Conceptos quimic
- 1. octubre de 2008 • educación química didáctica de la química 315 didáctica de la química * Universidad Nacional del Comahue. Bariloche. Río Negro. Argentina. Colaboraron docentes de secundaria que participaron en un taller coordinado por el autor, en orden alfabético del apellido: Elsa Biffi, Graciela Casado, Sandra Cavallaro, Mª Fernanda Cháves, Mª Inés Chiossone, Claudio Contogiorgakis, Raúl Magallán, Mariana Menéndez, Teresa Mesa, Sabina Mesa, Sabrina Natalizio, Nilda Schavinsky, Yamila Sessa, Paula Soares y Marta Vassallo Correo electrónico: araviolo@bariloche.com.ar Las definiciones de conceptos químicos básicos en textos de secundaria Andrés Raviolo1 abstract (The definitions of basic chemical concepts in secondary textbooks) Chemistry textbooks have a great influence in teaching and learning. In this work, an analysis is carried out about the definitions of basic chemical concepts presented in twenty textbooks mostly utilized by argentine teachers. The concepts revisited were: objective of chemistry study, substance, chemical reaction, elementary substance, element, compound, atom, molecule and ion. The author has preoccupation of the results with regard to: (1) the diversity and ambiguity of the definitions, (2) the absence of coincidences between textbooks, (3) the little internal coherence of discourse, (4) the promotion of alternative conceptions, (5) the relationship between macroscopic and microscopic levels, and (6) the scarce precaution in the introduction of historical information. A proposition about the definition of each of the surveyed concepts has been added in italics. key words: definitions, basic chemical concepts, secondary textbooks, alternative conceptions. Introducción Los libros de texto disponibles y utilizados por los profesores de química del nivel medio tienen una gran influencia en la enseñanza y aprendizaje en las aulas. Si bien, el Diccionario de Ciencias de la Educación concibe al libro de texto como “el recurso didáctico que ofrece al alumno la información rele vante de un nivel, curso o disciplina sistematizada y adecuada al currículo en el que se inscribe” (Mesanza, 1983), en el con texto argentino se observa que los estudiantes generalmente manipulan materiales, fotocopias o guías elaboradas por sus profesores a partir de los libros de texto. Lamentablemente, y en desmedro de la calidad de la enseñanza, para muchos do centes estos textos constituyen la única fuente de informa ción sobre el contenido e inspiración para desarrollar pro puestas didácticas. Por lo mencionado, se estaría frente a graves problemas si los textos no presentan un cuerpo de conocimiento preciso, claro y estructurado, y si sus enfoques y actividades de ense ñanza no se basan en los productos de la investigación y re flexión que surgen en la Didáctica de las Ciencias. El objetivo de este trabajo no fue buscar “errores” en textos de química de nivel medio disponibles en Argentina, sino rea lizar un análisis didáctico (útil para el aprendizaje y la ense ñanza) de cómo los libros presentan las definiciones de algu nos conceptos básicos del currículo de química. Los conceptos revisados fueron: objeto de estudio de la química, sustancia, reacción química, sustancia elemental, elemento químico, compuesto, átomo, molécula e ion. Interesó indagar particularmente: Cuál es el grado de coincidencia en la formulación de las—— definiciones. Cuál es la primera información que aparece en las defi—— niciones, si comienzan con la referida a la clase en que se incluye el término definido. Cómo abordan las definiciones a un nivel macroscópico—— (empírico, perceptivo) y a un nivel microscópico (átomos, moléculas, iones), de los conceptos: sustancia, reacción química, sustancia elemental y compuesto. Cómo presentan dos conceptos estructurantes de la quí—— mica para este nivel: sustancia y cambio químico. Si establecen más de un significado al término elemento—— químico. Si promueven la aparición o consolidación de concepciones—— alternativas en los alumnos y también en los profesores. Metodología Se analizaron 20 textos disponibles de química para nivel me dio, entre los que se encuentran los más utilizados por los profesores argentinos (ver Anexo 1). Cada libro fue revisado siguiendo una lista de preguntas que guiaron el trabajo (Anexo 2). Las respuestas se escribie ron incluyendo también los párrafos y definiciones textuales. Cada libro fue analizado independientemente, por lo menos, por dos investigadores.
