2007).

La falta de comunicación en aspectos fundamentales de la química ciertamente contribuye a distorsionar la forma en la cual el público general percibe la química.

Hoy en día existe una gran preocupación por asuntos ambientales como el cambio climático, el calentamiento global y la [destrucción de la] capa de

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ozono…, y el público una vez más percibe a la química como una de las grandes responsables por estas catástrofes (Vivas-Reyes, 2009)

Hoy día se ha demostrado mediante estudios que se transmiten las siguientes concepciones de la ciencia como un concepto restringido y simplificador de ciencia, una concepción inductivista, objetiva y verdadera del conocimiento científico, una visión descontextualizada, acumulativa y de crecimiento lineal, una ciencia neutra, sin ideología y una visión individualista y elitista. (Caamaño, 2010)

En la construcción del conocimiento científico, solo será posible evaluar a los alumnos y alumnas en acción, y a través de genuinas preguntas en las que se promueva una reflexión en la vida del estudiante y le facilite la construcción de las respuestas buscando desarrollar la argumentación científica a través de la observación del contexto en el que vive. Esto promueve una observación, reflexión y discusión llevándole a desarrollar la argumentación científica.

(Izquierdo & Merino, 2021)

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4.OBJETIVOS

Partiendo del hecho de que la enseñanza problematizada, es la metodología escogida. Y de la evidenciada necesidad de cambio en la didáctica de la asignatura, se propone como objetivos del presente trabajo:

4.1 OBJETIVO GENERAL

Problematizar el bloque 3 ¨Los cambios¨ de la asignatura de Física y Química de 4º ESO. Proponer una secuencia de actividades para utilizar en el desarrollo del tema.

4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

- Revisar la bibliografía existente en relación con la enseñanza problematizada y en particular, la enseñanza del bloque 3.

- Detectar los grandes pasos necesarios y obstáculos asociados a los cambios químicos.

- Realizar el gráfico de la estructura problematizada del tema.

- Diseñar una secuencia de actividades con la finalidad de que el alumnado se apropie de las cuestiones.

- Buscar cuestiones que guíen al alumnado en el trayecto para comprender el tema, convirtiendo los grandes pasos necesarios en pequeños pasos más sencillos.

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5.METODOLOGÍA

La metodología escogida en el presente trabajo para desarrollar el bloque 3 ¨los cambios¨ de 4º ESO es la enseñanza por investigación dirigida (enseñanza problematizada). En ella, el tema representa una situación problemática que servirá de punto de partida para que los estudiantes se apropien del tema. Todo lo que se introduzca en la estructura del tema tiene sentido y favorece la realización de recapitulaciones periódicas que representan los pasos que se han dado en busca de la solución a la cuestión principal, los obstáculos que han conseguido superarse y lo que aún queda hacer. La estructura es reforzada por un programa-guía que se presenta en el aula y el cual los alumnos debaten en forma de pequeños grupos, haciendo a continuación una puesta en común de las respuestas y avanzando en el problema planteado. Todo esto favorece la implicación afectiva y la racionalidad científica. Está demostrado que esta forma de enseñanza/aprendizaje genera actitudes mucho más positivas en el alumnado que la enseñanza habitual (García Osuna et al., 2007)(Cheng, 2018) 5.1 COMPETENCIAS Y CONTENIDOS A DESARROLLAR

Para conocer los contenidos a desarrollar es necesario recurrir al BOE, Real Decreto 1105/2014, de 26 de diciembre, por el que se establece el currículo básico de la Educación Secundaria Obligatoria y del Bachillerato, donde se indican los mínimos necesarios.

En el presente trabajo, nos centraremos en el curso de cuarto de la Educación Secundaria Obligatoria ya que lo considero como el punto final del graduado, es decir, aquel que marcará el final del estudio para muchos alumnos, y para otros muchos será el punto de inflexión en el que tomen la decisión de seguir estudiando o no, y, en el caso de seguir estudiando, si se decantan por las ciencias. Es por eso que considero que tener un programa adecuado en cuarto curso y una enseñanza atractiva, podría cambiar muchas visiones de las ciencias por parte del alumnado. Se introduciría en la comunidad valenciana por lo que los contenidos se extraen del DOGV Decreto 87/2015, de 5 de junio, del Consell.

En cuarto curso las reacciones químicas se presentan de la siguiente manera:

Bloque 3. Los cambios - Contenidos:

Reacciones y ecuaciones químicas.

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Ley de conservación de la masa.

Mecanismo y velocidad: factores que modifican la velocidad de una reacción.

Energía de las reacciones: reacciones endotérmicas y exotérmicas.

Cantidad de sustancia: el mol. Concentración molar. Cálculos estequiométricos.

Reacciones de especial interés: ácido-base, síntesis y combustiones.

