Diseño de una estrategia didáctica para mejorar la ... · para mejorar la apropiación del...

Diseo de una estrategia didctica para mejorar la apropiacin del

lenguaje de la qumica a travs del tema disoluciones

Javier Antonio Salazar Mongu

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias

Bogot, D.C., Colombia

2014

Diseo de una estrategia didctica para mejorar la apropiacin del

lenguaje de la qumica a travs del tema disoluciones

Javier Antonio Salazar Mongu

Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al ttulo de:

Magister en Enseanza de las Ciencias Exactas y Naturales

Directora:

Dr.Sc.,M.Sc., Qumica, Liliam Alexandra Palomeque Forero

Lnea de Investigacin:

Motivacin en la Enseanza de la Qumica (MEQ)

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias

Bogot, D.C., Colombia

2014

La habilidad es lo que eres capaz de hacer.

La motivacin determina lo que hars.

La actitud determina lo bien que lo hars

Lou Holtz.

Nada puedes ensear a un hombre; solo

ayudarle a encontrarlo por s mismo.

Galileo Galilei.

Agradecimientos

A Dios por darme las capacidades y permitirme alcanzar una meta ms.

A mis padres Estrella y Luis, a mi hermano Cesar Augusto quienes siempre me han dado

su apoyo incondicional y promueven mi superacin a travs de su ejemplo.

A mi ta Susana porque siempre est dispuesta a escuchar y apoyar a la familia.

A mis hijos Samuel y Mariana y mi esposa Laura por su paciencia durante esta etapa, su

amor y alegra.

A mi directora de tesis, la profesora Liliam Alexandra Palomeque Forero por su

dedicacin y sus orientaciones que han sido fundamentales en la elaboracin de este

trabajo.

A todas las personas que de diferente manera me acompaaron durante este proceso de

formacin, por sus buenas intenciones y la gran energa que estuvo siempre presente.

Resumen y Abstract IX

Resumen

En este trabajo final de maestra en Enseanza de las Ciencias Exactas y Naturales se

propone un diseo de una estrategia didctica para mejorar la apropiacin de lenguaje

de la qumica a travs del tema disoluciones dirigida a los cursos superiores (10 y 11) de

educacin media.

La gua est compuesta por seis talleres constituidos cada uno por diversas actividades

de trabajo prctico y reflexivo (en el aula de clase y en la casa), que buscan que se

desarrollen un mejor entendimiento sobre el tema y que los estudiantes apliquen e

interpreten los diferentes fenmenos de la vida cotidiana a partir de sus conocimientos

previos y en formacin aprendidos en las disoluciones qumicas.

El diseo de las guas se basa en el modelo propuesto por Johnstone que hace

referencia al uso de tres niveles de pensamiento Macroscpico (tangible),

submicroscpico (molecular e invisible) y simblico (matemtico y formulacin qumica),

buscando en los estudiantes la construccin de explicaciones y predicciones que

conduzcan al uso y aprendizaje del lenguaje en ciencias.

Palabras clave: Representacin Macroscpica, submicroscpico, simblico,

proceso de disolucin, lenguaje qumico, aprendizaje significativo.

Resumen y Abstract X

Abstract

In this final work of masters in teaching natural sciences a design of a teaching strategy is

proposed to improve the appropriation of language of chemistry through the issue of

dissolutions aimed at the higher grades (10 and 11) of high school.

The guide consists of six workshops each consisting of various activities and reflexive

work practice (in the classroom and at home), seeking a better understanding on the

subject develops students to apply and interpret the different phenomena of everyday life

from their previous knowledge and training learned in chemical dissolutions.

Guides design is based on the model proposed by Johnstone refers to the use of three

levels of thinking: macroscopic (tangible), submicroscopic (molecular and invisible) and

symbolic (mathematical and chemical formula), looking for students the construction of

explanations and predictions that lead to the use and learning of language in science.

Keywords: Macroscopic Representation, submicroscopic, symbolic dissolution process,

chemical language, meaningful learning.

Contenido XI

Contenido Pg. Resumen ......................................................................................................................... IX

Lista de figuras ............................................................................................................. XIII

Lista de tablas .............................................................................................................. XV

Lista de Smbolos y abreviaturas ............................................................................... XVI

1. Delimitacin de la aplicacin de la propuesta - caractersticas de la poblacin y de la institucin. .............................................................................................................. 1

2. Introduccin general a la problemtica .................................................................. 2

3. Justificacin de la propuesta para la institucin .................................................. 3

4. OBJETIVOS ............................................................................................................... 5 4.1 Objetivo general .................................................................................................. 5 4.2 Objetivos especficos .......................................................................................... 5

5. Marcos de Referencia .............................................................................................. 6 5.1 Componente histrico-epistemolgico relacionado con el tema disoluciones ...... 6

5.1.1 El concepto de disolucin ................................................................................ 6 5.2 Niveles representacionales, red conceptual de lenguajes y niveles de anlisis en qumica. ....................................................................................................................... 20

5.2.1 Formacin de conceptos y el uso del lenguaje en qumica ............................ 20 5.3 Componente disciplinar ..................................................................................... 36

5.3.1 La qumica de las disoluciones ...................................................................... 37 5.3.2 Medidas de concentracin de soluciones....................................................... 39 5.3.3 Factores que afectan la solubilidad. ............................................................... 41

5.4 Componente Didctico ...................................................................................... 45 5.5 Desarrollo de la estrategia didctica .................................................................. 51

6. Guas Didcticas .................................................................................................... 53 6.1 Guas del Estudiante ......................................................................................... 53 6.2 Recomendaciones para el docente ................................................................... 89

7. Conclusiones y recomendaciones ........................................................................ 99 7.1 Conclusiones ..................................................................................................... 99 7.2 Recomendaciones ........................................................................................... 100

A. Anexo: Prueba diagnstica sobre disoluciones qumicas ................................ 101

XII Contenido

Bibliografa ................................................................................................................... 107

Contenido XIII

Lista de figuras

Figura 5 - 1 Modelo de los Modelos del Comportamiento de las Disoluciones Electrolticas (Quira

et al. 2009, p. 44). ............................................................................................................................ 17

Figura 5 - 2 Estructura del conocimiento basado en el material de Jos Hoover Vanegas en el

curso de Epistemologa General (lvarez, 2011, p. 39). ................................................................. 22

Figura 5 - 3 Niveles representacionales en qumica (Johnstone, 1982)(Galagovsky, 2003, p.109).

.......................................................................................................................................................... 26

Figura 5 - 4 Red conceptual sobre lenguajes y niveles de anlisis de un experto en Qumica

(Galagovsky, 2009, p. 957). ............................................................................................................. 28

Figura 5 - 5 Cdigos y formatos sintcticos en el lenguaje verbal (Galagovsky, 2009). ................ 29

Figura 5 - 6 Diferencia entre iconemas e iconos segn (Barthes, 964)(Galagovsky,2009, p. 965).

.......................................................................................................................................................... 29

Figura 5 - 7 Adaptacin de los trminos iconema e cono del lenguaje grfico, al los conceptos de

iconemas qumicos (a) conos qumicos (b) lenguaje grfico de la Qumica (Galagovsky, 2009,

p. 966). ............................................................................................................................................. 30

Figura 5 - 8 Muestra las partes componentes del lenguaje grfico, conservando la estructura del

esquema presentado en la figura 5-5 para el lenguaje verbal. (Galagovsky, 2009, p. 965). .......... 31

Figura 5 - 9 Red conceptual que enmarca las capacidades diferentes de expertos y novatos frente

a la complejidad del lenguaje grfico de la Qumica (Galagovsky, 2009, p. 968) ........................... 32

Figura 5 - 10 Cristal de iones sodio e iones de cloruro recuperado de

http://es.wikipedia.org/wiki/Cloruro_de_sodio#mediaviewer/File:Sodium-chloride-3D-ionic.png. ... 44

Figura 5 - 11 Interacciones molculasiones en la disolucin del NaCl; agua rodeando iones

sodio e iones cloruro recuperado de http://www.educarchile.cl/ech/pro/app/detalle?id=215744 .... 44

Figura 5 - 12 Esquema referencial de la ciencia escolar sobre el concepto de disolucin. (Ortolani,

2012, p. 213) .................................................................................................................................... 50

Figura 5 - 13 Modelo corpuscular elemental de la materia recuperado de de

http://colegiolibertadores.foroactivo.com/t4-modelo-corpuscular-elemental-de-la-materia. ............ 56

Figura 5 - 14 Fotos montaje experimento mezcla de gases (Delgado, T., Rodrguez, R.,

Velazquez, P., 2012, p. 50). ............................................................................................................. 62

Figura 5 - 15 Interpretando el lenguaje simblico en 5 ejemplos de disoluciones qumicas (Burns

R., 2003, p. 414). .............................................................................................................................. 66

Figura 5 - 16 Cristal de iones de sodio e iones de cloruro

(http://es.wikipedia.org/wiki/Cloruro_de_sodio#mediaviewer/File:Sodium-chloride-3D-ionic.png).. 68

Figura 5 - 17 Interacciones molculasiones en la disolucin del NaCl; agua rodeando iones

sodio e iones cloruro (recuperado de http://www.educarchile.cl/ech/pro/app/detalle?id=215744) . 68

Figura 5 - 18 Un enfoque molecular del proceso de disolucin concebido en tres etapas (Chang,

R., 2007, p. 522). .............................................................................................................................. 69
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XIV Contenido

Figura 5 - 19 Montaje representacin fuerzas intermoleculares..................................................... 70

Figura 5 - 20 Mapa conceptual enlaces qumicos (Arranz, J., 2014, recuperado

dehttp://www.sjbjesus.tk/2014/04/enlaces-quimicos.html). ............................................................. 71

Figura 5 - 21 Formacin disolucin saturada (Recuperada de

http://blog.educastur.es/eureka/2%C2%BA-bac-quim/equilibrio/). .................................................. 76

Figura 5 - 22 Representacin esquemtica de dispositivos para diferenciar entre electrolitos y no

electrolitos (Iriberri, et. al., (2011). p. 18). ........................................................................................ 79

Figura 5 - 24 Procedimiento de medicin de la conductividad (Iriberri, et. al., (2011). p. 18). .. 82

Figura 5 - 23 Montaje circuito para medir la conductividad de las disoluciones (Iriberri, et. al.,

(2011). p. 18). ................................................................................................................................... 82

Figura 5 - 25 Imagen submicroscpica (Iriberri, et. al., (2011). p. 18). ........................................... 83

Figura 5 - 26 Representacin submicroscpica. a) Disolucin gaseosa b) Disolucin liquida c)

Disolucin solida (Recuperado de http://www.edukativos.com/downloads-file-7809-recurso.html).