- 2. didáctica de la química educación química • octubre de 2008 316 Los resultados del análisis de la información obtenida se desarrollan a continuación. También se presentan (en letra cursiva) definiciones sugeridas que atienden fundamental mente a cuestiones didácticas, muchas de las cuales son discu tidas en otro artículo (Raviolo, 2008). 1. Objeto de estudio de la química El 25% de los textos consultados no definen el objeto de estu dio de la química. El 35% propone afirmaciones generales del tipo: “Estudio de la materia, la energía y sus transformacio nes”, “Se preocupa de estudiar las transformaciones naturales y artificiales que experimenta la materia” que podrían caberle a la Física. Curiosamente son poco frecuentes (35%) las afirmaciones que hacen referencia a los dos conceptos centrales de “sustan cia” y “reacción química”: “La Química estudia las sustancias, su estructura, sus propiedades y reacciones y las leyes que rigen estas reacciones”. Una discusión interesante sobre este aspecto la realiza Garritz (2007). 2. Sustancia a nivel macroscópico Un 10% de los libros de texto no define sustancia o lo hace muy indirectamente. Una definición es una explicación del significado de un tér mino con el fin de eliminar la vaguedad y la ambigüedad de las palabras; por ello, la primera información que tendría que aparecer en una definición es la referida a la clase, o categoría, en que se incluye el término definido. Para el caso de sustancia la incluyen en: “sistema” (ej. sistema homogéneo) (40%)—— “materia” (30%)—— “muestra” (10%)—— “cuerpo” (10%)—— no define clase alguna (10%)—— Es inadecuado que la definición de sustancia dependa de otros términos que requieran una compleja definición previa, por ejemplo los términos sistema o componente: “Sustancia es un sistema homogéneo formado por un solo componente”; el concepto científico de sistema es complejo y, además, posee muchos significados cotidianos. En forma análoga a la biología, se suelen llamar a las sus tancias como las “especies químicas” (15% de los textos). El inconveniente de este término es que la palabra “especie” es utilizada en los textos también para partículas (como tipo de átomos, tipos de moléculas, etc.). Para estos casos la IUPAC propone “entidades moleculares”. Otras definiciones resultan poco precisas: “Sustancia es lo que tiene de común la materia con iguales propiedades inten sivas o específicas”, “Es cada una de las clases de materia”, “Especie química o sustancia es lo que tienen en común los cuerpos puros con iguales propiedades”. Los aspectos del concepto sustancia que se tienen en cuen ta en las definiciones son: Materia homogénea: 55%—— Composición fija: 20%—— Propiedades características: 85%—— No fraccionable: 50%—— El hecho de que su composición sea fija (constante, defini da, conocida) es una característica muy importante de las sus tancias a la que se da poca relevancia en la enseñanza. Este aspecto la diferencia del otro sistema homogéneo, las disolu ciones, que son mezclas de composición variable. Por ello, una definición adecuada de sustancia es:“Una sustancia es materia homogénea de composición fija que posee propiedades específicas que la diferencian de otras”. Un 45% de los textos se refiere a “sustancia pura”, o a “cuerpo o material puro”, conceptos que han dejado de utili zarse. Es importante discutir con los alumnos el significado del término “pureza” de un reactivo. Hablar de “sustancia pura” daría lugar al contradictorio término de “sustancia im pura”. La diferencia entre sustancia y mezcla se torna sutil y abstracta. A nivel macroscópico es una sustancia cuando se funde o hierve a temperatura constante, si no, es una mezcla. Así, el concepto de sustancia se refiere a un modelo de la química más que a un objeto real. A este debate no aportan mucho afirmaciones como la encontrada en un texto: “Una sustancia pura es toda la que está formada por un único com ponente”. 3. Sustancia a nivel microscópico Sólo dos libros (10%) presentan una definición microscópica de sustancia en general, aunque este tipo de definiciones es común para sustancia elemental y compuesto. Ambos textos hacen referencia a las sustancias como moleculares (sin tener en cuenta a las sustancias iónicas, metálicas y covalentes): “Una sustancia es pura cuando todas sus moléculas tienen la misma composición”, “Una sustancia pura es una sustancia formada por un solo tipo de moléculas” (en esta última, el uso del término “sustancia pura” daría lugar a pensar en sustancias formadas por más de un tipo de moléculas). Teniendo en cuenta la tendencia de los alumnos a transfe rir propiedades macroscópicas de las sustancias a las partícu las, las definiciones anteriores fomentan la transferencia del concepto macro de pureza al nivel micro. Furió y Furió (2000) afirman que los alumnos desconocen la idea microscópica de sustancia como un conjunto de mu chísimas partículas todas iguales; por ello, se sugiere como definición de sustancia a nivel microscópico: “Una sustancia es materia homogénea formada por partículas iguales”. En otro artículo (Raviolo, 2008) se ha profundizado esta idea de par tículas iguales aclarando que se trata de las partículas repre sentativas de las sustancias que permiten clasificarlas en dis tintos tipos de sustancias (moleculares, covalentes, iónicas y metálicas). Por ejemplo, el átomo es la partícula representati va de la sustancia en el caso de los gases nobles, ejemplo:Ar(g) o de los sólidos covalentes, ejemplo: C(diamante).
