Cinética Química

1. “2010. Año del Bicentenario de la Independencia de México” Cinética Química Titular de la Asignatura: Ing. Emilio Ovando Mateo Grupo: 3º de Licenciatura en Educación Secundaria con la Especialidad en Química

2. Introducción Los estudiantes normalistas han estudiado hasta este momento las reacciones químicas, las han clasificado e identificado algunas de sus características más importantes pero sin involucrar la variable temporal, así como el sentido en el que ocurren las reacciones químicas. El propósito fundamental de esta asignatura es que los alumnos comprendan la importancia del estudio de los cambios químicos en función del tiempo y de su dirección de ocurrencia, así como los factores que aceleran o retardan el cambio, los principios que lo rigen y los parámetros que se deben considerar al introducir la variable tiempo.

3. Primer Bloque • El primer bloque de la asignatura permite que los normalistas comprendan el concepto de velocidad de reacción como una razón de cambio, que implica identificar cómo varía la concentración de uno de los reactivos de los productos con respecto al tiempo. Posteriormente, se analiza cómo la velocidad de una reacción depende, en lo general, de la o las concentraciones de los participantes en la misma. Las relaciones que se establecen se pueden ejemplificar mediante una gráfica, la cual, además de proporcionar la información valiosa, permite extrapolar los resultados. En este sentido es un recurso viable para el desarrollo de habilidades del pensamiento, deseable en los normalistas: la interpretación de gráficas. También es necesario hacer uso de situaciones experimentales que apoyen la construcción de conocimientos y desarrollo de habilidades. • Por otro lado, se sugiere revisar con los alumnos normalistas el proceso de equilibrio químico y de catálisis a partir de una aplicación que le dé sentido a estos conceptos abstractos como es el proceso de ahorro energético (energía de activación).

4. Segundo Bloque • En el segundo bloque los conceptos fundamentales del primero se aplican a temas que le permiten al normalista continuar la comprensión de la importancia de comprender con qué rapidez y en qué dirección ocurren las reacciones químicas: el papel de las enzimas como los catalizadores del metabolismo y la descomposición radiactiva del 14C en la determinación de la edad de fósiles. • Un tema que establece un paralelismo metodológico con el de cinética química es el de la solubilidad, razón por la cual se introduce al final del segundo bloque, con éste se cierra el estudio del cambio químico. Se sugiere introducir en el estudio de la solubilidad actividades prácticas que permitan calcular la constante de solubilidad para mezclas líquido-agua o sólido-agua, así como medir los factores que la determinan, por ejemplo la temperatura, presión y concentración.

5. Se recomienda comparar los resultados anteriores con la solubilidad del oxígeno en agua y vincularlo con el concepto de disponibilidad de oxígeno, tan importante parámetro que indica la posibilidad de vida acuática en ríos lagos y lagunas así como analizar el grado de eutroficación de ese cuerpo de agua. Este tema permitirá a los alumnos comprender desde el punto de vista de la química uno de los efectos de la contaminación del agua por diversas actividades humanas, pero a la vez reconocer a la Química como una fuente de respuestas a esos problemas.

6. Tercer Bloque • Por último en el bloque tres se busca que el alumno normalista diseñe estrategias didácticas para la enseñanza de la cinética química en la escuela secundaria considerando las dificultades que se presentan en la comprensión del tema. Para ello se parte de la información de investigaciones educativas específicas sobre la cinética química y el equilibrio químico, procesos en los que los adolescentes asocian, por ejemplo, al equilibrio con lo estático. • También se continúa fortaleciendo la aplicación del modelo cinético de la materia a partir de su vinculación con el movimiento de átomos, moléculas e iones de las sustancias que reaccionan. La intención de aplicar de manera continua el modelo tiene un fundamento práctico y otro real: es más sencillo entender y explicar la cinética química y el equilibrio dinámico con base en el modelo cinético molecular de la materia, pero también los alumnos de la escuela secundaria necesitan aplicar un modelo en diferentes situaciones y con ejemplos variados antes de que ocurra el cambio conceptual.

7. Temas • Bloque I. El determinante factor tiempo en los procesos químicos. • Tema 1. Velocidad de reacción, principio de Le Chatelier, constante de velocidad y orden de reacción. • Tema 2. Estado de equilibrio y reversibilidad. ¿Cómo ocurren las reacciones? Mecanismos de reacción y complejos de transición. • Tema 3. Reactivo limitante y orden de reacción. • Tema 4. Catálisis.

