Original
Importancia
de la línea directriz específica cálculo en química
The specific
guideline calculation in chemistry
Est.
Daymí Lastre Martínez, Universidad
de Granma, Bayamo, Cuba. (1)
M.
Sc. Niurka Magaly Vázquez De Dios, Universidad de Granma,
Bayamo, Cuba. (2)
(1) Estudiante de 3ero
Año. Carrera Licenciatura en Educación. Química. Alumno ayudante. Pertenece al
Grupo Científico Estudiantil. Facultad de Educación Media. Universidad de
Granma. Bayamo. Campus Blas Roca
Calderío. Cuba. dlastremartinez@gmail.com
(2) Profesora Auxiliar.
Master en Investigación Educativa. Licenciada en Educación Especialidad
Química. Docente. Departamento Química, Universidad de Granma, Campus Blas Roca
Calderío, Granma, Cuba nvazquezd@udg.co.cu
ORCID:
https://orcid.org/0000-0002-1708-5210
Resumen
Cálculo en química o los problemas
químicos con cálculos, como también se conoce a lo largo de todo el estudio de la
asignatura química constituye una línea directriz específica en el proceso de
enseñanza-aprendizaje de dicha ciencia. Línea directriz específica que se
analiza desde lo teórico y lo práctico para reflexionar en relación con su importancia
en el proceso de enseñanza de la química
en el 8vo grado. Para ello se aplican métodos de la investigación
educativa lo que permitió comprender que el contenido estequiométrico
químico propicia la aplicación de conocimientos precedentes, con ello se desarrollan
habilidades de cálculo y del pensamiento lógico en los educandos.
Palabras
claves: enseñanza-aprendizaje; problemas químicos con
cálculo; química
Abstract:
Calculus in
chemistry or chemical problems with calculations, as it is also known
throughout the study of the chemistry subject, constitutes a specific guideline
in the teaching-learning process of said science. Specific guideline that is
analyzed from the theoretical and practical to reflect on its importance in the
process of teaching chemistry in the 8th grade. For this, educational research
methods are applied, which allowed us to understand that the chemical
stoichiometric content encourages the application of previous knowledge,
thereby developing calculation and logical thinking skills in the students.
Key words: teaching-learning; chemical problems with calculus;
chemistry.
Introducción
Por sus elevadas potencialidades en el
plano cognitivo y educativo, los seres humanos necesitan del conocimiento
químico para alcanzar mayores niveles de desarrollo económico y social.
El desarrollo de la sociedad moderna
necesita de hombres más preparados en la ciencia química, la que además de
estudiar las sustancias y sus transformaciones; En el proceso de
enseñanza-aprendizaje de la ciencia química se estudia el experimento químico, el
lenguaje de la química, las propiedades y aplicaciones de las sustancias, así
como el cálculo en química. La ley periódica, entre otros.
La línea directriz específica el cálculo
en química (Hedesa, 2010, p.67), refiere al aspecto
cuantitativo, el que se estudia a partir de distintas magnitudes físicas que
caracterizan a las sustancias y la relación de estas en reacciones químicas.
Que se va ampliando y profundizando de orma paulatina
durante el desarrollo de las diferentes unidades de la asignatura en los grados
donde se estudia la Química.
A través de dicha ciencia, se tratan
problemas de cálculo basado en relaciones de masa, volumen, sobre la base de la
interpretación cuantitativa en cantidad de sustancia y masa de las sustancias
en ecuaciones químicas estudiadas en el nivel medio básico y a partir de la
aplicación de leyes básicas de la química que hasta en el nivel superior es
difícil resolver para los estudiantes.
Esta problemática ha estado determinada,
en muchos casos, por la concepción tradicional del aprendizaje, la memorización,
la poca solidez en el cálculo, se manifiesta un aprendizaje reproductivo, en
ocasiones no se aplican conocimientos precedentes.
Además como resultado de la actividad
práctica se constató que los profesores se limitan a orientar ejercicios de
cálculos del libro de texto de la asignatura en el grado. A partir de ello se considera
como necesidad la carencia en el proceso de enseñanza-aprendizaje de la química
relacionado con la estequiometria química que limitan
el aprendizaje de los educandos.
Por ello se formula como objetivo: reflexionar en relación con la
importancia social de la línea directriz específica cálculo en química en el
proceso de enseñanza de la química en 8vo grado en la ESBU Carlos
Coello”.
Para cumplir con tal objetivo se aplican
métodos de la investigación educativa como el análisis y la síntesis, el
inductivo – deductivo, se realiza la revisión de documentos y bibliografías de
la ciencia química.