- 3. octubre de 2008 • educación química didáctica de la química 317 4. Reacción química a nivel macroscópico Sorprendentemente un 10% de los libros de química no definen en forma directa al cambio o reacción química, objeto de es tudio de esta ciencia. A nivel empírico se espera que las defi niciones se refieran a “un proceso en el cual una sustancia (o sustancias) cambia para formar una o más sustancias nuevas”. Una concepción alternativa frecuente de cambio químico es considerarlo como una modificación, en la cual la sustancia varía su apariencia o propiedad pero manteniendo su identi dad (Andersson, 1990). A esta idea contribuyen, directa o indirectamente, el 50% de las definiciones extraídas de estos textos, al hacer hincapié en la modificación de propiedades: “Durante las transformaciones, reacciones o fenómenos quí micos, sí se producen modificaciones en las sustancias presen tes en el sistema”, “Las sustancias se transforman en otra u otras sustancias cuyas propiedades son diferentes de las sus tancias que se pusieron en contacto”, “Los cambios químicos o reacciones provocan una modificación en la composición química de las sustancias, dando lugar a la formación de otras sustancias”. Relacionada con la concepción anterior, un 10% de los tex tos promueve la afirmación errónea de que “toda transforma ción en la que cambian las propiedades específicas de las sustan ciases un cambio químico”,dado que algunas transformaciones físicas, como los cambios de estado, producen cambios en propiedades específicas (por ej. la variación de la densidad del agua al pasar al estado sólido). La siguiente definición encon trada en uno de los textos aporta a esta idea: “Cambio quími co es toda modificación que produce cambios en las propie dades intensivas o sustanciales”. Otras definiciones incorrectas de textos asocian a los cam bios físicos como reversibles y cambios químicos como irre versibles o permanentes (15%): “Fenómenos químicos son todas aquellas transformaciones que alteran las propiedades de las sustancias de modo definitivo y permanente”. Una definición sugerida podría ser: “Una reacción química es un proceso en el cual una sustancia (o varias sustancias) cambia/n y forma/n una o más sustancias nuevas”. 5. Reacción química a nivel microscópico El 35% de los textos consultados no presenta una definición microscópica de la reacción química. El 40% lo hace correc tamente como un reordenamiento de átomos: “Los átomos que constituyen las sustancias originales (llamadas reactivos) proceden a reagruparse para formar las nuevas sustancias (es decir, los productos)”, y un 25% se refiere a cambios en los átomos que forman las moléculas, es decir consideran a todas las sustancia como moleculares: “En toda reacción quí mica los átomos que constituyen las moléculas se reagrupan, es decir, se unen de manera distinta formando nuevas moléculas”. Un 30% de los textos, conjuntamente a la interpretación microscópica del cambio químico, mencionan la conservación del número y de la identidad de los átomos que participan en él: “durante una reacción química los átomos no se crean ni se destruyen, ni cambian su identidad”. Definición sugerida: “En una reacción química hay una re- distribución de los átomos o iones formando otras estructuras (moléculas o redes) diferentes”. 6. Sustancia elemental a nivel macroscópico En primer lugar, la presencia en muchos de los libros de texto analizados de los términos “sustancia simple” y “sustancia compuesta”, a pesar de que ya no son empleados por la IUPAC, reflejaría cierto grado de obsolescencia en estos libros. En este artículo se discute y propone el uso del término “sustancia elemental” (en lugar de “sustancia simple”) como una forma de precisar el concepto de elemento químico y de evitar con tradicciones en el discurso. El 60% de los libros analizados define a sustancia elemen tal en términos macroscópicos como:“Sustancias que no pue den dar origen a otras, no se pueden descomponer”. En un 25% de los textos no se encontró una definición. Un 10% las define considerando a las sustancias sólo como moleculares:“Son aquellas cuyas moléculas están constituidas por átomos de la misma especie”, “Sus moléculas están for madas por átomos idénticos”. Y un texto (5%) emplea el prescindible término “cuerpo puro simple”: “Cuerpo puro simple es aquel cuerpo que, sometido al proceso de descom posición mantiene sus propiedades y no forma cuerpos puros más sencillos”. Un 20% utiliza, en forma explícita, a “elemento” y “sustan cia elemental” (“sustancia simple” en muchos textos) como sinónimos. Si bien la IUPAC acepta dos significados para el concepto elemento químico (como especie de átomos y como sustancia química), se considera inapropiado emplear como sinónimos a elemento y sustancia elemental, desde un punto de vista de la coherencia lógica interna del discurso y desde un enfoque didáctico, dado que conduce a muchas confusio nes; por ejemplo, en las reacciones químicas se conservan los elementos (tipos de átomos) y no las sustancias elementales involucradas en la reacción. Así se reserva el término elemen to como un concepto del nivel microscópico. Esta postura, apoyada por algunos autores como Bullejos y otros (1995), se sigue discutiendo más abajo cuando se analizan las definicio nes de elemento. La utilización de “elemento químico” como sustancia con duce a contradicciones internas que se ponen de manifiesto a veces en un mismo párrafo: “Un elemento químico es una sustancia pura que no puede descomponerse en otras sustan cias más simples mediante reacciones químicas … todas las sustancias puras son elementos químicos o están formados por la combinación de dos o más elementos químicos”, se desprende la concepción alternativa de que un compuesto está formado por una combinación de dos o más sustancias elementales. Esta idea, la refuerza el hecho de que la palabra combinación se utiliza frecuentemente para mezclas. En definitiva: “Una sustancia elemental es una sustancia a partir de la cual no puede obtenerse sustancias más simples por medios químicos”.