......................................................................................................................................................... 84

Figura 5 - 27 Imagen sobre la composicin de una disolucin (Barrientos, L., (s.f.), recuperado de

http://www.educarchile.cl/ech/pro/app/detalle?id=216927) ............................................................. 85

Figura 5 - 28 Disminucin del punto de congelacin de una sustancia pura y una disolucin

(Petrucci R., (2003). p. 561) ............................................................................................................. 87

Figura 5 - 29 Interaccin de la protena hemoglobina con el agua (Chang, R., 2003, p. 549). ...... 92

Figura 5 - 30 a) Una molcula de estearato de sodio b) Representacin simplificada de la

molcula en donde se muestran la cabeza hidroflica y el cuerpo hidrofbico (Chang, R., 2003, p.

549). ................................................................................................................................................. 93

Figura 5 - 31 Accin limpiadora del jabn a) Grasa sustancia insoluble en agua. b) cuando se

agrega jabn al agua, el cuerpo no polar de las molculas del jabn se disuelve en la grasa. c)

Finalmente, la grasa se elimina en forma de una emulsin (Chang, R., 2003, p. 549). ................. 93

Figura 5 - 32 Representaciones de un electrolito fuerte que se disocia completamente cuando se

disuelve en agua (Karen, C., Timberlake, 2008, p. 380) ................................................................. 94

Figura 5 - 33 Representaciones de un electrolito dbil que solo unas cuantas molculas disueltas

se separan, lo que produce un pequeo nmero de iones en disolucin cuando se disuelve en

agua, conducen la corriente elctrica pobremente (Karen, C., Timberlake, 2008, p. 380). ............ 94

Figura 5 - 34 Representaciones de solutos no electrolito que se disuelven en agua conforme las

molculas no se separan en iones, por lo tanto no conducen la electricidad (Karen, C., Timberlake,

2008, p. 380). ................................................................................................................................... 94

Figura 5 - 35 Representacin submicroscpica para una sustancia pura y una disolucin

(recuperado de http://www.quimicayalgomas.com/quimica-general/propiedades-coligativas-

quimica/propiedades-coligativas/) .................................................................................................... 96

Figura 5 - 36 Niveles representacionales en qumica (segn Johnstone 1982, citado en

Galagovsky, 2003, p.109). ............................................................................................................... 97

Figura 5 - 37 Adaptacin de los trminos iconema e cono del lenguaje grfico, al los conceptos

de iconemas qumicos (a) conos qumicos (b), lenguaje grfico de la Qumica. (Galagovsky,2009,

p. 966). ............................................................................................................................................. 98

Figura 5 - 38 Discriminacin de iconemas qumicos, conos qumicos y oracin icnica, dentro del

lenguaje grfico de la Qumica (Galagovsky,2009, p. 967). ............................................................ 98
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Contenido XV

Lista de tablas

Pg.

Tabla 5 - 1 Tipos de disoluciones. (Buitrago, 2012, p. 35). ............................................ 38

Tabla 5 - 2 Principales formas de expresar la concentracin de las disoluciones

(Palomeque, 2007, p. 156). ............................................................................................ 40

Tabla 5 - 3 Tipologa para caracterizacin de los modelos elaborados por los profesores

de qumica en formacin inicial sobre disoluciones electrolticas. (Quira, 2009, p. 47). .. 46

Contenido XVI

Lista de Smbolos y abreviaturas

Abreviaturas

Abreviatura Trmino

%

Porcentaje peso a peso

%

Porcentaje volumen a volumen

%

Porcentaje peso a volumen

H Entalpia o fuerza de Interaccin

C1, C2 Concentracin 1, Concentracin 2

m Molalidad

mL Mililitros

M Molaridad

N Normalidad

NaCl Cloruro de Sodio

ppm Partes por milln

sln Disolucin

X Fraccin molar

TCM Teora corpuscular de la materia

IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry

V1, V2 Volumen 1, Volumen 2

1. Delimitacin de la aplicacin de la propuesta - caractersticas de la poblacin y de la institucin.

La Institucin Educativa Francisco Jos de Caldas del municipio de Socot Boyac es

de carcter tcnico; cuenta con 1100 estudiantes de todos los niveles. En la sede de

secundaria hay aproximadamente 450 estudiantes de los niveles de 6 a 11; los cursos

estn conformados por 30 a 35 estudiantes. En este municipio la actividad principal es la

minera (extraccin de carbn) y las familias pertenecen a diferentes estratos sociales.

En cuanto a las instalaciones de la institucin, se tienen mdulos de laboratorios de

qumica, fsica y biologa donados por la gobernacin, pero no se han utilizado debido a

que no se cuenta con las instalaciones fsicas adecuadas para su funcionamiento.

Respecto a ayudas audiovisuales como video-beam, internet y computadoras, el servicio

es bueno; adems, algunos estudiantes cuentan con servicio de internet en sus casas.

2. Introduccin general a la problemtica

En muchos artculos e investigaciones referentes a la actividad de enseanza-

aprendizaje de las ciencias, es frecuente encontrar reportes de un marcado desinters y

desmotivacin general de los estudiantes hacia las disciplinas cientficas. Tambin se

menciona un manejo superficial de los temas por falta de tiempo y porque los planes de

estudio tienen temarios demasiado densos; no se alcanza tampoco a lograr un adecuado

manejo del lenguaje especializado del rea.

Si se pudiera lograr un correcto manejo del lenguaje qumico y una mejor interpretacin

de trminos, cdigos, grficos y smbolos, sera posible que el estudiante desarrollara y

relacionara los conceptos tericos especficos con fenmenos de su entorno o con

situaciones que le exijan anlisis de resultados; lo anterior puede redundar en una mejor

motivacin, ms avance en los temas de un grado a otro y aprendizaje significativo de

los temas.

3. Justificacin de la propuesta para la

institucin

Algunas evaluaciones previas (pruebas de clase o test tipo pruebas de estado SABER

aplicadas a los estudiantes de educacin secundaria de la institucin en donde se

aplicar la presente propuesta, han evidenciado fallas en la comprensin de textos con

lenguaje tcnico y mucha dificultad en la semntica, tanto lingstica, como lgica, frente

a los enunciados de los ejercicios propuestos.

Para que el aprendizaje sea significativo y no se convierta simplemente en un tema visto

y estudiado a corto plazo debido a la falta de comprensin lectora presentada por los

estudiantes de todos los grados de escolaridad, es necesario que los estudiantes

establezcan una comunicacin clara y especifica con el docente y se apropien de

lenguaje de las ciencias, en este caso, de la qumica. Esta apropiacin adems les

permitir, a futuro, explicar y describir sus propias observaciones e interpretaciones de

cualquier fenmeno o de los textos que utilice para aprender los nuevos temas vistos en

clase.

Como primer paso para mejorar la apropiacin y manejo del lenguaje, es necesario

realizar un anlisis profundo en los estudiantes, tal como lo concluyeron en algunas

investigaciones; la educacin qumica normal est aislada del sentido comn, de la vida

cotidiana, de la sociedad, de la historia y filosofa de la ciencia, de la tecnologa, de la

fsica escolar y de la investigacin qumica actual al que no se debe sustituir sino

reinterpretar a partir de la mirada de la ciencia. (Chamizo, J. A, 2001, p. 20).

Indagando sobre los errores ms frecuentes de comprensin e interpretacin, expuestos

por investigaciones realizadas en relacin con el tema disoluciones, se ha podido

determinar que tienen serias dificultades, provenientes de preconcepciones o ideas

Justificacin de la propuesta para la institucin 4

intuitivas fuertemente arraigadas, que generan grandes dificultades en la adquisicin del

conocimiento cientfico ya que muchas de estas ideas persisten por muchos aos.

(Cervellini et al., 2006, p. 408).

Con la investigacin del grupo se encontrarn nuevas estrategias didcticas que

favorezcan el aprendizaje, la interpretacin y la produccin de sentido (semiologa) del

lenguaje de la qumica.