Población
y muestra
Tal problemática permite identificar
como problema científico: insuficiencias en el proceso de enseñanza-aprendizaje
de la química que limitan el aprendizaje de los estudiantes de la ESBU: “Carlos Coello” de Manzanillo. Dicho
problema se concreta en el proceso de enseñanza-aprendizaje de la química en la
secundaria básica y en el tratamiento estequiométrico
del contenido químico.
La población lo constituye el grupo 8vo
grado en el que se desarrolla la práctica laboral e
investigativa y la muestra 10 estudiantes
que representan el 32,35 % del total. Seleccionado de manera intencional.
Para dar solución al problema planteado
se propone la elaboración de un conjunto de ejercicios estequiométricos
químicos que favorezcan el aprendizaje de los estudiantes de la ESBU Carlos Coello de Manzanillo. Por lo que se analiza en documentos y
bibliografías algunos presupuestos teóricos que fundamentan el proceso de
enseñanza-aprendizaje de la Química y el tratamiento del contenido estequiométrico químico.
Análisis
de los resultados
Las diferentes líneas directrices
específicas de la asignatura de química, posibilitan un mejor ordenamiento del
contenido seleccionado y la graduación de su nivel de complejidad. El análisis
transversal del contenido de cada una de ellas facilita su ordenamiento
cumpliendo los principios de ir de la más simple a lo más complejo y de lo más
fácil a lo más difícil, propiciando la sistematización constante de las
principales ideas que se conforman durante todo el curso y de la metodología general
a aplicar (Hedesa, 2010, p.67).
El lugar que ocupa la línea directriz:
cálculo en Química o los problemas químicos con cálculos, como también se
conoce a lo largo de todo el estudio de esta asignatura, se aborda desde los
primeros conceptos y leyes. Ejemplo al estudiar los conceptos: masa, masa
molar, símbolos, fórmulas, ecuaciones químicas y ley de conservación de la
masa.
En la Química existen un conjunto de
fórmulas que son expresión de la definición de algunos conceptos químicos.
Estas fórmulas de la química que no son fórmulas químicas propiamente dichas,
se denominan ecuaciones de definición y son de gran importancia en el estudio
cuantitativo de las sustancias y las reacciones químicas.
Ejemplo: la masa molar de una
sustancia 
la que se estudia en 9no grado de
la enseñanza secundaria básica (Hedesa, 2002, p.137, Parte
2).
En la secundaria básica se estudian en
el 8vo grado:
1.- El concepto masa atómica relativa
(Ar); Se define como masa promedio de los átomos del elemento comparada con una
unidad de masa atómica comparada. (Hedesa, 2002,
p.39, Parte 1).
A través de ecuación de definición:
Este concepto se estudia en el epígrafe masa
atómica relativa del oxígeno. Masas atómicas relativas. En el que los alumnos
deben:
- Describir
la información que brinda la masa atómica relativa.
- Localizar
en la tabla periódica masas atómicas relativas.
- Representar
masas atómicas relativas utilizando la notación correspondiente.
Para cumplir con ello se debe centrar la
atención en dos ideas fundamentales:
- La masa
atómica relativa es una propiedad de cada elemento químico.
- La masa
atómica relativa de cualquier elemento X,
Ar (X), indica cuántas veces es mayor la masa de un elemento que la
unidad de masa atómica.
2.- Concepto de masa fórmula relativa (Mr), definición: Es la relación de la sumatoria de las
masas atómicas relativas de los elementos químicos que la componen teniendo en
cuenta el número de átomos que hay en cada una. (Hedesa,
2002, p.44, Parte 1). La que se
representa por la ecuación:
Este concepto se estudia en el epígrafe masa
fórmula relativa del dioxígeno. Masas fórmulas
relativas.
Los alumnos deben:
- Describir
el cálculo de las masas atómicas relativas.
- Representar
masas fórmulas relativas utilizando la notación correspondiente.
Los conocimientos previos necesarios
para el desarrollo de este epígrafe son: fórmulas químicas y el concepto masa
atómica relativa. Sobre las fórmulas químicas será necesario recordar que:
- Las
fórmulas químicas son una representación escrita y convencional de la
composición de las sustancias.
- Las
fórmulas químicas de las sustancias moleculares indican la composición
cualitativa y cuantitativa de las moléculas de estas sustancias.
3.- Ley de la conservación de la masa.
Definición: en una reacción química, la
suma de las masas de todas las sustancias que reaccionan es igual a la suma de
las masas de todas las sustancias que se producen. (Hedesa,
2002, p.56, Parte 1).
Representada por: m(x) = m (A) + m (B)
Para su estudio, los estudiantes deben:
- Enunciar la
ley de conservación de la masa.
- Explicar la
esencia de la ley de conservación de la masa.
- Resolver
problemas y ejercicios aplicando la ley de conservación de la masa.