- 4. didáctica de la química educación química • octubre de 2008 318 7. Sustancia elemental a nivel microscópico El 25% no presenta una definición a nivel partículas de sus tancia elemental. Un 35% lo hace considerando a todas las sustancias como moleculares y/o dentro de las hipótesis de Dalton y Avogadro: “Las moléculas de una sustancia simple están constituidas por átomos de la misma clase”. Un 15% se refiere a “tipos de átomos”: “Sustancia simple: sustancia cuyas partículas constituyentes corresponden al mismo tipo de átomos”. Un 10% a “átomos iguales”:“Está for mada por átomos iguales”, que no sería del todo correcta si se tienen en cuenta los isótopos. Y, finalmente, un 15% a “ele mento químico”: “Sustancia simple formada por un solo ele mento”. Definición sugerida: “Las sustancias elementales son sustan- cias formadas por un único tipo de átomos”. 8. Elemento químico El 50% de los textos considera a elemento como una sustan cia y un 15% no lo define. En el análisis de resultados de este apartado la suma de los porcentajes excede el 100% dado que varios textos asumen más de una postura. El 25% utiliza la definición asociada a Dalton: “Elemento: lo que tiene en común las sustancias simples, sus variedades alotrópicas y todas aquellas sustancias compuestas que, por descomposición, pueden originar dicha sustancia simple”. Otros lo definen como sustancia adoptando la concepción de Boyle: “Para Boyle, los elementos debían definirse como las sustancias básicas de las que estaba constituida toda la mate ria. Esto significaba que un elemento no podía descomponer se en sustancias más simples”. Otro grupo de definiciones (15%) lo designa como un tipo de “unidad fundamental” (unidad química, entidad elemental, etc.):“Los elementos químicos son las unidades químicas fun damentales a partir de las cuales se forman las sustancias sim ples y compuestas”. La IUPAC enumera dos definiciones para elemento quími co: (1) como una especie de átomos y (2) como una sustancia química pura compuesta de átomos con el mismo número de protones en el núcleo, y aclara que, frecuentemente, se utiliza el término sustancia elemental para la segunda acepción. El 35% de los textos define a elemento como un concepto del nivel micro, como una clase o tipo de átomos:“A cada tipo de átomo se le da el nombre de elemento”, “Un elemento químico designa a la clase de átomos que tienen un mismo número atómico Z”, sólo un 15% aclara que se trata de un tipo de átomos con igual número atómico. Otras afirmaciones a nivel partículas son más confusas: “Los átomos de una mis ma especie corresponden a un determinado elemento quími co”, “Estos diferentes tipos de átomos, son partículas repre sentativas de los elementos químicos”, “Un conjunto de átomos con el mismo número de protones”. La consideración de elemento como sustancia contribuye a la concepción alternativa muy extendida entre los alumnos de que un compuesto es una mezcla de sustancias. Por ejem plo: “Una idea muy antigua es que todas las sustancias se ori ginan por combinación de unas pocas sustancias elementa les… la materia está formada por la combinación de elementos químicos”,“Elemento es una sustancia constituida por un solo tipo de átomo, que puede formar parte de todas las demás sustancias”, de la que se desprende: “sustancia… que puede formar parte de todas las demás sustancias”. La última definición del párrafo anterior concibe a ele mento como sustancia y como tipo de átomo. Curiosamente, ningún autor aclara que emplea al término “elemento” con dos significados: uno macroscópico (como sustancia elemen tal) y otro microscópico (como tipo de átomos). Algunas definiciones son confusas: “Los átomos de una misma especie corresponden a un determinado elemento quí mico”, “Un elemento no puede descomponerse en entes más elementales”, además de ser rebuscadas utilizan términos im precisos como “especie”, que se usa también para tipos de sustancias o de moléculas, o “entes elementales”. Otra afirmación conlleva, también, una contradicción in terna: “Los elementos son sustancias simples, pero no toda sustancia simple es un elemento, pues el diamante y el grafito son sustancias simples, no son elementos sino que están cons tituidos por el elemento carbono”, de la que se deriva que el diamante y el grafito están constituidos por la sustancia ele mental carbono, pero ¿existe la sustancia elemental carbono? Siguiendo el mismo razonamiento la sustancia ozono (O3) estaría constituida por la sustancia elemental oxígeno (O2). Teniendo en cuenta lo apropiado de la utilización del tér mino sustancia elemental, se sugiere como definición: “Un elemento químico es una clase de átomos, átomos con igual nú- mero atómico; es decir, átomos que tienen el mismo número de protones”. Y, más general, teniendo en cuenta a las sustancias forma das por iones: “Un elemento químico es una clase de partículas con núcleos atómicos que poseen igual número de protones”. 9. Compuesto a nivel macroscópico El 30% de los textos no presenta una definición de compues to (“sustancia compuesta” se le denomina en muchos textos) a nivel macroscópico como una sustancia que puede ser des compuesta en sustancias simples por procedimientos quími cos. Un 20% lo hace indirectamente a través de ejemplos: “La descomposición del agua por electrólisis ha mostrado que esta sustancia es compuesta, porque se la puede descomponer en dos sustancias”. El 35% presenta una definición apropiada, aunque la mi tad de ellos aclara que se trata de una descomposición quími ca: “Sustancia compuesta: pueden descomponerse en dos o más sustancias”,“Toda sustancia que puede ser químicamente descompuesta”. Otras son más confusas:“Es aquel cuerpo que sometido al proceso de descomposición produce dos o más cuerpos puros de composición más sencilla”. En otras afirmaciones (20%) se concibe a la sustancia com puesta como una combinación de dos o más sustancias ele mentales o elementos, con lo que promueven la confusión entre mezcla y compuesto: “Sustancias compuestas o com