Aplicaciones

- Criterios de evaluación y competencias clave trabajadas:

Bl3.1 Utilizar la teoría de colisiones para interpretar reacciones químicas sencillas y deducir la ley de conservación de la masa. (CMCT, CAA)

Bl3.2 Predecir el efecto que sobre la velocidad de reacción tienen distintos factores como la temperatura, concentración… y determinar su carácter exotérmico o endotérmico, a través de experiencias en el laboratorio o con aplicaciones virtuales. (CMCT, CD)

Bl3.3 Relacionar la cantidad de sustancia, la masa atómica o molecular y la constante del número de Avogadro para realizar cálculos sencillos y aplicarlos al cálculo de la molaridad de una disolución. (CMCT)

Bl3.4 Escribir y ajustar ecuaciones químicas sencillas de distinto tipo para interpretarlas cuantitativamente y realizar cálculos estequiométricos con ellas, aplicando la ley de conservación de la masa a reaccione en las que intervengan compuestos en cualquier estado, con reactivos puros y suponiendo un rendimiento completo. (CMCT)

Bl3.5 Realizar experiencias de laboratorio en las que tengan lugar reacciones de síntesis, combustión y neutralización, interpretando los fenómenos observados y, en el caso de las reacciones ácido-base, utilizar la escala de pH para identificas el carácter ácido o básico de las sustancias implicadas. (CMCT, CSC, SIEE)

Bl3.6 Describir reacciones de interés industrial y los usos de los productos obtenidos, así como las reacciones de combustión, para justificar su importancia en la producción de energía eléctrica y otras reacciones de importancia biológica o industrial. (CMCT, CSC)

CMCT: Competencia matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología.

CSC: Competencias sociales y cívicas.

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SIEE: Sentido de iniciativa y espíritu emprendedor.

CD: Competencia digital.

CAA: Competencia aprender a aprender. (DOGV) 5.2 INFRAESTRUCTURA

El espacio necesario para impartir la asignatura será la clase, una clase con pizarra, ordenador y proyector. Y los laboratorios de prácticas.

5.3 MATERIALES DIDÁCTICOS

Los materiales necesarios para el correcto desarrollo de la asignatura será principalmente la secuencia de actividades propuesta por mí (ANEXO I). A esta secuencia la respaldaré con una presentación de diapositivas que permitan el debate de cada una de las cuestiones, en ellas habrán imágenes o GIFs que muestren o ayuden la comprensión de algunos conceptos, pudiendo incluso introducir algún pequeño video demostrativo. Por otra parte, y ante la creciente presencia de las TICs en clase, los alumnos utilizarán genial·ly o Power Point para la realización de presentaciones en clase, utilizaremos la página de simulaciones phet, de la universidad de colorado, así como Moodle o Drive para compartir los materiales.

5.4 PROPUESTA DE ESTRUCTURA PROBLEMATIZADA.

El tema que se va a desarrollar es el bloque 3 de 4º ESO ¨Los cambios¨.

Lo primero que estableceré son los estándares evaluables y las competencias tratadas en cada apartado.

CONTENIDOS CRITERIOS DE EVALUACIÓN COMPETENCIAS CLAVE ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE

EVALUABLES Bloque 3: Los cambios.

Reacciones y ecuaciones químicas.

Ley de conservación de la masa.

Mecanismo y velocidad: factores que modifican la velocidad de

reacción.

Energía de las reacciones endotérmicas y exotérmicas.

Cantidad de sustancia: el mol, concentración molar.

Cálculos estequiométricos.

Reacciones de especial interés:

ácido-base, síntesis y combustiones.

3.1 Utilizar la teoría de colisiones para interpretar reacciones químicas sencillas y deducir la ley

de conservación de la masa.

CMCT: Mediante la resolución de problemas relacionados con la ley de conservación de la masa, CAA: Es capaz de interpretar reacciones y continuar con las cuestiones planteadas basándose

en las explicaciones.

CCL: Con la interpretación de problemas en los que detecta la

reacción que se lleva a cabo.

3.1.1 Interpreta reacciones químicas sencillas utilizando la teoría de colisiones y deduce la ley

de conservación de la masa.

3.2 Predecir el efecto que sobre la velocidad de reacción tienen distintos factores como la temperatura, concentración… y determinar su carácter exotérmico o endotérmico, a través de experiencias en el laboratorio o con aplicaciones virtuales.

CMCT: Mediante resolución de problemas relacionadas con energía de reacción, y su signo., TICD: Tratamiento correcto de las aplicaciones utilizadas para las

simulaciones.

CAA: Es capaz de plantear una hipótesis sobre la influencia de los factores que afectan a la velocidad

3.2.1 Predice el efecto que tienen sobre la velocidad los distintos

factores (concentración, temperatura, catalizadores, grado

de división de los reactivos).