Para el desarrollo de los contenidos de
este epígrafe deberán tenerse en cuenta los conocimientos previos siguientes:
1) En las reacciones químicas unas
sustancias se transforman en otras, por lo que se originan sustancias con
nuevas propiedades.
2) Las sustancias reaccionantes son
aquellas que existen antes de comenzar la reacción. Las sustancias productos
son las que se forman durante la reacción química.
3) Muchos metales reaccionan con el dioxígeno formando el óxido metálico.
Al elaborar ejercicios de este tipo debe
tener en cuenta que las masas propuestas como datos y la posible respuesta sean
estequiométricamente correctas, aun cuando los
estudiantes no pueden valorar este aspecto.
4.- El concepto número de oxidación.
Definido como la carga eléctrica real o aparente que tiene un átomo cuando se
cuentan los electrones atendiendo a ciertas reglas convencionales y
arbitrarias. (Hedesa, 2002, p.120, Parte 1).
Con la ecuación de definición: y = mx + n
En la segunda parte de la unidad 3 del
programa de la asignatura en el 8vo grado, se introduce el concepto número de
oxidación. Es de vital importancia este concepto por su
aplicación posterior durante todo el curso de química, fundamentalmente en los
contenidos relacionados con la nomenclatura y la notación química y las
reacciones de oxidación reducción.
Aunque no es necesario que los
estudiantes memoricen la definición de número de oxidación, importante que este concepto se comprenda con
claridad. El hecho de que para escribir la fórmula química sea necesario conocer
la composición no sólo cualitativa, sino también cuantitativa, puede servir
como punto de partida para introducir el concepto número de oxidación (Colectivo
de autores, 2011, p.75)
Los conocimientos adquiridos en la
primera parte del epígrafe permitirán introducir el cálculo del número de oxidación
de un elemento químico a partir de la fórmula química de una sustancia Esta
habilidad es de gran importancia por ser antecedente no solo de la nomenclatura
y notación química, sino también para que posteriormente el alumno sea capaz
determinar la variación de los números de oxidación en las reacciones redox.
Al igual que para otras habilidades de
este tipo, la primera etapa en su desarrollo debe estar dirigida a mostrarle a
los estudiantes el modelo o patrón a imitar. Para esto es necesario analizar y ejemplificar cada paso a seguir de
manera semejante a como aparece en el libro de texto de la asignatura en el
grado. La comprensión del algoritmo es fundamental, por lo que deben
presentarse varios ejemplos.
Una vez que se logre la comprensión del
algoritmo los estudiantes deben resolver ejercicios de forma independiente. Desarrollar
habilidades en la actividad. El número
de ejercicios a realizar debe adecuarse
a las características de cada estudiante.
Es posible propiciar que los alumnos realicen los cálculos mentalmente. Es conveniente hacer notar algunas regularidades, por ejemplo, el número de oxidación superior coincide con el número del grupo.
Las habilidades relacionadas con el
cálculo en química se forman y desarrollan a partir de los diferentes
contenidos químicos, que los estudiantes conocen de matemática y los nuevos
análisis y estudios que se introducen gradualmente a partir del conocimiento
específico de la química.
En particular, cuando se dice que un
estudiante posee determinadas habilidades matemáticas se entiende, que puede,
ante todo, establecer el tipo de problema que debe resolver, determinar las
relaciones implicadas, las condiciones del problema, los datos, lo que es
necesario hallar, así como la vía de solución y proceder a su solución,
aspectos que también son entendidas desde la química cuando de cálculo se
trata.
Dicha línea directriz “resulta un
importante aspecto de la enseñanza de la Química, en sugerencias metodologías,
libros de texto, se les presta especial atención, garantizan la aplicación del
principio del politecnismo, nexos entre la enseñanza
con la vida, la orientación profesional, desarrolla el amor al trabajo y
contribuye a la formación de la concepción científica del mundo” (Rojas, 1990,
p. 69).
Ello se evidencia al valorar aplicaciones
prácticas del dioxígeno; la importancia de la
sacarosa o azúcar.
Para dar solución al problema planteado se
propone la elaboración de un conjunto de ejercicios estequiométricos
químicos que favorezcan el aprendizaje de los estudiantes de la ESBU: “Carlos Coello” de Manzanillo. Con
ellos los estudiantes forman y desarrollan hábitos, habilidades, reproducen conocimientos
e instrumentaciones, aplican y comprueban conocimientos relacionados con el
cálculo en química.
Para la solución de la propuesta se requiere
de la aplicación de conocimientos matemáticos y químicos. El conocimiento
matemático constituye el instrumento mediante el cual se llega a resolver el
problema químico cuantitativo, mientras que los conocimientos químicos
representan la esencia de dicho problema.