- 5. octubre de 2008 • educación química didáctica de la química 319 puestos químicos: resultan de la combinación de dos o más sustancias simples”, “Sustancia formada por dos o más ele mentos que no es posible separar por métodos físicos” (ante riormente este texto había definido a elemento como una sustancia). La definición:“En las sustancias compuestas desaparecen las propiedades de las sustancias que le dan origen”, refuerza in directamente la concepción de cambio químico como modifi cación de propiedades manteniendo identidad de sustancias. Sólo un texto hace referencia a la posibilidad de que como producto de una descomposición se podría obtener otra sus tancia compuesta (por ej. la descomposición térmica del clo rato de potasio o del carbonato de calcio): “Las sustancias en las que se puede descomponer una sustancia compuesta pueden ser simples o a su vez compuestos, pero estas sus tancias compuestas a su vez se pueden descomponer en otras simples”. Definición sugerida: “Un compuesto químico es una sustan- cia a partir de la cual pueden obtenerse sustancias elementales por medios químicos”. Por medios químicos debería entender se una o varias reacciones químicas que lleven a la obtención de sustancias elementales. 10. Compuesto a nivel microscópico El 25% de los textos analizados no presentan una definición a nivel microscópico de compuesto. El 70% presenta afirmacio nes apropiadas: “Los compuestos están formados por dos o más tipos de átomos diferentes”. Y un 5% lo hace indirecta mente a través de la presentación de ejemplos: “Existen sus tancias constituidas por un solo elemento químico (H2, Cl2, N2) o por dos distintos (H2O, CO2). El agua y el dióxido de carbono son sustancias compuestas”. El 40% de los textos considera a todas las sustancias como moleculares: “Si la molécula está formada por átomos dife rentes, la sustancia es compuesta”,“Un compuesto químico es una sustancia pura cuyas moléculas están formadas por dos o más tipos de átomos”. Una definición hace referencia a “combinación”: “A partir de los compuestos que resultan de la combinación de átomos diferentes, es posible obtener los elementos puros mediante procesos químicos”. Como definición sugerida se propone: “Un compuesto es una sustancia formada por dos o más tipos de átomos (elemen- tos), esos átomos están unidos químicamente en proporciones definidas”. 11. Conservación de los elementos en una reacción química El 55% de los textos no hace referencia directa o indirecta a la conservación de los elementos, o del tipo de átomos, que participan en una reacción química. El 45% lo hace aunque sólo uno de ellos (5%) hace explícito el término “conserva ción de los elementos”: “Ley de conservación de los elemen tos: en toda transformación química se conserva la clase y masa de los elementos que en ella intervienen”. Las demás definiciones hablan de conservar el tipo de átomos: “En el transcurso de la reacción, los átomos no se destruyen ni se forman átomos de otro elemento, sino que se organizan de un modo diferente”,“Pero durante las transformaciones químicas no cambia el número ni clase de átomos”. Un 20% lo hace indirectamente a partir de extraer una generalización de ejemplos presentados: “Estos procesos con sisten en un reordenamiento de los átomos, que se agrupan de diferente manera en los reactivos y en los productos, por lo que su cantidad e identidad se conserva”. Teniendo en cuenta que en un cambio químico pueden participar sustancias formadas por iones, se podría definir:“En una reacción química se conserva la identidad y número de los núcleos atómicos”. 12. Átomo En un 15% de los textos no se encontró una definición de átomo y en un 40% se presenta al átomo en forma indirecta, generalmente dentro del desarrollo de la teoría de Dalton. En general, al átomo se lo incluye en las categorías de: “partícula” (40%):“El átomo es la partícula más pequeña de—— un elemento que puede participar en un cambio químico”. “menor porción” (25%): “Átomo es la menor porción de—— materia capaz de combinarse para formar moléculas”,“Par te más pequeña de un elemento”. “unidad básica o fundamental” (5%):“Unidad fundamental—— de un elemento que puede intervenir en una reacción quí mica”. otras categorías difusas como “estructuras” o “constituyen—— tes” (10%): “Son constituyentes de las moléculas”, “La ma teria está constituida por estructuras infinitamente peque ñas, los átomos”. En un 30% de los libros se aprecian las cuestionables asocia ciones entre átomo-menor partícula de una sustancia simple y molécula-menor partícula de una sustancia compuesta. “Átomo: parte más pequeña de un elemento. Molécula: parte más pequeña, con existencia individual estable, de una sustancia pura simple o compuesta”, “Los elementos químicos están formados por átomos”. Generalmente, éstas surgen como de rivadas de introducciones históricas (Dalton, Avogadro). Relacionado con lo anterior, un 10% menciona que la par tícula posee las propiedades de la sustancia:“Átomo es la me nor masa de un elemento químico que mantiene la identidad de dicho elemento”, “Partícula más pequeña que posee pro piedades de un elemento”, afirmaciones que promueven una de las concepciones más extendidas en el aprendizaje de la química, atribuirle a las partículas propiedades del mundo macroscópico o perceptible. Definiciones sugeridas: “Un átomo es una partícula, unidad básica de la materia, dado que toda la materia está constituida por átomos o por partículas que se derivan de ellos”. “Un átomo es una partícula mononuclear (con un solo núcleo atómico) neu- tra” (Sosa, 2007).
