Química I
Introducción
Incorporar la visión de la Química para analizar un fenómeno natural requiere de la correcta interpretación y de la aplicación de leyes y principios que no siempre están de acuerdo con el enfoque más intuitivo. Este es un problema común a otras ciencias naturales. Estamos acostumbrados a describir y dar explicación de los fenómenos que nos rodean utilizando nuestra observación, la cual se basa en un nivel de percepción macroscópico. Este nivel muchas veces es satisfactorio y da lugar a conclusiones válidas. Sin embargo, la interpretación de otros procesos descansa en el nivel no observable de los constituyentes submicroscópicos de la materia, donde muchas de las leyes del mundo macroscópico fracasan. Para poder entender estos fenómenos es necesario tener conocimientos que no resultan fáciles de asimilar en términos intuitivos. El presente curso es introductorio y trata el conjunto de los temas centrales de la Química: la composición de la materia y sus transformaciones.
Una presentación absolutamente rigurosa de algunos de los temas incluidos en este Material Didáctico Multimedia excede los objetivos de un curso introductorio. En tales casos, la presentación se hace de acuerdo con el modelo científico actualmente aceptado, destacando las conclusiones alcanzadas con los desarrollos teóricos más avanzados, pero sin explicitar dichos desarrollos. En todos los casos hemos tratado de evitar explicaciones que, en el afán de ser sencillas, puedan llevar a interpretaciones equivocadas.
Los temas tratados en las diferentes unidades están fuertemente interrelacionados. Hacer evidentes estas relaciones, a fin de potenciar los análisis de cada tema, es uno de los objetivos de este curso. Las actividades se encuentran al final de cada unidad con el propósito de ser realizadas al terminar el estudio de los contenidos propios de la unidad y así contar con una visión más completa del tema en el momento de resolverlas. El material incluye también referencias para poder ampliar los diferentes temas tratados y recursos audiovisuales destinados a facilitar la mejor interpretación de algunos conceptos y de los aspectos prácticos de algunas rutinas de laboratorio.
Problemática del campo
La Química permite entender muchos de los fenómenos que nos rodean. Su contribución a la comprensión de dichos fenómenos ha constituido la base de numerosos avances logrados en la industria, la medicina, la conservación del medio ambiente y la mejora de la calidad de vida. El desarrollo de fármacos más selectivos, con menos efectos colaterales, el mejoramiento de la calidad del suelo, el reemplazo de plaguicidas tóxicos por otros menos nocivos para la salud, son algunos de los ejemplos de los aportes en los que la Química ha ocupado un lugar importante. También podrá decirse que parte de sus aportes han sido negativos, pero no hay que olvidar que es el uso del descubrimiento lo que le da su connotación negativa o positiva. Un ejemplo típico, que suele plantearse para invocar las connotaciones negativas de un descubrimiento científico, es la bomba atómica. El descubrimiento subyacente es la radiactividad. Su uso en medicina ha permitido el diagnóstico y tratamiento de enfermedades que antes no se podían diagnosticar tempranamente; y también ha permitido tratarlas, ya sea para poder curar o para extender la vida del paciente. Otro aspecto interesante de la Química son las relaciones que establece con otras ciencias. Así, muchas de sus explicaciones descansan en las leyes de la Física y en el uso de herramientas matemáticas. Por otro lado, los conocimientos básicos de Química son necesarios para poder dar explicación a problemas que estudian la Biología, la Geología, la Medicina, la Genética y la Agronomía, entre otras. El desarrollo de nuevos materiales, como los componentes de los chips de una computadora, el diagnóstico de una enfermedad genética o los daños que el agujero de ozono provoca en los seres vivos requieren de conocimientos de Química.
Al estudiar Química transitamos permanentemente entre el nivel macroscópico
en el que realizamos nuestras observaciones y mediciones en el laboratorio
y el nivel submicroscópico, cuyas características y leyes dan lugar al
comportamiento observado macroscópicamente. En una primera instancia, este
salto de niveles puede presentar una cierta complejidad. Sin embargo, una
vez asimilado este ida y vuelta entre estos dos niveles, se adquiere una
nueva visión de los fenómenos naturales. Esta perspectiva está basada en
el comportamiento de los verdaderos causantes de dichos fenómenos, que
son los electrones, los átomos, las moléculas y los iones que forman parte de
los materiales observados. Entonces, la experiencia de estudiar Química
se vuelve más interesante y entretenida.
