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La historia y el arte como herramientasen la enseñanza de la química
Bernardo Herradón
Instituto de Química Orgánica General, CSIC
II Congreso de Didáctica de la Química27 de noviembre de 2020
¿Qué es enseñar bien química?
¿Mucha materia?¿Poca materia y bien aprendida?¿Prácticas de laboratorio?¿Horas lectivas?¿La química en Física y Química o en Ciencias Naturales o sola?
¿Por qué nosotros, los químicos, queremos quese enseñe bien la química?
Porque hacen falta profesionales de la química
La química es la ciencia que estudia la composición, estructura, propiedades y transformaciones de la materia, especialmente a nivel atómico y molecular.
¿Qué es la Química?
¿Cuantas “químicas” hay?
La división por áreas de la química es una idea del siglo XX: SÓLO UNA QUÍMICA, una ciencia mutidisciplinar einterdisciplinar.
Conocimiento químico más general posible (y también másamplio) y conocimientos en ciencias “más” fundamentales(matemáticas, física) y en áreas vecinas (biomedicina, ciencias de los materiales,…)
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ENSEÑANZA DE LA QUÍMICAØ Enseñanza formal (conceptos, memorizar, etc.).
Ø Las prácticas de laboratorio.
Ø Nuestra vida cotidiana. Lo que nos rodea.
Ø Lo que ocurre a diario. Las noticias de prensa.
Ø Lo que nos gusta: deporte, tecnología, artes plásticas, literatura, música, cine,…
Ø Los hechos y anécdotas históricas. El desarrollo histórico de los conceptos.
Ø Los métodos de la difusión de la cultura científica.
Ø La química (la ciencia) como parte de la cultura.4
Falta de vocaciones científicas. ¿A que es debido?
¿Se percibe la utilidad de la ciencia?¿Materia aburrida? ¿difícil?¿Calidad y cantidad de los estudios en secundaria/bachilerato?¿Reconocimiento social del científico?
Situación actual de las ciencias
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¿CUÁNDO EMPIEZA LA VOCACIÓN CIENTÍFICA?
¿CUÁNDO SE DEBE EMPEZAR A FOMENTAR LA VOCACIÓN CIENTÍFICA?
¿Qué imagen tiene un adolescente de un científico?
Prácticas de laboratorio
Papel del profesor de primaria, ESO y bachillerato
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PRÁCTICAS (REALES, VIRTUALES, DEMOSTRACIONES)
¿CUANDO EMPEZAR?¿EN PRIMARIA?
Prácticas adaptadas para la edad (componente lúdico)
¿QUÉ SE PUEDE ENSEÑAR EN LAS PRÁCTICAS EN SECUNDARIA?Operaciones básicas en ciencia (masa, volumen)
Conservación de la masaMezclas (homogéneas, heterogéneas)
Mezcla y sustancia químicaDisolucionesCristalización
DestilaciónReacciones sencillas (electrolisis del agua, síntesis del nylon, uso de
colorantes, etc.)
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La química en el arte
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La química al servicio del arte
Fundamentos científicos
Materiales: aleaciones, metales, papel, pintura, porcelana, materiales plásticos, película fotográfica, etc…
Expresiones artísticas: cerámica, alfarería, pintura, escultura, orfebrería, fotografía, cine, etc…
Datación
Conservación
Identificación de fraudes
Arqueología
Ciencia forense
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CaOCuO(SiO2)4
La ciencia y el cine
¿Se pueden enseñar (aprender) ciencia con películas de cine y series de TV?
El científico frente a una pantalla de cine/TV
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Ø La manera de enseñar química de Walter White.Ø Reacciones químicas.Ø Colores de sales inorgánicas. Fuegos artificiales.Ø Estereoquímica y su relación con la actividad biológica.Ø El trabajo riguroso en un laboratorio.Ø La aplicación del método científico.Ø La tabla periódica.Ø El uso de explosivos.Ø El uso de venenos y de sustancias tóxicas y sus efectos
biológicos.Ø El poder de la síntesis orgánica.Ø Cristalografía.Ø Alotropía. Relación estructura-propiedades.Ø El efecto pernicioso de las drogas.