- 6. didáctica de la química educación química • octubre de 2008 320 13. Molécula Un 10% de los textos analizados no define molécula y otro tanto lo hace indirectamente a través de ejemplos: “La por ción más pequeña de azúcar será una molécula de azúcar”. Los atributos del concepto de molécula que mencionan son: “menor porción de sustancia” (35%): “Molécula es la me—— nor porción de sustancia que puede existir en estado libre conservando todas las propiedades de esa sustancia”. “existe libre” (35%): “La partícula más pequeña de la ma—— teria que puede encontrarse libre es la molécula, formada por uno, dos o más átomos “partícula” (25%):“La partícula más pequeña de la materia—— que …”. “estable” (20%):“A los agregados estables de dos o más áto—— mos…”, “Se presenta en estado libre o estable”. “… capaz de existencia individual estable”. “conserva propiedades sustancia” (15%): “La menor por—— ción de una sustancia que posee todas sus propiedades es una molécula”. “unidad” (10%): “Una molécula es una unidad constituida—— por …” “átomos unidos por enlaces covalentes” (10%): “Conglome—— rado de dos o más átomos unidos por enlaces covalentes”. “proporción definida de átomos” (10%):“Una molécula es—— tá formada por un número definido de átomos iguales o diferentes”, “Moléculas, que tienen una proporción defini da y característica de átomos”. “menor porción de materia” (5%) “es la menor porción de—— materia que puede presentarse en estado libre y estable”. “conjunto”, “agrupación”, etc. de átomos (40%): “Las—— moléculas son agrupaciones de átomos iguales o distintos”, “Molécula es un conjunto neutro de átomos que se com porta como una unidad”, “Conglomerado de dos o más átomos…”, “A los agregados estables de dos o más átomos se los conoce como moléculas”. En el 35% de los textos menciona que una molécula es la menor parte de una sustancia y/o que posee las propiedades de esa sustancia,que como ya se mencionó,esta idea (además de ser incorrecta) promueve la generalizada concepción alterna tiva consistente en transferir propiedades macroscópicas al mundo micro (“la molécula de azúcar es blanca”). Como ejemplos, de cuatro textos diferentes se extraen: “La menor porción de una sustancia que posee todas sus propiedades es una molécula. Esto es, una sustancia se puede subdividir en partículas cada vez más pequeñas hasta alcanzar el límite mo lecular”, “La molécula conserva las propiedades de la sustan cia a la cual pertenece”, “Así, por ejemplo, la menor partícula de agua que presenta sus propiedades es la molécula de agua, la que a su vez está constituida por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno”, “La porción más pequeña de azúcar será una molécula de azúcar”. Afirmaciones del tipo: “las moléculas son agregados esta bles de dos o más átomos” no da cabida a considerar “molécu las monoatómicas”, que es un término (incluido en el 55% de los textos analizados) que habría que evitar dado que confun de. Por ejemplo, resulta ambigua la proposición: “La partícula más pequeña de la materia que puede encontrarse libre es la molécula, formada por la unión de dos o más átomos, y en unos pocos casos es directamente el átomo”. Además el término “moléculas monoatómicas” conduce a otras ideas erróneas como las encontradas en dos textos: “Las sustancias simples cuya molécula está formada por un solo átomo constituyen moléculas monoatómicas, como la molé cula de los gases raros y de muchos metales al estado de vapor ej. He, Ne, Ar, Xe, Na”, “Molécula de mercurio (un átomo de mercurio)”. Estas afirmaciones hacen referencia a moléculas de metales, a pesar de que, en condiciones especiales, la partí cula libre de un metal es un radical libre (Sosa, 1999). Esta terminología también tiene un origen histórico, rela cionado con el desarrollo del conocimiento microscópico de los gases y la teoría cinética molecular. Pocos textos aclaran este aspecto: “Los gases nobles son una excepción, ya que es tán constituidos por átomos individuales”, “Los gases nobles no forman moléculas ni participan en ningún compuesto na tural conocido”. Además muchas de estas definiciones contribuyen a refor zar la idea de que todos los compuestos son moleculares: “Molécula es la parte más pequeña en la que puede ser divi dida una sustancia, sin que forme una sustancia nueva”, “Mo léculas simples… monoatómicas, biatómicas y poliatómicas… moléculas compuestas”. Definiciones sugeridas: “Molécula es el conjunto de, por lo menos, dos átomos en un arreglo definido que se mantienen uni- dos por medio de fuerzas químicas. Estas fuerzas permiten que se muevan y actúen juntos como si fueran una sola identidad”. “Una molécula es una partícula polinuclear neutra” (Sosa, 2007). 