3.2.2 Analiza el efecto de estos factores mediante prácticas bien en

el laboratorio o simulaciones en el ordenador.

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Aplicaciones.

de reacción y determinar cómo sería posible verificarla.

3.2.3 Determina el carácter endotérmico o exotérmico en función del signo del calor de

reacción.

3.3 Relacionar la cantidad de sustancia, la masa atómica o molecular y la constante del número de Avogadro para realizar cálculos sencillos y aplicarlos al cálculo de la molaridad de una disolución.

CMCT: Mediante la resolución de problemas relacionados con los conceptos de cantidad de sustancia

y molaridad.

3.3.1 Conoce los conceptos de mol y masa molar para poder resolver cuestiones acerca de los mismos.

3.3.2 Comprende el cálculo de la molaridad de la disolución y lo relaciona con los conceptos de mol

o cantidad de sustancia.

3.4 Escribir y ajustar ecuaciones químicas sencillas de distinto tipo para interpretarlas cuantitativamente y realizar cálculos estequiométricos con ellas, aplicando la ley de conservación de la masa a reaccione en las que intervengan compuestos en cualquier estado, con reactivos puros y suponiendo un rendimiento completo.

CMCT: Mediante la resolución de problemas relacionados con

cálculos estequiométricos.

CAA: Resolviendo problemas planteados mediante la utilización

de los conceptos adquiridos en clase.

3.4.1 Interpreta los coeficientes de una ecuación química en términos de partículas, moles y, en el caso

de gases, volúmenes.

3.4.2 Resuelve los problemas realizando cálculos estequiométricos, con reactivos puros y suponiendo un rendimiento completo de la reacción, tanto si los reactivos están en estado sólido

como en disolución.

3.5 Realizar experiencias de laboratorio en las que tengan lugar reacciones de síntesis, combustión y neutralización, interpretando los fenómenos observados y, en el caso de las reacciones ácido-base, utilizar la escala de pH para identificas el carácter ácido o básico de las sustancias implicadas.

CMCT: Mediante la realización de cálculos previos necesarios para la preparación de reactivos, así como los cálculos necesarios para el

informe final., CCL: Una vez comprendida la realización de la práctica se deberá realizar un informe en el que deberá haber una correcta expresión

escrita.

CCIMF: Interpretación de los resultados mediante la aplicación

de las teorías aprendidas.

CSC: Respetando y resolviendo posibles conflictos a la hora de la realización de la práctica en grupo.

TICD: Utilizar los recursos tecnológicos para la obtención de

información o realización de los informes pedidos.

SIEE: Ser capaz de plantear la práctica, y realizar el informe.

3.5.1 Describe el comportamiento de un ácido o una base a través de

la teoría de Arrhenius.

3.5.2 Establece el carácter ácido, básico o neutro de una disolución

utilizando el pH.

3.5.3 Realiza en el laboratorio experiencia de volumetría de neutralización entre ácido y base fuertes, interpreta los resultados.

3.5.4 Idea una experiencia y describe todo el procedimiento que se debe seguir para demostrar que en las reacciones de combustión se

produce dióxido de carbono, mediante la detección de este gas.

3.6 Describir reacciones de interés industrial y los usos de los productos obtenidos, así como las reacciones de combustión, para justificar su importancia en la producción de energía eléctrica y otras reacciones de importancia biológica o industrial.

CMCT: Mediante la realización de cálculos aprendidos en el tema., CCL: Comprensión de textos donde

se explican los procedimientos industriales.

CSC: Interviniendo de manera constructiva en asuntos que surgirán este tema sobre la realidad

histórica, la evolución y logros del mundo.

3.6.1 Describe reacciones de síntesis del amoníaco y sus usos en

la industria química.

3.6.2 Justifica la importancia de las reacciones de combustión en la producción de energía eléctrica en

centrales térmicas, en la automoción y en la respiración

celular.

-Criterios de evaluación y competencias clave trabajadas:

CCIMF: Competencia en el conocimiento e interacción con el mundo físico.

CMCT: Competencia matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología.

CCL: Competencia en Comunicación Lingüística.

CSC: Competencias sociales y cívicas.

(22)

SIEE: Sentido de iniciativa y espíritu emprendedor.

TICD: Tratamiento de la información y competencia digital.

CAA: Competencia aprender a aprender.

CCIMF: Competencia en el conocimiento e interacción con el mundo físico.(Educativa, s. f.)

Como ya se ha comentado previamente en el presente trabajo, la metodología que se utilizará es la de investigación dirigida, en el proceso de enseñanza/aprendizaje, las ideas previas son fundamentales. Para poder seguir adelante con el diseño de la secuencia de actividades para la unidad planteada deben estar claros los grandes pasos que habrá que dar, y para ello, también, conocer los posibles obstáculos en las ideas previas que nos podemos encontrar en el alumnado.