Ciencia y literatura
v Artículos para especialistas
v Divulgación científica
v Ciencia ficción
v Ciencia en la literatura
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Grandes libros de ciencia (A Hombros de Gigantes, RNE)
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Grandes libros de ciencia (A Hombros de Gigantes, RNE)
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Solía preparar para él una serie de preguntas y, como amaba lavida, buscaba la manera de evitar toda ocasión de daño y depeligro mortal. El vidriado de plomo de las piezas de barro y elverdín de los cacharros de cobre le habían causado más de unmotivo de preocupación y, así, hizo que la instruyera a eserespecto, con lo que hubo que retroceder hasta los fundamentosgenerales de la física y la química.
… ¿os importaría explicarme -tercio Carlota-, que es lo que sequiere decir aquí con eso de las afinidades?
- Permítame confesarle -dijo Carlota- que cuando usted llamaafines a esos seres sorprendentes, a mí no me parecen afines oemparentados por la sangre, sino afines o parientes en el espírituy el alma. Y ésa es la razón que explica que entre las personaspuedan nacer amistades de auténtica entidad, precisamenteporque las cualidades opuestas hacen posible una unión másintima…..- Una vez que nos has provocado -repuso Eduardo-, ya no tedejaremos en paz tan pronto, porque en realidad los casoscomplejos son los más interesantes. Solo con ellos se puedeconocer los distintos grados de afinidad y aprender los distintostipos de relaciones, próximas, lejanas, débiles o fuertes. Lasafinidades solo empiezan a ser verdaderamente interesantescuando provocan separaciones.
Die WahlverwandtschaftenVerwandtschaft = afinidad (química) o parentescoWahl = elección 22
https://educacionquimica.wordpress.com/2019/09/26/la-armonia-de-los-elementos-y-de-la-tabla-periodica-aitp-resumen-de-la-conferencia/
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Atkins, Chemistry, The Great Ideas.Pure Appl. Chem. 1999, 71, 927
Los conceptos fundamentales de la Química
Ø La materia consiste de alrededor de 100 elementos.Ø Los elementos se componen de átomos.Ø La estructura orbitálica de los átomos (dónde están los electrones) explica la periodicidad de sus propiedades.Ø Los enlaces químicos se forman cuando los electrones se emparejan o intercambian.Ø La forma es fundamental para la función. Si quieres estudiar la función, estudia la estructura.Ø Las moléculas se atraen y repelen entre sí.Ø La energía es ciega a su modo de almacenaje.Ø Las reacciones son de un número pequeño de tipos.Ø Las velocidades de reacción se describen por ecuacionesmatemáticas.
La alquimia: una actividad de 5000 años.
Henning Brand (1630-ca 1692)Fósforo (1669)
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La química en el siglo XVII: dominada por la alquimia
Alquimista.Primer intento de reducir
la química a la física.Sin éxito
Boyle (1627-1691) y su escuelaHooke (1635-1703), Mayow (1641-1679)
La química del siglo XVIII
Teoría del Flogisto: Un siglo de retraso conceptual
Becher (1635-1682)Stahl (1659-1734)
Cavendish (1731-1810)
Black (1728-1799) Priestley (1733-1804)
Scheele (1742-1786)31
El nacimiento de la química como ciencia moderna
Rigor en las medidas
Identificación del papel del oxígeno
Nomenclatura
Sistematización de los conceptos químicos
Ley de la conservaciónde la masa
Lavoisier (1743-1794)
Lomonosov(1711-1765) 32
El nacimiento de la química como ciencia moderna
Richter (1762-1807)Ley de las proporciones
equivalentes (1791)
Proust (1754-1826)Ley de las proporciones
definidas (1797)Berthollet (1748-1822)
Berthollet:Identificación del equilibrio químico.Nomenclatura química (colaboración con Lavoisier).Identificación de la acción blanqueadora del cloro.Disolución acuosa de hipoclorito sódico (blanqueador, potabilizador).