Lo importante en los procesos de la enseanza de las ciencias en cuanto al empleo de

representaciones, es hacer que los sujetos elaboren el conocimiento con las

representaciones mltiples, sin encasillarse en un slo tipo de representacin. El empleo

de varias representaciones externas permitir que el individuo complemente su proceso

de formacin de conceptos y de aprendizajes a profundidad. Posteriormente se

evidenciar que las representaciones mentales de un estudiante refinarn las ideas y

representaciones internas, las cuales se expresarn por medio de las representaciones

semiticas en el proceso de comunicacin (lvarez, 2011, p. 42).

Se ha escogido plantear una estrategia novedosa porque el reto de los centros

educativos es brindar experiencias que capten la atencin del estudiante; es decir,

disear estrategias que mantengan al estudiante interesado por aprender o por las

respectivas asignaturas; estas actividades, aparte de captar el inters, deben desarrollar

en el alumno habilidades de orden superior como el anlisis y la metacognicin (Parolo et

al., 2004) (lvarez, 2011, p. 27).

Como tema para este trabajo, se ha seleccionado el captulo de disoluciones ya que es

fundamental dentro del currculo; es adems, una temtica propicia para abordar el

estudio de las dificultades que tienen los estudiantes para interpretar referencias

cotidianas (nivel macroscpico) y el manejo, paralelo del nivel simblico y el nivel

submicroscpico.

4. OBJETIVOS

4.1 Objetivo general

Disear una estrategia didctica orientada a que los estudiantes de educacin media de

la Institucin Educativa Francisco Jos de Caldas mejoren la interpretacin y el uso del

lenguaje de la qumica, desde la lingstica y la semiologa de la imagen, abordando el

tema disoluciones.

4.2 Objetivos especficos

Realizar una revisin desde el punto de vista disciplinar y epistemolgico, sobre el

lenguaje y conceptos que se requieren para el estudio de las disoluciones.

Hacer una revisin sobre los niveles representacionales de la qumica y sobre la red

conceptual de lenguajes y niveles de anlisis en qumica.

Revisar bibliografa especializada en revistas y textos, sobre la qumica y sus lenguajes.

Explorar, identificar y analizar el conocimiento previo que sobre el tema disoluciones

tienen los estudiantes de qumica con situaciones presentadas en el aula a estudiantes

de grado dcimo y undcimo.

Disear actividades de aula (estrategia didctica) para mejorar las diferentes

representaciones mltiples que los estudiantes van adquiriendo cuando estudian los

conceptos relacionados con el tema disoluciones.

5. Marcos de Referencia

5.1 Componente histrico-epistemolgico relacionado con el tema disoluciones

5.1.1 El concepto de disolucin

Con el trmino disolucin se suele denominar a un amplio campo de fenmenos y

sistemas materiales conocidos desde la antigedad. Los fenmenos de disolucin,

fundamentalmente de sustancias slidas en lquidos, plantean cuestiones acerca de: las

causas de la desaparicin del soluto, la transparencia de la disolucin, la constancia de la

masa, la no conservacin del volumen, la alteracin de la temperatura o la saturacin. En

el intento de dar respuesta a estas cuestiones se han generado teoras y modelos que

han ido evolucionando a lo largo de la historia. Algunos de ellos muy aceptados en su

momento se han desarrollado, en general, en paralelo al concepto de materia o como

consecuencia de los cambios y evoluciones que sta ha sufrido. No obstante, hasta el

ltimo tercio del Siglo XIX fueron relativamente pocos los cientficos que se centraron en

la investigacin de la naturaleza de las disoluciones como un problema en s mismo

(Dolby, 1976) (Blanco, et al., 2010, p. 451).

De este modo, el campo de aplicacin de la teora cintica, propuesta en un principio

para los gases, se extendi a todos los estados de la materia, conocindose desde

entonces como la teora cintica de la materia. As formulada, esta teora permite

interpretar y profundizar en el conocimiento de un amplio abanico de propiedades

macroscpicas de la materia tales como elasticidad, cambios de estado, tensin

superficial, disolucin, etc. (Blanco, et al., 2010, p. 451).

Tomando en consideracin la bibliografa disponible y, en especial, la propuesta de

(Holding, 1987)(Blanco, et al., 2010, p. 451), se pueden diferenciar tres vertientes en la

Marco Referencial 7

evolucin histrica del conocimiento sobre las disoluciones, teniendo en cuenta los

aspectos ms importantes en los que se han centrado los modelos y teoras que

caracterizan a cada una de ellas. Estas vertientes son:

Naturaleza continua/discontinua de las disoluciones.

Interaccin entre las entidades presentes en disolucin.

Atribucin de movimiento a las entidades presentes en disolucin.

Naturaleza continua/discontinua de las disoluciones

Una de las primeras explicaciones de las disoluciones, aceptada durante un largo

periodo de tiempo, fue la teora de la transustancializacin de Aristteles (384-322,

a.C.). Esta teora, que asuma como real lo que parece ocurrir al soluto cuando se

disuelve (por ejemplo, que la sal al disolverse parece convertirse en agua), con lleva un

modelo continuo de materia. De aqu que en la Edad Media, en una aplicacin de esta

teora, se considerara que si una gota de vino cayera al agua acabara por convertirse en

agua. Se conoce tambin como teora de la licuefaccin (Selley, 1998) (Blanco, et al.,

2010, p. 452).

A pesar de lo dicho anteriormente, posiblemente la primera teora corpuscular de

disolucin que se recuerda sea la de intersticios atmicos de Platn (427-347 a.C.),

anterior a la de Aristteles, que explicaba la desaparicin del soluto por un proceso de

interpenetracin que supone la aceptacin de la idea de vaco. (Blanco, et al., 2010, p.

452).

Posteriormente, Demcrito de Abdera (460-370 a.C.), propone que la materia est

constituida por tomos y vaco. Basndose en esta teora, Hern de Alejandra (aprx10-

70 d.C.) enseaba que la miscibilidad del agua con el vino era evidencia de la existencia

de espacios entre los tomos de ambas sustancias (Selley, 1998) (Blanco, et al., 2010,

p. 452).

Obviamente, estas teoras sobre las disoluciones, al igual que las teoras atomsticas de

las que partan, quedaron olvidadas durante muchos siglos (Blanco, et al., 2010, p.

452).

8 Diseo de una estrategia didctica para mejorar la apropiacin del lenguaje

de la qumica a travs del tema disoluciones

En el siglo XVII, el filsofo, matemtico y cientfico francs Paul Gasendi (1592-1655)

reviva las ideas atomsticas de Demcrito, proponiendo un modelo de poros con

formas para las disoluciones. Supona, por ejemplo, que los cristales de sal estaban

compuestos de pequeas partculas, llamadas corpsculos, y que, al igual que los

cristales visibles, stas tenan forma de cubo. Tambin haca conjeturas sobre un modelo

de poros para el agua suponiendo que contena poros con espacios vacos en forma de

cubo. De este modo explicaba el proceso de disolucin diciendo que los corpsculos de

sal se metan en los poros cbicos del agua. Es decir, que en el proceso de disolucin,

la forma de los poros deba coincidir con la forma de los corpsculos. De acuerdo con

este modelo, cuando todos los poros del agua estaban ocupados ya no se poda disolver

ms sal y se alcanzaba la saturacin (Blanco, et al., 2010, p. 452).

Gasendi comprob, no obstante, que una disolucin saturada de sal comn poda

disolver cristales de almina, u otras sustancias, lo que explicaba sugiriendo que el agua

tena tambin poros en forma de octaedros (la forma de los cristales de almina).

Gasendi justificaba este punto de vista considerando que lo que es cierto para el total es

cierto para la parte. Esta idea es la que con frecuencia utilizan los escolares, aunque de

forma implcita, cuando asignan a las partculas propiedades macroscpicas (Holding,

1987) (Blanco, et al., 2010, p. 452).

Esta explicacin implicaba tambin asumir que los corpsculos de almina eran ms

pequeos que los de sal, por eso poda encontrar espacio suficiente en una disolucin

saturada de sal (Selley, 1998) (Blanco, et al., 2010, p. 452).

Con el tiempo, el nmero de diferentes formas cristalinas conocidas por los cientficos

lleg a ser tan grande que el modelo de poros con formas para explicar las

disoluciones comenz a perder credibilidad. Con el desarrollo de la teora atmica en el

siglo XIX, el modelo de poros evolucionara hacia la consideracin del vaco, no como

intersticios dentro de la materia, sino como espacio no ocupado por esta (Blanco, et al.,

2010, p. 452).

Marco Referencial 9

Interaccin entre las entidades presentes en disolucin

Para encontrar las primeras ideas sobre este aspecto clave para comprender la

naturaleza de las disoluciones, como se ver ms adelante, hay que remontarse hasta la

segunda mitad del siglo XVII. Un grfico de esta poca (1672) representa el proceso de

disolucin como un caoneo del slido por las partculas en rpido movimiento del agua y

el consecuente movimiento de las partculas del soluto hacia los huecos del agua. Esta

explicacin de las disoluciones se conoce tambin como teora del asalto que implica

un modelo de poros y que lleg a ser ampliamente aceptada y fue la explicacin

estndar hasta comienzos del siglo XIX (Selley, 1998) (Blanco, et al., 2010, p. 452).