Los grandes pasos que habrá que resolver y que se plantearán en la secuencia a modo de preguntas son:

A) Conocer qué es una reacción.

B) Conocer la perspectiva energética de una reacción.

C) Conocer la perspectiva cinética de una reacción.

D) Conocer el concepto de ecuación química.

E) Conocer los diferentes conceptos utilizados para medir cantidad de sustancia.

F) Conocer las principales reacciones de interés.

G) Ser capaces de describir alguna reacción importante a nivel industrial y otra a nivel biológico.

Una vez establecidos a grandes rasgos los pasos que deberemos dar en nuestro tema, es necesario como ya se ha comentado, conocer las ideas previas que el alumnado presenta en relación con estos pasos.

Posibles ideas previas y entre las que detectamos algunos objetivos obstáculo.

Se trata de ideas espontáneas que tiene el alumnado, ideas erróneas sobre los contenidos a trabajar y que es necesario abordar para producir un cambio y mejora del aprendizaje:(Furió & Furió, 2018)(Sánchez Jiménez & Oñorbe de Torre, 1992)

-No conocer la diferencia entre compuesto y mezcla

(23)

-No concebir que un mismo elemento pueda tener diferentes formas, pero seguir teniendo la misma estructura. (un cable de hierro o una placa de hierro es lo mismo a nivel microscópico)

-Asociar propiedades macroscópicas a los átomos y moléculas

-Pensar que los elementos pueden transformarse (por ejemplo, pensar que al quemar un elemento, se convierte en carbón)

-Comprender que los coeficientes estequiométricos son proporciones -Confusión entre conceptos de átomo, partícula, molécula

-Concepción de las sustancias como un continuo

Una vez claros estos pasos se puede plantear la estructura problematizada de la unidad. En el anexo III se presenta el gráfico de la estructura problematizada.

5.4.1 OBJETIVO GENERAL

-A partir de los contenidos requeridos por el BOE y la DOGV, presentar una secuencia de actividades para la enseñanza del tema de reacciones químicas en cuarto de la ESO.

5.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

-Cumplir con cada contenido estableciendo las competencias clave que se trabajarán y los estándares de aprendizaje que se utilizarán.

5.4.3 OBJETIVOS OBSTÁCULO

- Comprender la diferencia entre compuesto y mezcla -No conocer la diferencia entre compuesto y mezcla -Diferenciar cambio químico de cambio físico

-Comprender que, en un cambio químico, los elementos no cambian, lo que cambia es la forma en que se combinan

-Comprender que los coeficientes estequiométricos son proporciones -Comprender conceptos de átomo, partícula, molécula

5.4.4 PROPUESTA

¿QUÉ VAMOS A ESTUDIAR Y PORQUÉ? (Establecimiento del hilo conductor)

Como se ha visto en cursos anteriores, existen diferencias entre cambios químicos y cambios físicos. En nuestro tema, nos centraremos en cambios químicos. Para poder continuar y conseguir apropiarnos del tema debemos estar seguros de que partimos de concepciones previas que son correctas.

(24)

A.1) Indica en las siguientes situaciones si el cambio que se produce es físico o químico:

a. Hielo que se derrite.

b. Mezclar leche con azúcar.

c. Preparar café.

d. Prender fuego un papel.

e. Poner mantequilla a derretir en una sartén.

Esta actividad busca que el alumnado repase conceptos tratados anteriormente, además de dar la posibilidad de detectar conocimientos previos. Los ejemplos han sido escogidos de manera que reflexionen sobre situaciones no tan claras y dando pie a que comiencen a asociar cambios químicos con las reacciones. En el caso por ejemplo de quemar un papel, se plantearía además qué podría estar ocurriendo con el papel para conocer sus ideas previas.

A.2) Una vez realizada la puesta en común ya estáis en disposición de definir qué es un cambio físico y qué es un cambio químico.

Defínelos.

Un cambio físico no altera las propiedades características de la sustancia, un cambio químico sí. Pero ¿si un cambio químico altera las propiedades de la o las sustancias que intervienen que está ocurriendo?

A.3) ¿Qué ocurre con las sustancias en las que se está produciendo un cambio químico?

En esta cuestión se busca que el alumnado se plantee realmente qué podría estar ocurriendo. Se busca que lleguen a la conclusión de que aquellas sustancias en las que se produce un cambio químico, de alguna manera se transforman en otras que incluso no tienen porqué estar en el mismo estado que las de partida.

A.4) ¿Qué interés puede tener el estudio de los cambios químicos?

Los conceptos que manejaremos en cambios químicos son necesarios y útiles.