8. Bloque II. ¿Por qué es importante conocer con qué rapidez se lleva a cabo un proceso? • Tema 1. Los alimentos como reactivos (limitantes). El metabolismo y las enzimas como catalizadores. • Tema 2. El concepto de radiación y el tiempo de vida media. Repercusiones ambientales y determinación de edades de fósiles y huellas. • Tema 3. Importancia de la solubilidad. Constante de solubilidad Kps. Curvas y reglas de solubilidad. Solubilidad del oxígeno en agua y concepto de disponibilidad de oxígeno en ríos, lagos y lagunas.

9. Bloque III. Estrategias didácticas para la enseñanza de la cinética Química en la escuela secundaria. • Tema 1. Dificultades en los alumnos para comprender el equilibrio dinámico. • Tema 2. El conflicto cognitivo como estrategia en la solución de problemas de reactivo limitante. • Tema 3. Modelación de fenómenos: empleo del modelo corpuscular en la cinética Química.

10. Bibliografía básica • American ChemicalSociety (1998), “Solubilidad”, “Alimentos: moléculas para construir”, “Vida media: un reloj radiactivo” y “Química celular”, en QuimCom. Química en la Comunidad, Delaware, E.U.A., AddisonWesley Iberoamericana, pp. 39-51, 236-246, 299-302, 418-425. • Garritz, Andoni y J. A. Chamizo (1994), “Solubilidad”, “Tiempo de vida media” y “Equilibrio químico y cinética química”, en Química, Wilmington, Delaware, E.U.A., Addison-Wesley Iberoamericana, pp. 204-207, 344-347, 637-681. • Hoffmann, Roald (1997), “¿Cómo sucede exactamente?”, en Lo mismo y no lo mismo, México, FCE, pp. 151-158. • Roberto Salcedo (1994), “Catalizadores”, en Fernández Flores, Rafael (editor), La química en la sociedad, México, UNAM/ Facultad de Química, pp. 241-280.

11. Rocha, Adriana, N. Scandroli, j.m.dominguez y Eugenio García (2000), “Propuesta para la enseñanza del equilibrio químico”, en Educación química , vol. 11, núm. 3, México, pp. 343-352. • Santoyo Ruiz, Ma. Esther, SylvieTurpin Marion y Mabel Vaca Mier (1994), “Química y medio ambiente”, en Fernández Flores, Rafael (editor), La química en la sociedad, México, UNAM/ Facultad de Química, pp. 35-42. • Tyson, Louise y David F. Treagust (1999), “Thecomplexity of teaching and learningchemicalequilibrium”, en Journal of ChemicalEducation, vol. 76, núm. 4, E.U.A., pp. 554-558. • Van Driel, Jan H., Wobbe de Vos y NicoVerloop (1999), “Introducingdynamicequilibrium as anexplanatorymodel”, en Journal of ChemicalEducation, vol. 76, núm. 4, E.U.A., pp. 559-561. • Vilar, Compte R. (2000), “Romper, reordenar y unir: reacciones químicas.”, “Ahora, ¡más rápido! : la catálisis”, “¿Cómo lo hace la naturaleza? : enzimas.”, “El equilibrio ambiental” y “Los beneficios de la catálisis en la industria”, en Catálisis: la magia de la química, méxico, Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM, pp. 13-29, 31-40, 41-58, 59-70 y 71-90.

12. Bibliografía complementaria • Asimov, Isaac (1989), “Vida media”, en Breve historia de la Química, México, Alianza Editorial, (El libro de bolsillo, no. 580), pp. 219-227. • Carson, s.r. (1999), “Aninteractivepupildemonstration of theapproachtodynamicequilibrium”, en Physicseducation, vol. 34, núm. 1, Reino Unido, pp. 32-33. • Chang, Raymond (1992) “Cinética química” y “Cinética del decaimiento radiactivo”, en Química, México, McGraw-Hill, pp. 541-591, 964-966. • Choppin, R. y Lee R. Summerlin (1994), “Cinética química” y “Trayectoria de las reacciones”, en Química, México, pp. 309-326 y 559-564.