Rivales de la teora del asalto, basada en la idea de interaccin de tipo mecnico,

fueron varias teoras que proponan la existencia de fuerzas de atraccin entre las

entidades en disolucin. Tras el xito de la explicacin de los cuerpos celestes en

trminos de fuerzas gravitatorias, Newton marc un nuevo hito en la historia de las

disoluciones qumicas al atribuir a los cuerpos diminutos en disolucin una fuerza

atractiva para cortas distancias. Este modelo trataba de explicar, de alguna manera, las

razones de la afinidad entre ciertas sustancias. Desde su punto de vista, en las

disoluciones deba existir una combinacin de fuerzas atractivas y repulsivas. Antes de

Newton, slo se haba postulado la posibilidad de que entre cuerpos diminutos

aparecieran fuerzas de repulsin, responsables de la rpida dispersin del material

disuelto (Holding, 1987) (Blanco, et al., 2010, p. 451).

De acuerdo con este modelo, una sal puede disolverse en agua si las partculas de la sal

muestran mayor atraccin por las molculas del agua que por las suyas. El concepto de

interaccin entre las entidades presentes en disolucin aparece con un poder de

explicacin mayor que el de otras teoras anteriores y, a partir de entonces, sera el

soporte de otras nuevas teoras (Blanco, et al., 2010, p. 452).

En el siglo XVIII, el naturalista francs Georges Louis Leclerc (1707-1788), conde de

Bufn, postul que la forma de la supuesta interaccin entre cuerpos minsculos

sera importante si llegara a actuar entre partculas prximas. Propona como hiptesis

que las sustancias de similares caractersticas estaran constituidas por cuerpos de

igual forma, que cumpliran los requisitos necesarios para la disolucin. Se basaba en

la observacin de experiencias en las que las sustancias solubles entre s parecan tener



caractersticas (fsicas-qumicas) similares, de modo que pareca cumplirse una regla

general: lo semejante disuelve a lo semejante (similiasimilibussolvuntur). Actualmente se

utiliza una regla similar cuando se afirma que los lquidos polares disuelven a los slidos

polares y los lquidos no polares disuelven a los slidos no polares. Bufn, sin embargo,

fue incapaz de especular sobre la naturaleza de las fuerzas de interaccin entre soluto y

disolvente. Las teoras al respecto acarrearon mucha controversia y se convirtieron en un

importante campo de investigacin en el siguiente siglo (Blanco, et al., 2010, p. 453).

En esta poca, el qumico francs Claude LuoisBertholle (1749-1822) desarroll la teora

de la combinacin qumica entre soluto y disolvente. Esta teora mantena la proposicin

de Newton de que todas las fuerzas de afinidad que producen cambios son en esencia

atracciones gravitatorias modificadas, pero introduca la idea de que las sustancias

podan reaccionar en cualquier proporcin (Holding, 1987). En consecuencia, no hizo

distincin entre compuestos y disoluciones (Dolby, 1976) (Blanco, et al., 2010, p. 453).

Berthollet pensaba que los cambios realmente qumicos iban siempre acompaados

de la disolucin de alguna sustancia en agua y que no tena sentido que las sustancias

reaccionaran en proporciones constantes. Constituye un captulo muy conocido de la

historia de la qumica su desacuerdo con el qumico Joseph-Louis Proust (1754-1826)

quien, en 1779, afirmaba que: un compuesto es una sustancia a la que la naturaleza

asigna proporciones fijas... un ser cuya naturaleza nunca crea otra proporcin ms que la

establecida (Holding, 1998) (Blanco, et al., 2010, p. 453).

Proust no mostraba seguridad sobre la naturaleza de las fuerzas de atraccin en la

disolucin, pero s sobre su convencimiento de la composicin definida de un compuesto.

Esta controversia tuvo lugar en un momento en que los cientficos estaban tratando de

establecer los criterios para definir y clasificar cada tipo de cambio como fsico o qumico.

Los qumicos se preguntaban si las disoluciones, particularmente las acuosas, deberan

entenderse como sistemas formados por especies qumicas definidas producidas por la

combinacin de la sustancia disuelta y el agua, o explicarse en trminos puramente

fsicos (Blanco, et al., 2010, p. 453).

Marco Referencial 11

Algunos de los que se apoyaban en la afinidad qumica entre soluto y disolvente,

propuesta por Berthollet, la continuaron hasta la mitad del siglo siguiente. Desde este

punto de vista se supona, por ejemplo, que la disminucin de volumen que se produca

en las disoluciones era una manifestacin de una inmensa presin externa que

conduca a una condensacin de materia prxima a la combinacin qumica. (Dolby,

1976). Tambin se apoyaban en Berthollet quienes atribuan los intercambios de calor en

la disolucin a una combinacin qumica (Holding, 1987) (Blanco, et al., 2010, p. 453).

Entre 1860 y 1880 el qumico ruso Dimitri Ivanovic Mendelyev (1834-1907) propuso y

difundi la teora de los hidratos, segn la cual podran formarse compuestos (hidratos)

entre soluto y agua con una proporcin definida. El hidrato se difundira a travs de la

masa de lquido formando una disolucin homognea. Este trabajo tuvo gran repercusin

y contribuy a reactivar la investigacin de las disoluciones. Mendeliev consideraba que

la teora de hidratacin era el mtodo ms plausible para explicar los cambios fsicos que

parecan ser consecuencia de las combinaciones qumicas que acompaan la formacin

de una disolucin (Dolby, 1976) (Blanco, et al., 2010, p. 453).

En la dcada de 1870, los estudios realizados en termoqumica constituan una de las

principales fuentes de informacin sobre el estado de las sustancias en disolucin, ya

que ofrecan datos experimentales sobre el calor de disolucin y el calor de fusin de las

sustancias disueltas en agua. Para muchos qumicos como Marcellin Berthelot (1827-

1907), era ms plausible atribuir la liberacin de calor a la combinacin qumica de la

sustancia disuelta con el agua (Blanco, et al., 2010, p. 453).

Berthelot present un desarrollo completo de la teora de los hidratos en 1879.

Consideraba que los fenmenos de la disolucin normal estn en cierto modo en una

situacin intermedia entre la simple mezcla y la verdadera combinacin. Sin embargo,

parece probable que, el punto de partida, de la disolucin propiamente dicha, resida en la

formacin de ciertas combinaciones definidas entre el disolvente y el cuerpo disuelto.

Tales seran los hidratos formados en el lquido e idnticos a los conocidos en estado

cristalizado... y cada disolucin estara formada por la mezcla de una parte de disolvente

libre con una parte del cuerpo disuelto, combinada sta con el disolvente segn la ley de

las proporciones definidas ntegramente o en una parte, y el todo constituye un sistema



disociado en el que el cuerpo anhidro coexiste con el agua y su hidrato pudiendo existir

en una disolucin, a la vez, varios hidratos de un mismo cuerpo, unos estables y otros

disociados. Constituyen entonces un sistema en equilibrio, en el cual las proporciones

relativas de cada hidrato varan con la cantidad de agua, la temperatura, la presencia de

otros cuerpos, etc (Nicol, 1883) (Blanco, et al., 2010, p. 453).

La concepcin de Berthelot de la importancia de los hidratos en disolucin fue

representativa de las posiciones de los qumicos que mantenan una visin qumica de

las disoluciones. En la dcada de 1880-1890, el ms eminente defensor de la teora de

los hidratos fue Mendeliev (Blanco, et al., 2010, p. 453).

A pesar de la popularidad de esta teora, William Nicol (1855-1929) rechazaba la idea de

que las molculas del agua se unieran qumicamente al soluto de forma anloga al agua

de cristalizacin, y propuso, en 1883, la teora de interaccin mutua entre las

molculas del soluto y del disolvente. Supona que una disolucin se forma cuando la

atraccin entre las molculas del agua y del soluto es mayor que la atraccin entre las

molculas del soluto e implicaba una recuperacin de las ideas de Newton, aunque ahora

la naturaleza de las fuerzas entre las molculas no era gravitatoria. Nicol recopil, en

diferentes trabajos realizados en la dcada 1880-1890, un buen nmero de evidencias

experimentales en apoyo de su teora (Blanco, et al., 2010, p. 454).

Esta teora explicaba la saturacin considerando que las fuerzas que favorecen la

disolucin de las molculas de sal y las molculas de agua (fuerzas entre molculas

diferentes) se equilibran con la fuerzas que tienden a mantenerlas separadas (fuerzas

entre molculas iguales). Tambin ofreca una explicacin plausible de los datos

experimentales de contraccin del volumen total de la disolucin de sal en agua.

Aproximadamente en la misma poca, Svante August Arrhenius (1859-1927), en su

entonces revolucionaria tesis doctoral sobre la teora inica (1884), propona que al

disolver el cloruro de potasio en agua, los iones cloro y potasio se formaban sin

necesidad de corriente elctrica. La idea que prevaleca al respecto entre los qumicos de

la poca era la de Michael Faraday (1791- 1867), a saber los iones se producen por el

paso de la corriente elctrica a travs del electrolito. Precisamente la palabra electrolito

significa destruido por la electricidad. Arrhenius mand copia de esta tesis a


importantes cientficos de la poca que la acogieron de maneras muy diversas (Blanco,

et al., 2010, p. 454).