Se utilizan tanto para obtener productos necesarios para un ámbito específico o

(25)

para obtener energía, por ejemplo. En medicina, pirotecnia, abonos, fármacos, combustibles…

Las sustancias que sufren un cambio químico, al mezclarlas se dice que reaccionan. Una reacción es, por lo tanto, aquello que ocurre cuando una o más sustancias en una situación determinada dan lugar a otra u otras diferentes. Pero no debe ser tan sencillo, en ciencia ante cada situación es necesaria una explicación, es decir, un pensamiento científico que lleve a una justificación del proceso.

Existen muchas preguntas entorno a la definición de reacción. Y no es tan sencillo conseguir responderlas, ese será nuestro principal objetivo en este tema, objetivo que muchos químicos han tenido a lo largo de la historia y gracias a ellos, hoy conseguimos esas respuestas.

A.5) Leamos el siguiente fragmento:

“Hace ocho días que he descubierto que el azufre al arder, lejos de perder peso, le ocurre lo contrario; es decir, que de una libra de azufre se puede obtener mucho más que una libra de ácido vitrólico [sulfúrico], abstracción hecha de la humedad del aire; al igual que con el fósforo: este aumento de peso proviene de una cantidad prodigiosa de aire que se fija durante la combustión y que se combina con los vapores.

Este descubrimiento, que he constatado con experimentos que me parecen decisivos, me hace pensar que lo que se observa en la combustión del azufre y del fósforo podía muy bien tener lugar en todos los cuerpos que adquieren peso por la combustión y la calcinación; y estoy persuadido de que el aumento de peso de las sales metálicas [óxidos metálicos] tiene la misma causa. La experiencia ha confirmado totalmente mis conjeturas; he hecho la reducción del litargirio [óxido de plomo (II)] en recipientes cerrados, con el aparato de Hales, y he observado que se desprendía, en el momento en que pasaba la cal a metal, una cantidad considerable de aire que formaba un volumen mil veces mayor que el de la cantidad de litargirio empleada. Este descubrimiento me ha parecido uno de los más importantes de los que se han hecho desde Stahl, [por lo que] he creído que debía asegurarme su propiedad, haciendo el presente depósito en la Academia, para que permanezca secreto hasta el momento en que publique mis experimentos.

(26)

En París, el 1º de noviembre [de] 1772.

Firmado: Lavoisier”

No siempre, los conceptos que hoy en día vemos evidentes han sido tan conocidos. Esta unidad intentaremos ponernos en su piel, conseguir poco a poco descubrir cómo podemos definir y describir de la mejor manera posible las reacciones.

Continuemos con nuestro tema.

A.6) Enumerad aspectos que consideréis necesarios para poder definir una reacción.

A.7) Haced una puesta en común con el resto de la clase.

Los aspectos que serían necesarios para poder definir una reacción podrían ser:

- Cómo se produce a nivel microscópico.

- En qué proporción reaccionan o porqué se obtiene más o menos dependiendo de las sustancias que reaccionan.

- Lo rápido que se produce.

- Cuánta sustancia se obtiene al final.

- ¿Existen diferentes tipos de reacciones?

Ahora que ya hemos decidido lo que necesitaremos para poder entender más a fondo las reacciones estamos en disposición de elaborar el índice del tema a modo de estrategia para resolver nuestro problema inicial.

1. Invención de un modelo que nos permita explicar cómo ocurren las reacciones. ¿Cómo se producen las reacciones?

2. ¿Cómo podemos comprobar nuestro modelo de reacción?

2.1. ¿Se conserva la masa?

2.2. ¿Es posible medir la rapidez con que se produce una reacción?

2.2.1. ¿Qué factores afectarían según nuestro modelo?

2.3. ¿Qué papel tiene la energía?

2.4. ¿Es posible predecir qué cantidad de producto se obtendrá?

2.4.1. Conceptos de cantidad de materia.

2.4.2. Conceptos de concentración de una disolución.

2.4.3. Resolución de problemas de estequiometría.

2.5. ¿Qué tipo de cambios químicos se pueden dar?

(27)

2.5.1. Reacciones de síntesis.

2.5.2. Reacciones de neutralización.

2.5.3. Reacciones de combustión.

3. Limitación de los conceptos aprendidos.

4. Recapitulación.

5. Actividades complementarias.

5.1.1. Realización de una valoración.

5.1.2. Realización de una combustión.

5.1.3. Comprensión de la síntesis del amoníaco.

5.1.4. Reacciones de combustión en la respiración celular.

1.Invención de magnitudes necesarias para el estudio de las reacciones químicas.

Como hemos visto en la introducción, nuestro problema a resolver es ¿cómo se producen las reacciones? Para conseguir alcanzar nuestro objetivo son necesarias una serie de pautas que podamos establecer para así poder seguir adelante.