Proust:El primero que realmente distinguió entre una mezcla y un compuesto químico. 33
El nacimiento de la química como ciencia moderna
Dalton (1766-1844)Ley de las presiones parciales
Ley de las proporciones múltiples
Teoría atómicaError en la proporción atómica
Gay-Lussac(1754-1850)
Ley de los volúmenes definidos
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Ley de Charles (1787): relación entre volumen/presión y temperatura de un gas. Se anticipó a Dalton (1801) y a Gay-Lussac (1802).
Daniel Bernoulli interpretó la presión de un gas (primer modelo de la teoría cinética de gases) (1738).
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El nacimiento de la química como ciencia moderna
Berzelius (1779-1848)Composición
SistematizaciónNomenclatura
Teoría de la fuerza vitalCompuestos inorgánicos
CatálisisIsomería
Avogadro (1776-1856)Volúmenes iguales de todos los
gases, a la misma presión y temperatura, contienen el mismo
número de moléculas (1811)
También anticipada por Ampère(1775-1836)
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La formulación, la nomenclatura, …….
El lenguaje de la química:No hay que asustarse con ella, ni obligar a aprenderla (sólo ciertas nociones básicas) y enseñar lo importante que es conocerlo.
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Hidrógeno (H)
Oxígeno (O)
Carbono (C)
OHO
HOOH
OH
O
OH
OH
O
HO OH
El lenguaje de los químicos: las fórmulas y los nombres
Sacarosa: a-D-glucopiranosil(1-2)-b-D-fructofuranósido37
Ø La energía es ciega a su modo de almacenaje
LA REVOLUCIÓN INDUSTRIAL
LA CIENCIA AL SERVICIO DE LA SOCIEDAD
LA TÉCNICA Y EL DESARROLLO INDUSTRIAL AL SERVICIO DE LA CIENCIA
EL NACIMIENTO DE LA TERMODINÁMICA (RELACIÓN DE LA ENERGÍA TÉRMICA Y LA
MATERIA)
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Mayer(1814-1878) Kelvin
(1824-1907)Joule
(1818-1889)Clausius
(1822-1888)Carnot
(1796-1832)Boltzmann(1844-1906)
Maxwell(1831-1879)
Los principios (leyes) de la termodinámica:
Ø Cero: Definición de temperatura. Ø Primero: Conservación de la energía.Ø Segundo: Imposibilidad de usar toda la energía (aumento de la entropía).Ø Tercero: La entropía de un sólido perfecto a 0 K es 0.
El desarrollo de la Termodinámica: La interacción entrela física (los físicos) y la química (los químicos).
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Para los físicos de mediados del siglo XIX, la existencia de moléculas era evidente; algunos químicos dudaron de su existencia hasta el siglo XX.
El desarrollo de la Termodinámica: La interacción entre la física (los físicos) y la química (los químicos).
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La era de la electricidad
Volta (1745-1827)Davy (1778-1829)
Faraday (1791-1867)
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El nacimiento de la química como ciencia moderna1811. Hipótesis de Avogadro. Volúmenes iguales de todos los gases, a la misma presión y temperatura, contienen el mismo número de moléculas.
Avogadro (1776-1856)
Cannizzaro(1826-1910)
1860
Kekulé(1829-1896)
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El nacimiento de la química como ciencia moderna
Mendeleev(1834-1907) 1869
Número de Avogadro:número de moléculas en un mol de sustancia(exactamente 6,02214076 x 1023) Perrin (1870-1942) Meyer (1830-1895)
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La tabla periódica (el sistema periódico):
No se debe obligar a aprenderlo
Se debe enseñar según se enseña química
Se debe captar la inmensa información que hay en él
Una de las mayores aportaciones de la química a la historia de la cultura universal
Se debe amar
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Los conceptos fundamentales de la Química
Ø La materia consiste de alrededor de 100 elementos.Ø Los elementos se componen de átomos.Ø La estructura orbitálica de los átomos (dónde están los electrones) explica la periodicidad de sus propiedades.Ø Los enlaces químicos se forman cuando los electronesse emparejan o intercambian.