Habran de pasar unos veinte aos para que las teoras de interaccin mutua y la inica,

basadas en modelos moleculares, fueran aceptadas, a pesar de que se complementan

en la explicacin de las disoluciones. Por ejemplo, Wilhelm Ostwald (1853-1932), que

apoy inicialmente a Arrhenius, no las mencionaba en su tratado sobre disoluciones

(Selley, 1998). Por su parte, la teora de las disociaciones electrolticas de Arrhenius fue

atacada duramente, y las nuevas teoras slo pudieron emerger cuando murieron los

principales representantes de la escuela de Ostwald (Dolby, 1976) (Blanco, et al., 2010,

p. 454).

Pero la teora de los hidratos an tena sus defensores. En medio del duro debate entre

los defensores de los criterios termoqumicos (especialmente por la escuela de Ostwald)

y las teoras moleculares (como la teora de interaccin o la teora inica), Spencer

Pickering (1858-1920) lograba un gran triunfo en 1889 al conseguir cristalizar un hidrato

no identificado hasta entonces (H2SO4.4H2O) (Dolby, 1976) (Blanco, et al., 2010, p. 454).

La teora de hidratacin de las disoluciones se mantendra todava durante varias

dcadas ms y, en 1907, la Faraday Society, presidida por Pickering, organizara un

debate general sobre los hidratos en las disoluciones en el que se desarrollara una

fuerte confrontacin entre sus defensores y los seguidores de la escuela de Ostwald. No

obstante, parte de este debate derivara hacia la teora de disociacin electroltica que,

en esos momentos, gozaba de mayor simpata entre los qumicos britnicos (Dolby,

1976) (Blanco, et al., 2010, p. 454).

Atribucin de movimiento a las entidades presentes en disolucin.

Durante la segunda mitad del siglo XIX, los fsicos y los qumicos desarrollaron, la teora

cintica de los gases haciendo posible la explicacin de los aspectos cuantitativos del

estado gaseoso y los procesos reversibles en los que intervienen los gases. Las primeras

aplicaciones de esta teora al estado lquido fueron de naturaleza especulativa, por lo que

los cientficos tardaron mucho tiempo en conseguir una adecuada comprensin de los

procesos reversibles de disolucin y en relacionar las disoluciones con los gases

(Blanco, et al., 2010, p. 454).



El trabajo de Leander Dossios (1847-1883) es representativo de la primera fase del

desarrollo de la teora cintica en el mbito de las disoluciones, previamente a la

aplicacin de la termodinmica. En 1867, Dossios consideraba que un tratamiento

satisfactorio para las disoluciones podra derivarse de una teora cintica que asume

que la energa cintica de una molcula es mayor que la atraccin entre dos molculas

vecinas pero menor que la atraccin total de todas las dems molculas sobre ella. Esta

teora le permite explicar la saturacin, que ocurre cuando el nmero de molculas que

pasan a la disolucin es igual al de molculas que precipitan, o el hecho de que la

solubilidad aumente con la temperatura, que hace que se incremente el movimiento

molecular (Dolby, 1976) (Blanco, et al., 2010, p. 454).

La concepcin de que las partculas de las disoluciones estn en movimiento procede de

la analoga con el movimiento browniano. En 1827 el botnico Robert Brown (1773-

1858) observ que pequeos granos de polen, suspendidos en el agua, ejecutaban

movimientos caractersticos. Este movimiento se incrementaba si las partculas eran ms

pequeas, o si el medio era ms fluido, o si aumentaba la temperatura. El movimiento

browniano se consider anlogo al de las molculas de los gases (Blanco, et al., 2010,

p. 454).

Desde finales del siglo XIX se acumularon una gran cantidad de investigaciones

experimentales sobre las propiedades de las disoluciones, as como modelos

matemticos. Entre stos, por ejemplo, el modelo matemtico del movimiento browniano

desarrollado por Albert Einstein (1879-1955) que permita afrontar una teora cintico

molecular de las disoluciones, o la gran cantidad de trabajos experimentales que

acumul Jean Baptiste Perrin (1870-1942), muchos de ellos sobre las disoluciones

(Blanco, et al., 2010, p. 454).

Sin embargo, las evidencias sobre el movimiento de las molculas en disolucin

tendra an que esperar hasta el siglo XX con el trabajo de de Theodor Svedberg (1884-

1971) en 1923 (Holding, 1987) (Blanco, et al., 2010, p. 454).

Posteriormente, se han generado teoras ms complejas que estudian las disoluciones

partiendo de criterios termodinmicos, como son las variaciones de entropa, de entalpa,


de energa libre de Gibbs (Letcher y Battino, 2001, Van der Sluys, 2001). Con este

bagaje terico se aborda actualmente la explicacin de las disoluciones en cualquier

estado de agregacin (Blanco, et al., 2010, p. 455).

(Caldin, 2002) establece que los conceptos fundamentales en qumica se desarrollaron

desde la mitad del siglo XVIII hasta nuestros das. En su anlisis, ubica en primer lugar,

lo concerniente a las sustancias. Menciona que los modelos construidos en este campo,

comienzan en modelos de sentido comn como los elaborados por Aristteles,

fundamentados en el trabajo emprico, y tendrn su siguiente modificacin con las

propuestas de Proust y Berthollet, cuando consideran que a la luz de la teora de Dalton,

hay sustancias que se combinan entre s en proporciones variables, en este caso, los

modelos son ms elaborados y por tanto, ms abstractos. Con Lavoisier, se consolidan

modelos de modelos, como el concepto de partcula y su intervencin en la

estructuracin de las sustancias. El uso de modelos lingsticos para la clasificacin e

interpretacin de los elementos y los compuestos dificultan las explicaciones sobre el

comportamiento de las sustancias. An en la actualidad, el trabajo publicado por

Lavoisier es considerado como el origen de la qumica moderna. En segundo lugar, ubica

las reacciones como fenmenos que establecen la composicin y descomposicin de

sustancias, el tipo de modelo desarrollado es simblico, con aspectos que han de

involucrarse en las explicaciones, como los valores resultantes de la medicin producto

del uso de instrumentos. La balanza es uno de ellos; lo que permitir posteriormente

revalidar con argumentos los modelos estructurados sobre el flogisto (Bertomeu y

Garca, 2006). La consolidacin del cuerpo terico sobre la estructura general de las

sustancias se robustece con los trabajos de Dalton y sus modelos sobre tomos y

molculas (Caldin, 2002) (Quira, et al., 2009, P. 43).

Desde su origen el fenmeno disolucin, es asociado con el acto de agregar agua

(Tatton, 1973). Sin embargo, los modelos elaborados al respecto se distancian del

fenmeno observable. Aspecto que los hace interesantes en particular cuando se busca

construir una explicacin para el fenmeno de la conduccin de corriente por medio de

disoluciones en las que intervienen sales y agua. Ya no es solo si la sal desaparece en

el agua, es establecer lo que sucede a nivel submicroscpico con las entidades que

constituyen las sustancias. Este constructo utiliza modelos asociados con la

discontinuidad de la materia; se consolid a la par con los modelos sobre las reacciones,



requiri la introduccin de un modelo distinto con respecto a las partculas como

unidades estructurales de las sustancias -los iones- estableciendo otro tipo de

conformacin estructural ms discreta. A este nivel, las explicaciones del fenmeno de

conductividad elctrica (Caldin, 2002), superan los modelos de origen comn, se ampli

la visin frente a los aspectos que explican el comportamiento de las sustancias, ya no es

solo cmo se conforman, sino, cmo se mueven, cmo se ordenan espacialmente, en

qu proporcin se combinan (Caldin, 2002) (Quira, et al., 2009, P. 43).

De manera general, los distintos modelos que han surgido para explicar el

comportamiento de las disoluciones se centran en dos aspectos, el primero corresponde

a la naturaleza elctrica de las sustancias y su relacin directa con la cantidad de

sustancias, y el segundo tiene que ver con la explicacin de reacciones que suceden en

la formacin de sales u otros compuestos. En esta dinmica se utiliza ms de un modelo

a la vez; los modelos denotan el sentido macroscpico, microscpico y submicroscpico

requerido segn el nivel de interpretacin del fenmeno seleccionado. El ejercicio de

elaborar la reconstruccin histrica sobre los modelos que hacen parte de las

explicaciones sobre el comportamiento elctrico de la materia, permite sostener que en

qumica no ha habido sustituciones radicales de sistemas de modelos o teoras para

explicar el comportamiento de las sustancias (Khun, 2000) (Quira et al. 2009, p. 44).

La figura 5-1 titulada Modelo de los Modelos del Comportamiento de las Disoluciones

Electrolticas, es el producto de la reconstruccin histrica hecha a partir de documentos

de validez histrica y epistemolgica para las explicaciones elaboradas sobre las

disoluciones electrolticas en medio acuoso. En este modelo se agrupan los distintos

modelos que se han desarrollado y que en la actualidad tienen vigencia (Quira et al.

2009, p. 45).


Figura 5 - 1 Modelo de los Modelos del Comportamiento de las Disoluciones Electrolticas (Quira et al. 2009, p. 44).

Es de destacar que esta red de modelos no es unidireccional, puesto que el

conocimiento en ciencias no lo es, cada aporte terico se convalida con la presencia del

otro lo que muestra que dicha construccin mental no existe en la naturaleza y por lo

tanto, requiere de un alto nivel de abstraccin. Se trabaja con objetos tericos producto

del ingenio humano, la estructura de las sustancias y su comportamiento. Lo nico que

hace parte de la naturaleza es el fenmeno, que causa en primera instancia inquietud y

es el vehculo para buscar la comprensin del mismo (Quira et al. 2009, p. 45).