14. Ion La definición de ion no se encontró en el 20% de los libros. Un 20% lo hace como derivado del átomo o de grupo de átomos: “Ion es un átomo o grupo de átomos con cargas eléctricas”, y un 25% lo hace como sólo derivado de átomo: “Cuando los átomos neutros pierden o ganan electrones, se transforman en iones”, no dando cabida a los iones poliatómicos como el ion carbonato. Un 40% incluye a ion en la categoría “partícula”: “Se llama ion a toda partícula cargada eléctricamente por cesión o ga nancia de electrones”, y un 10% en la de “especie”: “Los iones son especies que, a diferencia de los átomos, tienen carga eléc trica neta”, “Cuando una especie química (un átomo o con junto de átomos) adquiere una carga eléctrica neta, por ga nancia o pérdida de electrones, se la denomina ion”. Un 45% hace referencia a la ganancia o pérdida de electrones. Aparecen contradicciones internas en los textos motivadas por el uso del término elemento como sustancia: “Un ion es un átomo con carga eléctrica”, después aclara: “existen anio nes formados por dos o más elementos, aniones compuestos”,
- 7. octubre de 2008 • educación química didáctica de la química 321 pero antes había definido elemento como una sustancia;además, también existen cationes formados por más de un átomo. Otras definiciones son confusas: “Partícula con carga eléc trica por pérdida o ganancia de electrones”, “Los iones son partículas que tienen carga eléctrica”, los protones y electro nes también. Definiciones sugeridas: “Ion es un átomo o grupo de átomos que tienen carga neta positiva o negativa”. “Un ión es una partí- cula cargada mono o polinuclear” (Sosa, 2007). Conclusiones En algunos libros de química, utilizados en la educación me dia argentina, no se encuentran definidos algunos conceptos básicos que abordan en sus páginas. Muchos textos, no sólo no presentan en una forma destacada las definiciones sino que parecen evitar el compromiso de hacerlo. La diversidad de afirmaciones que se encuentra, en el con junto de textos, es alarmante. Es difícil hallar definiciones iguales, o semejanzas en los aspectos que se tienen en cuenta del objeto definido. No hay coincidencias en las clases en que se incluyen los términos definidos, es decir en las primeras partes de las definiciones. Muchas proposiciones son erróneas o muestran generaliza ciones imprecisas. Existe poca consideración de las concep ciones alternativas que pueden fomentar directa o indirecta mente. Lo que estaría indicando poca conexión de los autores con los resultados de la investigación en Didáctica de las Ciencias. De la revisión hecha surge la necesidad de reforzar clara mente los distintos niveles de representación de la materia: macro, micro y simbólico, y las adecuadas relaciones entre ellos. Sobre este aspecto, Domínguez y Furió (2005) hallaron resultados similares y preocupantes en docentes y libros de texto españoles. En este contexto, una de las cuestiones a revisar es cómo los libros presentan los antecedentes históricos. Debe discri minarse lo que corresponde a la construcción histórica del conocimiento y al conocimiento aceptado en la actualidad, teniendo en cuenta que el alumno, seguramente, está toman do contacto por primera vez con estos hechos y conceptos; por ejemplo, con la inclusión de la teoría de Dalton. Furió y Domínguez (2007) plantean la existencia de ciertas semejan zas entre las ideas sobre la composición de la materia que ofrecen algunos modelos históricos y la visión actual de los estudiantes, en lo que respecta a: (a) las diferencias entre mezcla y compuesto, (b) la conservación o no de las sustan cias en un cambio y (c) el concepto microscópico de sustancia. De lo tratado en la presente revisión se deriva que los libros de texto son responsables, en gran medida, de esa situación. Del análisis realizado se desprende que la química de los libros de texto, considerados en su conjunto, es un cuerpo, lógica y semánticamente, incoherente de conocimientos. Da la impresión que para entender el significado correcto de mu chas expresiones hay que saber química previamente. Por ejemplo, para poder superar: (1) el uso del mismo término con distinto significado, (2) el empleo de palabras que tienen otras connotaciones en la vida cotidiana, y (3) las contradic ciones en la lógica del discurso. Con respecto a las dos prime ras se observa que los textos no incluyen advertencias sobre ellas al lector neófito. Surge como una implicación de este trabajo la necesidad de volver a reflexionar sobre las definiciones de los conceptos básicos de la química en distintos momentos del desarrollo del currículo, incluso