Ya hemos visto que una reacción es un cambio químico, es decir, lo que ocurre cuando una o más sustancias dan lugar a otras diferentes y por lo tanto, cambian sus propiedades. Pero también comentamos la necesidad de ser algo más específicos y es que, al tratarse de un pensamiento científico, necesitamos establecer condiciones, diferentes aspectos, tener en cuenta ciertos factores y realizar las comprobaciones necesarias para verificar nuestras hipótesis.

Comencemos pues por entender que para poder resolver nuestro problema inicial tendremos que ser capaces de diferenciar tres niveles de ¨visión¨ y en cada caso considerar uno u otro de manera que sea más sencillo nuestro problema.

Estos tres niveles son el macroscópico, el microscópico y el simbólico. El nivel macroscópico consiste en explicar las reacciones en función de lo que somos capaces de ver a simple vista o de la variación de determinadas propiedades. El nivel microscópico es describir una reacción comprendiendo qué está ocurriendo con los átomos o moléculas que intervienen en ella para ello podemos hacer uso de la teoría corpuscular. Y el nivel simbólico, es ser capaz de expresar con los símbolos de los elementos y las proporciones adecuadas, una reacción. A partir de ahora lo expresaremos con la ecuación química.

(28)

Normalmente en el estudio de una reacción se observa un cambio a nivel macroscópico, se explica qué ocurre a nivel microscópico y se representa simbólicamente. Es importante, por lo tanto, ser capaces de ahora en adelante, de apropiarse de estos tres términos que nos simplificarán nuestro estudio.

A.8) En el laboratorio mezclamos agua con sodio y observamos cómo se desprende calor y el sodio desaparece. ¿Nuestra observación es macroscópica, microscópica o simbólica?

Macroscópica

A.9) Al reaccionar el sodio (Na) con el agua da lugar a hidróxido de sodio (NaOH) e hidrógeno (H2). Representa esto microscópicamente y su ecuación química.

Se les da cierto tiempo de meditación y debate en grupo y posteriormente se resuelve la cuestión.

Cómo habréis observado, para poder representar la ecuación química nos encontramos, pues con la necesidad de establecer una serie de pautas para así conseguir que todos tengamos una misma forma simbólica de representar los cambios o reacciones químicas.

La representación de las reacciones con la ecuación química es la siguiente:

Reactivos →Productos: A la izquierda pondremos las sustancias que tenemos inicialmente y a la derecha las que se obtienen después de la reacción.

Cada sustancia será representada por su símbolo y llevará delante lo que llamaremos el coeficiente estequiométrico de manera que indica la proporción en que esa sustancia participa en la reacción. Ya estamos en disposición de resolver de manera completa la actividad anterior.

Microscópico:

(29)

Ecuación química:

2𝑁𝑎 + 2𝐻₂𝑂 → 2𝑁𝑎𝑂𝐻 + 1𝐻₂

1.1. ¿Cómo se producen las reacciones?

Ya sabemos cómo representar las reacciones. Tenemos que intentar comprender ahora cómo se producen. Intentaremos, por lo tanto, conseguir un modelo que nos justifique los comportamientos que se observan

A.10) ¿Las partículas que forman una sustancia se mueven?

Si, aunque no siempre por igual. Depende del estado y de las condiciones.

A.11) ¿Qué crees que deberá ocurrir para que reaccionen?

En esta cuestión se invita al alumnado a hacer una especie de lluvia de ideas entre ellas estarán los conceptos:

- Deberían encontrarse las moléculas que van a reaccionar.

- Deberían chocar lo suficientemente fuerte.

-Deberían chocar en la orientación adecuada.

Necesitamos diseñar un modelo que nos permita explicar el proceso de una reacción.

A.12) ¿Cómo se produce la siguiente reacción: H2 (g) + Cl2 (g) → 2 HCl?

Con esta cuestión se da pie a establecer nuestro modelo, basándonos en la cuestión anterior. Se resuelve de la siguiente manera tras una puesta en común.

Para que se produzca la reacción las moléculas de Cl2 y de H2 deben chocar con la energía suficiente y en la orientación adecuada:

Reactivos Productos

(30)

Cuando se aproximan los enlaces antiguos deben romperse y los nuevos se forman:

Finalmente, se obtienen las moléculas de los productos:

A este mecanismo le llamaremos teoría de colisiones.

A.13) Enuncia nuestro hipotético mecanismo para las reacciones, utilizando el nombre de teoría de colisiones.

Teoría de colisiones: Para que las sustancias reaccionen, sus partículas deben colisionar en la orientación adecuada y con la energía necesaria. Una vez que se aproximan de manera correcta, los enlaces se rompen y se forman nuevos enlaces, dando lugar a sustancias diferentes. Según nuestro modelo, al reaccionar no cambian los átomos, sino que cambia la manera en que están asociados.

De esta manera la reacción cuya ecuación química es A + 2B2 → AB4, microscópicamente queda representada de la siguiente manera.