Numerosos autores han analizado y enfatizado las caractersticas intrnsecas del

conocimiento sobre la naturaleza de la materia que le hacen ocupar este papel central.

Entre las ms destacadas, se encuentra su gran poder explicativo y predictivo. Las

teoras sobre la naturaleza de la materia permiten realizar explicaciones causales de los

cambios materiales y de mltiples experiencias cotidianas. Permiten tambin explicar e

interpretar observaciones de fenmenos relacionados con la materia y sus propiedades

macroscpicas y establecer las relaciones adecuadas entre los niveles macroscpico y



microscpico (Benarroch, Krnel, Watson, Glazar y Ruz, 2009) (Blanco, et al., 2010,

p.448).

A grandes rasgos, se puede afirmar que la visin continua de la materia est

fuertemente arraigada en los estudiantes, y que conceptos como los de vaco,

movimiento e interaccin molecular claves para entender la visin cientfica se

muestran muy difciles de asimilar de tal forma que conseguir que el alumnado de

secundaria asimile, consolide y utilice una visin corpuscular de la materia constituye un

reto para la educacin cientfica en la actualidad (Blanco, et al., 2010, p.448).

Las observaciones de algunos casos concretos (por ejemplo, la disolucin de sustancias

coloreadas, la dilucin de una disolucin coloreada, la contraccin de volumen en la

disolucin de alcohol y agua, etc.) han sido utilizadas, tanto en la enseanza como en la

investigacin didctica, como fuente de evidencias experimentales a partir de las cuales

el alumnado puede inferir una concepcin corpuscular de la materia (Blanco, et al.,

2010, p.448).

En las conclusiones de algunos de estos trabajos se plantea que los fenmenos de

disolucin pueden ser explicados mediante modelos simples de la naturaleza de la

materia, como el de la teora cintico-molecular (en adelante TCM). Se considera a las

disoluciones, desde esta perspectiva, como un campo adecuado de aplicacin de dicha

teora. Utilizar la Teora Cintica para explicar algunos fenmenos que se dan en la

Naturaleza, tales como la disolucin, la compresibilidad de gases, la dilatacin y los

procesos de propagacin del calor (Blanco, et al., 2010, p.448).

En la enseanza de la ciencia, bajo la denominacin de teora cintico-molecular se

incluye un amplio abanico conocimientos pertenecientes a campos de la fsica y de la

qumica que, tomados conjuntamente, conforman la que puede ser considerada la visin

ms general y simple, dentro de lo posible, para explicar la naturaleza de la materia.

Histricamente puede entenderse como la integracin de ideas bsicas de la teora

cintica de los gases, y su extensin a los dems estados de la materia, con

conocimientos sobre la estructura de la materia (Blanco, et al., 2010, p.449).


Histricamente esta teora hunde sus races en las primeras doctrinas atomistas del

mundo griego que consideraban la materia formada por partculas discretas, tomos,

separados entre s por vaco y en continuo movimiento. El atomismo sera retomado con

el estudio de las propiedades del aire atmosfrico y el establecimiento de su naturaleza

fsica. En esta poca, primero Evangelista Torricelli (1608-1647) y despus Blaise Pascal

(1623-1662), constataron la formacin natural de vaco en el extremo del tubo de un

barmetro de mercurio (Sambursky, 1999) (Blanco, et al., 2010, p.449).

Isaac Newton (1642-1727), que tambin tuvo un papel destacado en este mbito, se

adelantara casi un siglo a las ideas atomsticas modernas al considerar, por extensin

de su teora gravitatoria, que entre las partculas de la materia actan fuerzas a distancia,

las cuales utiliz para explicar fenmenos fsicos y qumicos tales como la capilaridad, las

fuerzas de adhesin o de cohesin, o el calentamiento producido cuando un cido o una

base reaccionan con el agua. El modelo mecnico de Newton combina corpsculos y

fuerzas, de modo que permite tender el primer puente de naturaleza cuantitativa entre lo

microscpico y lo macroscpico (Blanco, et al., 2010, p.449).

Aunque no haca clculos detallados, Clausius sugera que, en el estado slido, las

molculas vibran en torno a posiciones fijas de equilibrio y giran alrededor de sus centros

de gravedad. En el estado lquido, las molculas no poseen posiciones definidas de

equilibrio, sino que pueden desplazarse de un lugar a otro debido a las fuerzas que

ejercen las molculas prximas. En cambio, en el estado gaseoso las molculas escapan

de la influencia de sus vecinas y se desplazan en lnea recta. Si dos molculas chocan,

rebotan segn las leyes de las colisiones elsticas (Blanco, et al., 2010, p.450).

En 1873, Van der Waals demostr que la teora cintica podra explicar no slo las

propiedades de los gases, sino tambin, al menos aproximadamente, la transicin de gas

a lquido. A comienzos del siglo XX, Josiah Willard Gibbs (1839-1903) haba desarrollado

un mtodo general de mecnica estadstica que poda aplicarse a los tres estados de la

materia. De este modo, el campo de aplicacin de la teora cintica, propuesta en un

principio para los gases, se extendi a todos los estados de la materia, conocindose

desde entonces como la teora cintica de la materia. As formulada, esta teora permite

interpretar y profundizar en el conocimiento de un amplio abanico de propiedades



macroscpicas de la materia tales como elasticidad, cambios de estado, tensin

superficial, disolucin, etc. (Holton, 1993) (Blanco, et al., 2010, p.451).

La idea de vaco, tal y como hoy se concibe, no parece haber jugado un papel

importante en el desarrollo histrico del conocimiento de las disoluciones. No obstante,

los modelos y teoras basados en ideas de huecos y/o poros en una visin esttica de la

materia s han servido a los cientficos en pocas tempranas para avanzar en la

comprensin de la naturaleza de las disoluciones. Esto ha hecho plantear a algunos

autores la conveniencia de utilizarlos en la enseanza, aunque no reflejen los

conocimientos ms actuales (Selley, 2000) (Blanco, et al., 2010, p.455).

El concepto de interaccin molecular, por el contrario, se ha mostrado como un aspecto

clave para el avance del conocimiento sobre las disoluciones. Ha recibido gran atencin

durante un amplio periodo de tiempo (desde el siglo XVII en adelante) y ha supuesto un

esfuerzo enorme delimitar la naturaleza de las fuerzas de interaccin existentes entre las

entidades, tomos, molculas o iones, presentes en disolucin. La idea de que la TCM

puede ayudar a los estudiantes de la educacin obligatoria a realizar mejores

explicaciones de fenmenos cotidianos relacionados con las transformaciones de la

materia. El anlisis histrico muestra que se necesit cierto tiempo para que la

comunidad cientfica aplicase al contexto de las disoluciones los conceptos claves de la

TCM (Blanco, et al., 2010, p.455).

5.2 Niveles representacionales, red conceptual de lenguajes y niveles de anlisis en qumica.

5.2.1 Formacin de conceptos y el uso del lenguaje en qumica

La formacin de conceptos se aborda y discute bsicamente, desde tres autores:

Tamayo, Thagard y Pozo; quienes explican cmo se forman los conceptos en las

personas; es claro que para formar conceptos los sujetos deben pasar por varios

procesos cognitivos y didcticos tales como la generacin de ideas, pensamiento,

representaciones mentales y representaciones externas (lvarez, 2011, p. 16).


Ausubel define los conceptos como objetos, eventos, situaciones o propiedades que

poseen atributos de criterio comunes y que se designan mediante algn smbolo o signo

(Ausubel, Novak & Hanesian, 1989 citados por Tamayo, 2001). Los conceptos se pueden

formar por medio de procesos de abstraccin inductiva o por asimilacin (lvarez, 2011,

p. 22).

Existe una gran diferencia entre un concepto y la definicin de un trmino y que es muy

comn que se pregunte por la definicin para avanzar en el intercambio de las ideas. En

este caso, el error ms comn al momento de estar frente a un grupo, es preguntar por

definiciones de los conceptos ya que stas no constituyen el concepto como tal (Thagard,

2005) (lvarez, 2011, p. 26).

La organizacin de los conceptos en estructuras jerrquicas hace que estos se ubiquen

en una especie de casilleros, que se van ubicando de tal forma que la categora ms

grande contenga categoras ms pequeas. Por ejemplo, el parpado es una parte del ojo,

el ojo es una parte de la cara, la cara es una parte del cuerpo, y as sucesivamente

(Thagard, 2005) (lvarez, 2011, p. 25).

Tamayo (2001) seala que en la teora de la actividad empleada para la formacin de

conceptos se dan tres postulados bsicos:

Se debe tener en cuenta la actividad que llevar a la formacin del concepto.

La actividad debe estar organizada con el fin de que el estudiante pueda asimilar

el concepto.

Organizar la actividad guindose en las etapas de la formacin de los conceptos,

sin apartar el conjunto de caractersticas esenciales del proceso.

En la estructura del conocimiento y en la formacin de conceptos por medio de

representaciones se debe tener en cuenta la interaccin del sujeto con su medio exterior,

en esta interaccin se emplean smbolos o representaciones semiticas, manifestadas en

reas del conocimiento como las matemticas, la lingstica y la lgica cada una de ellos

parte del conocimiento bsico de toda persona y empleadas para construir conocimientos

especficos ms adelantados (Vase Figura. 5-2).