en la universidad. Es una concepción alternativa creer que un concepto abstracto se aprende en un momento del programa en forma acabada y definitiva. En síntesis, si la mayoría de los docentes de nivel medio se guía,exclusiva y acríticamente,en los textos para ese nivel se está frente a una preocupante fuente de problemas para el apren dizaje de la química. Bibliografía Andersson, B., Pupils conceptions of matter and its transfor mations (age 12-16), Studies in Science Education, 18, 53- 85, 1990. Bullejos, J., De Manuel, E. y Furió, C., ¿Sustancias simples y/o elementos? Usos del término elemento químico en los li bros de texto, Didáctica de las Ciencias Experimentales y Sociales, 9, 27-42, 1995. Domínguez, C. y Furió, C., Aprendiendo de la historia y filo sofía de la ciencia: deficiencias en la enseñanza de los con ceptos macroscópicos de sustancia y cambio químico, En- señanza de las Ciencias, Número extra, VII Congreso, 2005. Furió, C. y Furió, C., Dificultades conceptuales y epistemoló gicas en el aprendizaje de los procesos químicos, Educ. quím., 11(3), 300-308, 2000. Furió, C. y Domínguez, C., Problemas históricos y dificulta des de los estudiantes en la conceptualización de sustancia y compuesto químico, Enseñanza de las Ciencias, 25(2), 241-258, 2007. Garritz,A., Química: ¿tiene que ver con sustancias o con pro cesos? Consultada por última vez en julio 10, 2007. En la siguiente URL http://garritz.com/andoni_garritz_ruiz/ documentos/Definicion_Quimica.doc Mesanza, J. (coord.), Diccionario de las Ciencias de la Educa- ción, Vol. II, Madrid. Santillana, 1983. Raviolo, A. Definiciones básicas de la química: una discusión didáctica. I. Química, sustancia, mezcla y reacción quími ca, Educación en la Química, en prensa, 2008. Sosa, P., De palabras, de conceptos y de orden, Educ. quím., 10(1), 57-60, 1999. Sosa, P., Conceptos base de la química, México, Colegio de Ciencias y Humanidades, UNAM, 2007.
- 8. didáctica de la química educación química • octubre de 2008 322 Anexo 1: Textos analizados (en orden cronológico de edición) 1. Fernández Serventi, H., Química General e Inorgánica, 8º edición, Ed. Losada, 1974. 2. Biasioli, G.A. y Weitz, C.S., Química General e Inorgáni- ca, Ed. Kapelusz, 1978. 3. Carrillo, E., Ciencias Físico Químicas III, Ed. Estrada, 1979. 4. Maiztegui, A. y Boido, G., Nociones de Física y Química, Ed. Kapelusz, 1982. 5. Magnetti, R.C., Elementos de Física y Química, Ed. Hue mul, 1985. 6. Beltrán, F., Química, un curso dinámico, 4º edic., Magiste rio Río de La Plata, 1987. 7. Depau, C., Tonelli, L. y Cavalchino, A., Elementos de Físi- ca y Química, Ed. Plus Ultra, 1988. 8. Milone, J.O., Merceología IV, Ed. Estrada, 1992. 9. Mautino, J. M., Química 4 (Aula Taller), 1a edic., Ed. Stella, 1992. 10. Escudero, P. y otros, Físico-Química, Ed. Santillana, 1992. 11. Garritz, A. y Chamizo, A., Química, Addison Wesley, 1994. 12. Vidarte, L., Química. Para descubrir un mundo diferente, Ed. Plus Ultra, 1997. 13. Alegría, M.P. y otros, Química I. Polimodal, Ed. Santillana 1999. 14. Mautino, J.M., Físicoquímica 3. Aula Taller, Ed. Stella, 1999. 15. Aldabe, S.,Aramendia, P. y Lacreu, L., Química 1, Funda- mentos, Edic. Colihue, 1999. 16. López Vivar, J. y otros, Química. Educación Media, San tillana, 1999. 17. Candas, A. y otros, Química. Polimodal, Ed. Estrada, 2000. 18. Dal Fávero, M. A. y otros, Química Activa. Polimodal, Ed. Puerto de Palos, 2001. 19. Mautino, J.M., Química Polimodal, 1a edic., Ed. Stella, 2002. 20. Bulwik, M. y otros, Quí. Química (Polimodal),Tinta Fres ca, 2006. Anexo 2: Preguntas que guiaron la indagación de textos 1. ¿Menciona el objeto de estudio de la química? ¿Éste hace referencia al cambio o reacción química? 2. ¿Defina a sustancia en forma empírica? (sistema homogé neo, composición única, propiedades características) ¿Se refiere a sustancia “pura”? 3. ¿Define a la reacción química en forma empírica? 4. ¿Define a la reacción química a nivel microscópico? 5. ¿Define a la sustancia elemental (“sustancia simple”) en forma empírica? 6. ¿Define a la sustancia elemental a nivel microscópico? 7. ¿Define a elemento químico? (como un tipo de átomos) 8. ¿Utiliza como sinónimos a sustancia elemental con ele mento? 9. ¿Define a compuesto (“sustancia compuesta”) en forma empírica? 10. ¿Define a compuesto a nivel microscópico? 11. ¿Considera a todas las sustancia como moleculares? (for madas por moléculas) 12. ¿Menciona que en una reacción química se conservan los elementos? 13. ¿Define átomo? 14. ¿Define molécula? 15. ¿Hace referencia a moléculas “monoatómicas”? 16. ¿Menciona que las moléculas conserven algún tipo de propiedad de la sustancia? 17. ¿Define ion?