(31)

2. ¿Cómo podemos comprobar nuestro modelo de reacción?

2.1 ¿Se conserva la masa?

La masa no se destruye, los átomos de un elemento no se pueden transformar en otro o desaparecer sin más. Esto se denomina ley de conservación de la masa. Fue enunciada por el matrimonio compuesto por Marie Anne Pierrette Paulze y Antoine Lavoisier, y es conocida como ley de Lavoisier. Esta ley dice:

¨En todas las reacciones, la masa permanece constante¨. De manera que, la suma de la masa de todos los reactivos equivale a la suma de la masa de todos los productos.

A.14) ¿Cumple con esta ley nuestro modelo propuesto?

En un principio sí, si realizamos la representación de la reacción y a cada partícula se le asigna una masa, al final la masa de los reactivos tendrá que coincidir con la de los productos.

A.15) ¿Qué implica esto en el estudio de las reacciones?

Se invita una vez más al alumnado a debatir al respecto, dando lugar a respuestas abiertas. Pero finalmente se haría una puesta en común, se plantearían entre otras cosas el hecho de que el cumplimiento de la ley de conservación de la masa, supone que se podría deducir la cantidad de producto que vamos a obtener en una reacción determinada.

Volviendo a nuestra reacción: H2 (g) + Cl2 (g) → 2 HCl:

A.16) ¿Cuántos gramos de HCl se obtendrán con 2 gramos de H2 y 71 gramos de Cl2?

Utilizando la ley de conservación de la masa y suponiendo que todo el hidrógeno reacciona y que todo el cloro reacciona, los gramos de ácido clorhídrico que se obtendrían serían 73 g HCl.

A.17) ¿Si obtengo 500 g de HCl sería posible saber de cuánto H2 y cuánto Cl2 he partido?

No. No sería posible porque para poder deducir la solución habría que ser capaces de conocer las proporciones. Por la cuestión anterior vimos que 2 g de hidrógeno dan 73 g de HCl, esto demuestra que no supone la mitad de la masa

(32)

del producto a pesar de lo que se observa en la fórmula. En este punto cabe recordar que la fórmula de las moléculas o compuestos, representan una proporción y no coinciden con la masa. Es decir, una molécula de ácido clorhídrico tiene un átomo de hidrógeno y un átomo de cloro, pero esto no significa que tiene un gramo de cada. Por lo tanto, si tengo 500 g de ácido clorhídrico, en principio y cono lo que hemos visto hasta ahora, no seríamos capaces de saber de cuánto hidrógeno y de cuanto cloro hemos partido.

Mediante el uso de nuestro modelo (teoría de colisiones) y la ley de conservación de la masa, veamos ahora ejemplos más claros.

Siguiendo la ley de conservación de la masa, resuelve las siguientes cuestiones:

A.18) Siguiendo la ley de conservación de la masa, resuelve las siguientes cuestiones:

a. Hacemos reaccionar 96 g de carbono con oxígeno y se obtienen 224 g de monóxido de carbono. ¿Cuánto oxígeno se ha utilizado?

2C + O2 → 2 CO

Tal y como hemos visto, de acuerdo con la ley de conservación de la masa, la suma de las masas de los reactivos debe ser igual a la suma de las masas de los productos.

m carbono + m oxígeno = m monóxido de carbono 96+ moxígeno=224 ; 224-96=128 g oxígeno

b. Se introduce en un recipiente 50 g de papel se enciende con un mechero y rápidamente se cierra. Si al cerrar el recipiente tiene una masa total de 250 g, cuando se haya terminado de quemar el papel

¿Cuánto pesará el recipiente cerrado?

Este ejercicio está planteado para que sean conscientes de los gases, y de su influencia. Más de uno tendrá la idea de restar esos 50 g de papel porque al haberse quemado dirán que desaparece. La respuesta es 250 g.

(33)

A.19) Si el carbono (C) reacciona con el oxígeno (O2) para dar dióxido de carbono (CO2), representa la reacción de manera microscópica y su ecuación.

C + O2 → CO2

a. Si son 24 g de carbono y 32 g de oxígeno ¿Cuánto dióxido de carbono se obtendrá?

Aplicando la ley de conservación de la masa m carbono + m oxígeno = m dióxido de carbono 24+32=56 g CO2

b. Si obtenemos 22 g de dióxido de carbono y partimos de 16 de oxígeno, ¿cuánto C ha sido necesario?

Por la ley de conservación de la masa se sabe:

m carbono + m oxígeno = m dióxido de carbono mcarbono+16=22 ; 22-16=6 g carbono

A.20) Ajusta las siguientes reacciones de acuerdo con nuestro modelo, colocando delante de cada molécula un coeficiente que indique la proporción.