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Ø Las reacciones son de un número pequeño de tipos.Ø Las velocidades de reacción se describen por ecuacionesmatemáticas.
Reacciones químicas: transferencia de electrones, transferencia de protón, compartición de electrones.
Concepto de equilibrio químico: Berthollet, ley de acción de masas (Waagey Guldberg), van’t Hoff,….
Aplicaciones: síntesis química (productos de consumo)
Cinética química, catalizadores: Berzelius, Arrenhius, van’t Hoff, Ostwald, Eyring,….
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Colorantes sintéticos
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Teoría estructural de la química orgánicaTetravalencia del carbonoExplicación del isomerismo (1855)Estructura del benceno (1858)
Kekulé (1829-1896)
Ø La forma es fundamental para la función. Si quieres estudiar la función, estudia la estructura.Ø Las moléculas se atraen y repelen entre sí.
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Teoría estructural de la química orgánica
Couper (1831-1892)
Crum Brown (1838-1922)
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Louis Pasteur (1822-1895)
Estudiante mediocre.
Interés por el la pintura, con intención de ser profesor de arte.
Interés en la Química tras asistir a clases del Jean-Baptiste Dumas.
Profesor de Química en las Universidades de Estrasburgo (1848), Lille (1854), y Escuela Normal de París (1857).
Miembro de la Academia de Ciencias de París (1862).
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Ø Investigación fundamental en Estereoquímica (la Química en el espacio tridimensional).Ø Quiralidad: propiedad de los objetos no superponibles con su imagen especular. Propiedad de nuestras manos y de muchas moléculas.Ø Separación mecánica de los dos enantiómeros de sales del ácido tartárico racémico (1844).Ø Relaciona este resultado con la estructura íntima de la materia (a nivel molecular).
APORTACIONES DE PASTEUR A LA QUÍMICA
le Bel y van’t Hoff (1874)Werner (1893) 56
Los fundamentos de la Química: la mecánica cuántica y la física aplicada a la Química (Química cuántica)
Modelo atómico de Bohr (1913)
Bohr(1885-1962)
Einstein(1879-1962)Planck
(1858-1947)
Moseley(1885-1962)
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Los fundamentos de la Química: la mecánica cuántica aplicada a la Química (Química cuántica)
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Dirac (1902-1984)
Heissenberg(1901-1976)
Born(1882-1972)
Schrödinger(1887-1961)
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Los fundamentos de la Química: la mecánica cuántica aplicada a la Química (Química cuántica)
Pauling (1901-1994) Mulliken (1896-1986) Lewis (1875-1946)
Teoría del enlace de valencia
Teoría de orbitales moleculares
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Finales del siglo XIX y primera mitad del siglo XXMedicamentos
Anestesia
Vitaminas
Síntesis orgánica
Productos naturales
Biomedicina
Las bases químicas de la vida
Polímeros (macromoléculas, plásticos)
Explosivos
Medio ambiente
Química del petróleo 60
EL PAPEL DE LA QUÍMICA EN LA PRODUCCIÓN DE ALIMENTOS
N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)
Nitratos
Abonos
Fritz Haber(1868-1934)
Premio Nobel de Química, 1918
Estudio de las condiciones que influyen en el equilibrio
(principio de Le Chatelier)
Carl Bosch (1874-1940)Premio Nobel de Química, 1931 61
Cinética química. Catálisis.
Reactivos Productos
Velocidad = k x f(concentración)
Un catalizador es una especie química que no se consume durante la reacción y que disminuye la energía de activación (aumentando k).
Ecuación de Arrhenius
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