Figura 5 - 2 Estructura del conocimiento basado en el material de Jos Hoover Vanegas

en el curso de Epistemologa General (lvarez, 2011, p. 39).

El desarrollo de los smbolos hace referencia a las representaciones semiticas, que

tambin son conocidas como representaciones externas; son todo tipo de construccin

elaborada con fines comunicativos centrados en la representacin y en la expresin, y

pueden contener gran variedad de sistemas de escritura tales como, nociones

simblicas, nmeros, representaciones tridimensionales, diagramas, grficas, esquemas,

entre otros. Hoy en da se debe emplear la nocin de representacin para poder

comprender los fenmenos relacionados con el conocimiento (lvarez, 2011, p. 41).

Dependiendo de la necesidad del estudiante al emplear las representaciones semiticas

empleadas por el docente al momento de ensear, se espera que el alumno con las

diferentes actividades propuestas por el profesor, unido al acompaamiento que este le

presta, fortalezca las representaciones internas previas en representaciones nuevas, las

cuales con las actividades y acompaamiento, le capacitan para generar nuevas

representaciones externas por medio de las cuales demostrar la formacin de

conceptos. Los registros de representaciones semiticas otorgan la libertad del sujeto

que aprende para realizar el ejercicio de ser objetivo con las ideas o representaciones

internas que tiene confusas; posteriormente el estudiante llegar al punto de aclarar


dichas ideas basado en la informacin obtenida por mltiples medios para finalizar en el

proceso de comunicacin (Duval, 1999) (lvarez, 2011, p. 42).

Una de las dificultades que llaman ms la atencin es la transicin que hay entre una

representacin mental interna a una externa; muchas personas encuentra gran dificultad

para pasar de una representacin mental, plasmada en una idea, a representarla en un

grfico o en un escrito; la funcin del docente es ayudar a que esto se d; los profesores

con las actividades propuestas dentro de su labor docente, llevarn al alumno a ir

externalizando cada una de las representaciones mentales, proceso que puede tomar

meses y hasta aos (Tamayo, 2006) (lvarez, 2011, p. 46).

Al expresarlos lingsticamente se necesita tener cuidado con los trminos usados, para

evitar definiciones innecesarias en razn a que los modelos fsicos proveen una imagen

del comportamiento de la naturaleza y se requiere determinar si el modelo es suficiente y

la definicin necesaria. En algunos casos la explicacin es suficiente desde el punto de

vista matemtico. El dominio lingstico apunta a las representaciones y la consecucin

de sistemas de comunicacin simblica indispensables para conservar la vida social

(Pozo, 2003) (lvarez, 2011, p. 35).

Los sistemas cognitivos se caracterizan no por procesar informacin sino por tener la

propiedad de generar representaciones surgidas de la informacin y que pueden ser

modificadas de acuerdo con el medio (Pozo, 2003) (lvarez, 2011, p. 32).

5.2.2 Generalidades sobre el lenguaje en las ciencias

En primer lugar, toda rama de conocimiento tiene sus propios trminos tcnicos que son

o bien palabras acuadas para un uso particular, o palabras tomadas del lenguaje

cotidiano que se entienden en un sentido particular al usarse tcnicamente. As, en el

estudio de la electricidad, el trmino ion y corriente, respectivamente, son ejemplos de

estas costumbres. De manera semejante, la qumica tcnica temprana tena su propia

terminologa, pero dentro de la alquimia, esto era ms la excepcin de la regla (Crosland,

1988) (Chamizo, 2007, p. 64).



La alquimia se comparaba, por ello, de una manera negativa, con otras ciencias cuyos

libros estaban dispuestos claramente en un orden lgico. Por lo general, los alquimistas

preferan usar un lenguaje basado en la analoga y ms apropiado para la poesa o el

misticismo que para una ciencia exacta. Debido al amplio uso de la alegora no era

posible, por un lado, reconocer claramente un manuscrito de alquimia que se refiriera a

reacciones qumicas y era posible, por otro, leer un significado alqumico en obras

alegricas en las que el autor no haba tenido la intencin de tal interpretacin.

(Crosland, 1988) (Chamizo, 2007, p. 65).

Una manera de entender el simbolismo qumico puede ser usando la analoga a un

lenguaje modelo que consiste en un alfabeto de smbolos elementales, donde todos

conllevan un significado determinado. Por ejemplo: los smbolos elementales entonces

estn conectados para formar palabras, segn reglas ortogrficas; y las palabras estn

conectadas para formar oraciones, segn reglas gramaticales. Ambas reglas formales

se resumen como reglas sintcticas para distinguirlas de las reglas semnticas que

gobiernan el significado de smbolos, de palabras, y de enunciados elementales (Jacob,

2001) (Chamizo, 2007, p. 132).

Actualmente el alfabeto qumico utilizado consiste en aproximadamente 110 smbolos

que representan los elementos qumicos conocidos (desde H hasta Uno). Sin

embargo, el nmero de estos smbolos elementales no es limitado puesto que nuevos

smbolos pueden ser introducidos. Los smbolos elementales se pueden combinar en una

frmula qumica (p.ej. NaCl) y en una ecuacin (p.ej. 2 Na + Cl2 2 NaCl). Estas

combinaciones de smbolos siguen un conjunto de reglas formales, comparables a las

reglas que gobiernan la formacin de palabras y de oraciones en un lenguaje modelo, y

sern definidas como sintaxis qumica(Jacob, 2001) (Chamizo, 2007, p. 133).

En el lenguaje qumico se puede hablar de unas reglas sintcticas para el ordenamiento

de sus smbolos como la valencia, el estado de oxidacin, la electronegatividad, la

afinidad o los mecanismos de reaccin que se discuten en la teora qumica (Jacob,

2001) (Chamizo, 2007, p. 132).


Es posible distinguir entre una ortografa qumica y una gramtica qumica. La ortografa

qumica proporciona las reglas que gobiernan la combinacin de smbolos elementales a

las frmulas qumicas (p.ej. valencia, estado de oxidacin). Determina qu smbolos

elementales pueden ser combinados, en cules relaciones y cmo. La gramtica qumica

proporciona las reglas que gobiernan las ecuaciones de reaccin. Determina los

coeficientes estequiomtricos (en las ecuaciones balanceadas), el uso de una flecha

unidireccional o de una de equilibrio, y las condiciones de reaccin, la correccin

sintctica de un frmula es independiente de su significado. La clara distincin entre las

reglas sintcticas y semnticas permite una asimetra importante entre las operaciones

con lenguaje y las operaciones con los compuestos (Jacob, 2001) (Chamizo, 2007, p.

135).

El lenguaje de la qumica, como todo lenguaje, tiene dos caractersticas: a pesar de su

imprecisin permite que las personas se comuniquen a travs de l; adems

inevitablemente produce complicaciones, ambigedades y riqueza por su uso y manejo.

Para solucionar estas dificultades existe desde principios del siglo XX la IUPAC

(International Union of Pure and Applied Chemistry), algo as como la Academia de la

Lengua Espaola para el castellano, en donde un grupo de qumicos de distintos pases

discuten y acuerdan la forma de nombrar a la nueva materia. (Hoffmann y Lazlo, 1991)

(Chamizo, 2007, p. 173).

El conocimiento cientfico se refiere a la realidad con el lenguaje de la poca,

configurado segn los intereses o valores que la caracterizan. De la misma manera, la

finalidad de la educacin cientfica es ensear a utilizar diferentes lenguajes para

representar el mundo (Chamizo, 2007, p. 53).

Debemos admitir que ensear ciencias es ensear el lenguaje cientfico y que esta

enseanza consiste en ensayar una y otra vez diferentes estrategias para conseguir

conectar determinados modelos tericos con determinados datos. Lo que debemos

hacer es recrear el lenguaje. Los mapas conceptuales, la V de Gowin, las redacciones,

los informes de laboratorio, las simulaciones de simposios o discusiones cientficas, las

investigaciones escolares entre otras constituyen excelentes ocasiones de aprender a

pensar sobre conjuntos de fenmenos, buscando explicaciones lo ms amplias posibles



a partir de las que los alumnos ofrecen inicialmente porque las ciencias hacen ver

unidad en la diversidad de los fenmenos (Roth y Lucas, 1997) (Chamizo, 2007, p.54).

La qumica es una ciencia experimental en la que se transforma no slo las sustancias,

sino tambin su propio lenguaje. Por un lado, los profesionistas de la qumica analizan y

sintetizan nuevos compuestos en el laboratorio; por el otro, hacen declaraciones

analticas y sintticas sobre estos compuestos en artculos de investigacin. Por lo tanto,

el lenguaje es un aspecto esencial de la qumica y no puede haber duda que el lenguaje

qumico en ms de una forma ha influido en el curso tomado por la investigacin qumica

(Jacob, 2001) (Chamizo, 2007, p. 128).

Esto indica que ni el lenguaje qumico ni la prctica qumica son independientes el uno

del otro. Las frmulas qumicas permiten la invencin de ecuaciones de reaccin qumica

que hacen predicciones sobre la formacin de compuestos nuevos. Cuanto ms

confiables y precisas sean las reglas que gobiernan la combinacin de smbolos

qumicos, ms acertadas sern las predicciones de las sntesis (Chamizo, 2007, p. 142)

Johnstone propuso para las ciencias naturales, y para la qumica en particular, los niveles

macroscpicos, submicroscpico y simblico de pensamiento, relacionados en el

tringulo que se muestra en la figura 5-3 (Galagovsky, 2003, p.109).