Reflexiones sobre el aprendizaje de la asignatura en el entorno virtual
En este curso se presentan los conceptos fundamentales de la Química. Estos conceptos pueden ser comunicados o transmitidos de maneras diferentes. En este sentido, el entorno virtual brinda una plataforma que multiplica las posibilidades para establecer esta comunicación. Así, a la típica presentación de un material escrito, el entorno virtual agrega los foros de discusión en los que alumnos y profesores pueden interaccionar de manera asincrónica, cada cual eligiendo el momento más conveniente para su participación. Además, el entorno virtual es particularmente adecuado para la utilización de recursos audiovisuales: dibujos, gráficos tridimensionales interactivos, simulaciones y videos. El uso de estos recursos suele tener un impacto muy positivo en el proceso de aprendizaje de la Química, ya que logran transmitir con simpleza situaciones que son mucho más difíciles de explicar con palabras.
Debemos notar, sin embargo, que la adquisición de un concepto no depende
solo de la forma en la que este sea comunicado. No hay ningún medio de
transmisión que garantice la adquisición o aprehensión de conceptos por
parte de los alumnos. Es necesario un proceso de reflexión interna sobre
el material presentado, proceso que requiere su tiempo. De todas maneras,
para colaborar con dicho proceso, el material didáctico contiene preguntas
y problemas sobre los contenidos de cada unidad. Estos han sido elegidos
a fin de poner a prueba la comprensión alcanzada por los alumnos.
Por último, es importante destacar que hay una parte del aprendizaje de
la Química que no es abarcado por los contenidos del curso. Es la que se
refiere al trabajo experimental de laboratorio. En forma teórica se puede
explicar cómo se prepara una solución, qué materiales utilizar, cuánto
soluto pesar para obtener un volumen dado de solución, etc. Incluso es
posible mirar videos sobre cómo realizar esta tarea. Pero nada de eso reemplaza
las destrezas que se adquieren cuando las cosas se hacen con las propias
manos. En otras palabras, este curso brinda los fundamentos teóricos de
la Química en forma conceptual, utilizando todas las herramientas que el
entorno virtual provee. Estos conocimientos son de suma utilidad al momento
de comprender o diseñar los protocolos que se utilizan en el laboratorio
de Química. Pero la capacidad de poder llevar a cabo dichos protocolos
de manera segura, prolija y eficaz queda por fuera de los contenidos de
este curso y debe ser incorporada en alguno de los cursos complementarios.
Mapa conceptual
Objetivos del material
El objetivo general del material es que los alumnos adquieran los principios fundamentales de la Química, a fin de mejorar su comprensión de las propiedades de los materiales, así como de las razones que motivan sus transformaciones.
En particular, aspiramos a que el alumno:
- conozca la estructura de los átomos y las propiedades que determinan su capacidad para reaccionar;
- comprenda los procesos por los cuales los átomos se transforman en iones o se combinan entre sí para formar moléculas;
- sea capaz de representar los cambios físicos y químicos en forma correcta, tanto cuali como cuantitativamente;
- pueda relacionar las propiedades macroscópicas de sólidos, líquidos y gases con el comportamiento submicroscópico de sus partículas constituyentes;
- adquiera una visión submicroscópica de los procesos que tienen lugar durante los cambios físicos y químicos;
- entienda el proceso de disolución y sus determinantes moleculares;
- sea capaz de realizar estudios cuantitativos para el trabajo con soluciones, empleando diversas unidades de concentración;
- conozca los principales factores que condicionan la velocidad de los cambios químicos;
- comprenda las diferencias entre reacciones químicas y reacciones nucleares;
- tenga presente los principales factores que condicionan la inestabilidad de los núcleos de los átomos.