Tal y como vimos, al hacer representaciones microscópicas de nuestras reacciones, los átomos de azufre que haya como reactivos deben coincidir con los átomos de azufre que haya como productos. Utilizando esa deducción se resuelve la siguiente actividad, si el alumnado lo necesitase se podría realizar también la representación microscópica de cada reacción a modo de demostración.

a. 2SO2 + O2 → 2SO3

b. 2H2O + 2Na → 2NaOH + H2

c. 2H2 + O2 → 2H2O

(34)

d. 2KClO3 → 2KCl + 3O2

e. 3FeS2 → Fe3S4 + S2

2.2 ¿Es posible medir la rapidez con que se produce una reacción?

Tal y como planteamos en la teoría de colisiones (nuestro modelo), las reacciones se producirán siempre que las partículas que reaccionan tengan las energía y orientación adecuada.

A.21) ¿Crees que habrá algunas reacciones más rápidas que otras?

Se intenta introducir al alumno al concepto de velocidad de reacción, es posible que nunca lo hayan dado como tal pero sí que son conscientes de que no todos los cambios químicos se producen igual de rápido.

A.22) ¿Y que una misma reacción tenga diferentes velocidades en función de las condiciones?

Efectivamente las reacciones tienen diferentes velocidades y también ocurre que una misma reacción en función de las condiciones será más o menos lenta. Y para demostrarlo se realiza el siguiente experimento:

EXPERIMENTO A

Sin explicar nada a los alumnos y alumnas, se traen a clase dos vasos: uno con agua muy caliente y uno con agua muy fría, se les añade a ambos una pastilla efervescente. Y se continúa con la clase.

A.23) ¿Qué has observado?

Se deja al alumnado debatir, la pastilla en uno de los vasos se deshace más rápido.

A.24) ¿Qué crees que ha ocurrido?

Que alguna diferencia hay entre los vasos. Se le indica después de un debate, que efectivamente, aquel vaso en el que la reacción ha sido más rápida estaba más caliente.

2.2.1. ¿Qué factores afectarían?

A.25) Como ya hemos observado, sí que hay factores que pueden afectar a la velocidad de reacción. Debatir en pequeños grupos: ¿Qué factores

(35)

creéis que pueden afectar a la velocidad según nuestro modelo?

Enumeradlos.

Se realiza una lista con los factores que van comentando los alumnos y las alumnas. Por ejemplo, temperatura, algunas sustancias que puedan favorecer la reacción…

A.26) Intentar predecir cómo afectarán a la velocidad utilizando la teoría de colisiones.

Se realiza ahora una conexión entre la velocidad, los factores que la afectan y nuestro modelo de reacción química.

Como consecuencia de nuestro modelo, la velocidad de reacción debería verse afectada por 4 factores:

Temperatura:

Si nuestro modelo fuera correcto, al aumentar la temperatura las partículas se moverán con mayor velocidad, ya que aumenta su energía cinética. Al aumentar su velocidad, aumenta la posibilidad de colisiones efectivas, que den lugar a los productos y con ello la velocidad de reacción. Por lo tanto, de acuerdo con nuestro modelo, a mayor temperatura, mayor velocidad de reacción.

Puesta a prueba de la temperatura:

Para comprobar nuestras predicciones utilizaremos un simulador:

https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/reactions-and-rates/latest/reactions-and- rates.html?simulation=reactions-and-rates&locale=es

A.27) Una vez que habéis observado la simulación, pensar en alguna práctica en la que se comprueben nuestras predicciones respecto a la temperatura.

Se invita al debate, viendo qué posibilidades encuentran los alumnos. De manera específica se podría plantear la siguiente:

Teniendo en cuenta que la velocidad de reacción puede considerarse la cantidad de producto que se forma por unidad de tiempo, para comprobar la influencia de la temperatura se medirá la cantidad de producto obtenido en un intervalo de tiempo constante pero a diferentes temperaturas

(36)

A.28) La reacción que se produce en nuestra simulación es:

A+BC→AB+C

Partiendo de 50 partículas de cada reactivo, dejamos que transcurra 30 segundos y observamos cuantas partículas de producto se obtienen.

a. Primero realizamos la prueba a una temperatura en la que los productos son estables. Repetimos tres veces.

b. Segundo realizamos la prueba a una temperatura bastante superior.

Apunta las partículas de productos que se han obtenido respectivamente:

Los resultados obtenidos fueron

FRÍO CALIENTE

AB C AB C

9 9 17 18

8 8 15 15

8 8 18 17

A.29) A la vista de los resultados obtenidos a. ¿qué conclusión podemos sacar?

Se observa cómo efectivamente, existe una notable diferencia entre las partículas de producto obtenidas en cada caso. En el caso de la temperatura superior, las partículas obtenidas han sido mucho mayores.

b. ¿Se cumple nuestra predicción?