Figura 5 - 3 Niveles representacionales en qumica (Johnstone, 1982)(Galagovsky, 2003, p.109).


El nivel macroscpico corresponde a las representaciones mentales adquiridas a partir

de la experiencia sensorial directa (Galagovsky, 2003, p. 109).

El nivel submicroscpico, segn Johnstone, hace referencia a las representaciones

abstractas, modelos que tiene en su mente un experto en qumica asociados a esquemas

de partculas; como ejemplos de este nivel estn las imgenes de esferitas que se

suelen utilizar para describir el estado slido de una sustancia pura, o sus cambios de

estado, o sus transformaciones qumicas; lo anterior corresponde con una representacin

mental de lo que sucede segn el modelo particulado de la materia (Galagovsky, 2003,

p. 109).

El tercer nivel, el simblico, involucrara formas de expresar conceptos qumicos

mediante frmulas, ecuaciones qumicas, expresiones matemticas, grficos,

definiciones, etc. (Galagovsky, 2003, p. 109).

Un docente de Qumica es un experto que ha asimilado el discurso de esta disciplina

cientfica. La figura 5-4 muestra las relaciones entre un experto en Qumica y los niveles

macroscpico y simblico, y el cmulo de lenguajes involucrados en esta disciplina

cientfica. Los lenguajes expertos tienen terminologa, cdigos y formatos sintcticos

especficos (Galagovsky, et al., 2003).

Por otro lado, la Qumica utiliza un lenguaje verbal con un vocabulario especfico cuyas

significaciones resultan difciles para los estudiantes novatos (por ejemplo, enlaces

inicos, covalentes, metlicos; puentes de hidrgeno, fuerzas de London, orbitales,

nubes electrnicas, hibridizaciones, resonancia, etc.). Lo mismo ocurre con su lenguaje

grfico: esquemas con partculas, coordenadas de reaccin, diagramas de energa, etc.,

son altamente simblicos, ya que representan una realidad invisible y modelada

(Galagovsky, 2009).



Figura 5 - 4 Red conceptual sobre lenguajes y niveles de anlisis de un experto en Qumica (Galagovsky, 2009, p. 957).

Las palabras son de diferente tipo, (segn la funcin sintctica que cumplan):

sustantivos, verbos, adjetivos, etc. Un conjunto de palabras se organiza en una oracin

cuando sigue las reglas sintcticas propias del idioma en el que se expresa. Cada

palabra es un cdigo, entenderla implica poder decodificar ese significado y cada

oracin debe tener un formato sintctico que cumpla las reglas gramaticales de tal

lengua (Galagovsky, 2009, p. 963).

Un conjunto de palabras ordenadas segn las reglas sintcticas de cada idioma

constituyen una oracin, que es la mnima unidad comunicacional, con significado

completo. La figura 5-5 muestra lo presentado en este apartado (Galagovsky, 2009, p.

963).


Figura 5 - 5 Cdigos y formatos sintcticos en el lenguaje verbal (Galagovsky, 2009).

Segn (Barthes,1964) (Galagovsky,2009, p. 965) el lenguaje visual y el lenguaje grfico

tienen en comn que su representacin externa est constituida por imgenes. De esta

forma, propuso para el lenguaje grfico la existencia de iconemas e conos. Un

iconema es el homlogo grfico del monema (vase figura 5-6). Un cono es el homlogo

grfico de la palabra; est formado por un conjunto de iconemas, y tiene un mensaje. Un

dibujo es una composicin de uno o ms conos, podramos decir que es una oracin

icnica, en correspondencia con el concepto de oracin como formato sintctico para el

lenguaje verbal.

Figura 5 - 6 Diferencia entre iconemas e iconos segn (Barthes, 964)(Galagovsky,2009, p. 965).

En la figura 5-7 se muestra una oracin icnica en Qumica, es un dibujo complejo, una

representacin grfica concreta (Galagovsky y Adriz Bravo, 2001)(Galagovsky, 2009,

p. 966) constituida por uno o ms conos qumicos.



Figura 5 - 7 Adaptacin de los trminos iconema e cono del lenguaje grfico, al los conceptos de iconemas qumicos (a) conos qumicos (b) lenguaje grfico de la Qumica (Galagovsky, 2009, p. 966).

Un dibujo es una composicin de uno o ms conos, podramos decir que es una

oracin icnica, en correspondencia con el concepto de oracin como formato

sintctico para el lenguaje verbal. Una oracin icnica es un dibujo formado por

conos que estn organizados siguiendo una composicin grfica determinada

por el experto que dise el mensaje completo. El anlisis semitico de los

dibujos es ms complejo que el anlisis del lenguaje verbal: si bien ambos

reconocen a las palabras y a los conos como cdigos de las unidades de

significacin, respectivamente, y a monemas e iconemas como sus partes

componentes, el lenguaje verbal es discontinuo, pero en el lenguaje grfico es

complejo establecer claramente los conos discretos dentro de la composicin

grfica completa. Es decir, en el lenguaje verbal las palabras se distinguen unas

de otras y son reconocibles como unidades de significado pues su permutacin

en la oracin altera el significado de la misma. El lenguaje grfico, en cambio, es

continuo y su segmentacin en conos no es siempre evidente (Colle,1999)

(Galagovsky, 2009, p. 965).

Al igual que en el lenguaje verbal, el lenguaje grafico debe tener una estructura

sintctica y un aspecto semntico que permite establecer una clara comunicacin

del mensaje (vase figura 5-8).


Figura 5 - 8 Muestra las partes componentes del lenguaje grfico, conservando la estructura del esquema presentado en la figura 5-5 para el lenguaje verbal. (Galagovsky, 2009, p. 965).

La significacin que se da a las palabras, a las oraciones o a los dibujos es algo que

ocurre "dentro de la cabeza" de los sujetos. Esta destreza cognitiva no se puede "ver" ni

percibir mediante los sentidos. La consecuencia directa de estas afirmaciones previas es

que frente al mismo dibujo (explcito), un experto puede otorgarle un significado

totalmente diferente del que puede otorgarle un novato (Galagovsky, 2008).

(Galagovsky, 2009, p. 966).

Una oracin icnica en Qumica es un dibujo complejo, una representacin grfica

concreta constituida por uno o ms conos qumicos (vase figura 5-8) (Galagovsky y

Adriz Bravo, 2001) (Galagovsky, 2009, p. 966).

La figura 5-9 presenta una red conceptual con la complejidad de elementos tericos que

proponemos existe dentro del lenguaje grfico de la Qumica, as como su relacin con

las habilidades cognitivas entre expertos y novatos en relacin al procesamiento de dicha

informacin (Galagovsky, 1999)(Galagovsky, 2009, p. 968).



Figura 5 - 9 Red conceptual que enmarca las capacidades diferentes de expertos y novatos frente a la complejidad del lenguaje grfico de la Qumica (Galagovsky, 2009, p. 968)

El punto central de la comparacin entre expertos y novatos remite a considerar que el

experto percibe cada cono qumico como la unidad mnima significativa del lenguaje

grfico; mientras que para un novato, la percepcin de los iconemas qumicos sera el

mundo donde se dispersa su atencin. Adems, el experto conoce la significacin del

vocabulario especfico del lenguaje verbal de la Qumica y es capaz de realizar

correspondencias complementarias de significados con sus traducciones al lenguaje

grfico (Galagovsky, 2009).

Nivel macroscpico y microscpico. El conocimiento cotidiano, es decir el no

cientfico, asume que el mundo es tal cual se percibe y por ende lo que no se percibe, no

se comprende, para los estudiantes, las partculas que constituyen la materia tendran las

mismas propiedades que las sustancias; es decir que los alumnos atribuyen propiedades

macroscpicas a las partculas microscpicas: tomos, molculas o iones. Esto genera

confusin entre el sistema de referencia macroscpico y microscpico. (Gmez Crespo y

Pozo, 1998) (Buitrago, 2012, p. 24).


Para la comprensin de la naturaleza de la materia y sus cambios, los alumnos deben

interpretar las caractersticas macroscpicas y sus cambios observables de la materia

por medio de un modelo microscpico, que va ms all de lo perceptible con los sentidos,

en el que la materia se reduce a un complejo de sistemas de partculas en interaccin.

Por esta razn es necesario establecer un mecanismo que explique cmo se produce las

interacciones dentro del sistema que conduzca al cambio macroscpico que se observa

(Buitrago, 2012).

Estados de agregacin: Se han realizado estudios para averiguar las concepciones de

los alumnos sobre la estructura de la materia. Los resultados obtenidos muestran la gran

dificultad que tienen los estudiantes para explicar la naturaleza de las sustancias y

algunos cambios observables. Lo anterior ha influido en la dificultad que muestran los

estudiantes para distinguir entre elementos, compuestos y mezclas; ya que el trmino de

partcula no lo tienen muy claro, por lo que se les hace muy difcil abarcar otros temas

ms complejos (Stavy, 1988; Bar, 1989) (Buitrago, 2012, p. 25).

Caamao (1982) (citado en Pozo et al., 1991) identifica como causa de la equivalencia

establecida por los alumnos para los conceptos de compuesto y mezclas, la ausencia de

adquisicin de

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