Los ejercicios propuestos se pueden
resolver en las clases de ejercitación antes de concluir o terminar el
contenido de una unidad o tema objeto de estudio, lo que es aprovechado para
hacer la propuesta y solucionar el problema científico identificado:
I.- Dedicada a
masa atómica relativa (Ar), masa fórmula relativa (Mr).
1.1.- Haciendo uso de la TP diga:
- ¿Cuál es el número atómico del
oxígeno?
- ¿Cuántos protones tienen los átomos de
oxígeno en su núcleo?
- Represente la masa atómica relativa
del elemento químico oxígeno, utilizando la notación correspondiente. Redondee
esta tanto como sea posible.
- Mencione algunas aplicaciones del
oxígeno en la vida práctica.
Posible respuesta:
El número atómico (Z) = 8 Tiene 8p+
Coincide con la misma cantidad de Z. (el átomo es eléctricamente neutro, tiene
la misma cantidad de electrones en el núcleo como protones en su envoltura)
Ar(O) = 15. 999 ⸗ 16
1.2.- El dioxígeno
es un gas importante durante el proceso de respiración. Explique.
- ¿Cómo pudiera calcularse la masa de
una molécula de dioxígeno?
- ¿Qué datos necesitaríamos para ello?
Posible respuesta:
Sin esta importante sustancia química es
imposible la vida, es utilizada por todos los seres vivos.
Multiplicando la cantidad de átomos en
la molécula por su masa atómica relativa, la que aparece para cada elemento
químico en la TP.
Mr(O2) = 2. Ar(O)
= 2. 15,999
= 31,998
⸗ 32
II.- Resuelva los ejercicios 2.15 y 2.16
del Libro de texto del 8vo. grado, página 39.
Posible
respuesta:
Ar(Na) = 22.99
⸗ 23;
Ar(Ag)= 107.87⸗ 108;
Ar(Mg)= 24.31⸗ 24;
Ar(P)= 30.97⸗ 31;
Ar(S)= 32.06 ⸗32.
Elemento de
menor Ar(H); grupo IA, período 1.
III.- El azúcar o sacarosa, es
fundamental en la dieta diaria, su fórmula química es C12 H22 O11
a) ¿Qué información cuantitativa puede
obtenerse de la fórmula química de dicha sustancia molecular?
b) Calcule la masa fórmula relativa de
la sacarosa si conoces que:
Ar(C)= 12,01;
Ar (H)=1,008
Ar(O)= 15,99
Posible respuesta:
De la fórmula dada se pude obtener que,
por cada 12 átomos de carbono hay 22 átomos de hidrógeno y 11 átomos de
oxígeno.
Mr(C12 H22
O11) = 12. Ar(C) + 22.Ar(H) + 11. Ar(O)
= 12.12,01 + 22.1,
008 + 11.15,99
= 144,12 + 22,176 +
175,89
= 342, 186
También puede
ser con números enteros o redondeados.
Mr(C12 H22
O11) = 12. Ar(C) + 22.Ar(H) + 11. Ar(O)
= 12.12 + 22.1 +
11.16
= 144 + 22 + 176
= 342
Se sistematiza
que:
- La masa
atómica relativa es una propiedad de cada elemento químico.
- La masa
atómica relativa de cualquier elemento X, Ar (X), indica cuántas veces es
mayor la masa de un elemento que la unidad de masa
atómica.
- Las
fórmulas químicas son una representación escrita y convencional de la
composición de las sustancias.
- Las
fórmulas químicas de las sustancias moleculares indican la composición
cualitativa y cuantitativa de las moléculas de estas sustancias.
- Sumar,
multiplicar, orden operacional, trabajo con números decimales, enteros, redondear
cifras.
Conclusiones
1.- Con ello se trata el contenido estequiométrico químico de manera que se apliquen
conocimientos precedentes, se desarrollen habilidades de cálculo y del
pensamiento lógico.
2.- El conocimiento teórico y práctico
sistematizado permite que se elabore un material docente en el que aparezcan
leyes estequiométricas químicas que complementen los
cálculos que a parecen en el libro de texto de la asignatura en el grado.
Referencias bibliográficas
Colectivo de
autores. (2011). Orientaciones
Metodológicas. Química. Octavo Grado. La Habana, Cuba: Pueblo y Educación.
Hedesa,
Y. (2002). Química Secundaria Básica.
Parte 1. Cuarta impresión. La Habana, Cuba: Pueblo y Educación.
Hedesa,
Y. (2002). Química Secundaria Básica
Parte 2. Cuarta impresión. La Habana, Cuba: Pueblo y Educación.
Hedesa,
Y. (2010). Didáctica de la Química: una
experiencia cubana. La Habana, Cuba: Pueblo y Educación.
Rojas A. C. y otros. (1990). Metodología de la enseñanza de la Química. La Habana, Cuba: Pueblo
y Educación.