Química I - Colegio de Bachilleres
Anuncio
PROGRAMA DE LA ASIGNATURA QUÍMICA I SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE PLANEACIÓN ACADÉMICA COORDINACIÓN DEL SISTEMA DE ENSEÑANZA ABIERTA SEPTIEMBRE DE 1992 CLAVE: CRÉDITOS: HORAS: 131 8 4 PRESENTACIÓN El programa de estudios de la asignatura Q U Í M I C A I tiene la finalidad de informar a los profesores sobre los aprendizajes que se espera lograr en el estudiante, así como sobre la perspectiva teórico-metodológica y pedagógica desde la que deberán ser enseñados. El programa se constituye así, en el instrumento de trabajo que le brinda al profesor elementos para planear, operar y evaluar el curso. El programa contiene los siguientes sectores: MARCO DE REFERENCIA Está integrado por: ubicación, intención y enfoque. La ubicación proporciona información sobre el lugar que ocupa la asignatura al interior del plan de estudios y sobre sus relaciones horizontal y vertical con otras asignaturas. Las intenciones de materia y asignatura informan sobre el papel que desempeña cada una de ellas para el logro de los propósitos educativos del Colegio de Bachilleres. El enfoque informa sobre la organización y el manejo de los contenidos para su enseñanza. BASE DEL PROGRAMA Concreta las perspectivas educativas señaladas en el marco de referencia a través de los objetivos de unidad y los objetivos de operación para temas y subtemas. 2 Los objetivos de unidad expresan, de manera general, los conocimientos, habilidades, valores y actitudes que constituyen los aprendizajes propuestos; los objetivos de operación para temas y subtemas precisan los límites de amplitud y profundidad con que los contenidos serán abordados y orientan el proceso de interacción entre contenidos, profesor y estudiante, es decir, señalan los aprendizajes a obtener (el “qué”), los conocimientos, habilidades o medios que se requerirán para lograrlos (el “cómo”) y la utilidad de tales aprendizajes en la formación del estudiante (el “para qué”). ELEMENTOS DE INSTRUMENTACIÓN Incluyen las estrategias didácticas, las sugerencias de evaluación, la bibliografía y la retícula. Las estrategias didácticas, derivadas del enfoque, son sugerencias de actividades que el profesor y los estudiantes pueden desarrollar durante el curso para lograr los aprendizajes establecidos con los objetivos de operación. Las sugerencias de evaluación son orientaciones respecto a la forma en que se puede planear y realizar la evaluación en sus modalidades diagnóstica, formativa y sumativa. La bibliografía se presenta por unidad y está constituida por textos, libros y publicaciones de divulgación científica que se requieren para apoyar y/o complementar el aprendizaje de los distintos temas por parte del estudiante y para orientar al profesor en la planeación de sus actividades. 3 La retícula es un modelo gráfico que muestra las relaciones entre los objetivos y la trayectoria propuesta para su enseñanza. Para la adecuada comprensión del programa se requiere una lectura integral que permita relacionar los sectores que lo constituyen. Se recomienda iniciar por la lectura analítica del apartado correspondiente al marco de referencia, debido a que en éste se encuentran los elementos teóricos y metodológicos desde los cuales se abordarán los contenidos propuestos en los objetivos de operación. 4 UBICACIÓ N Este programa corresponde a la asignatura de Química I que se imparten en el primer semestre y, junto con las asignaturas de Química II y Química III, constituye la materia de Química. La materia de Química está ubicada en el Área de Formación Básica dado que presenta junto con otras materias, tanto la metodología como los elementos informativos fundamentales para conformar una cultura básica, contribuyendo así a la finalidad de esta área que es lograr que el estudiante desarrolle habilidades lógicas y metodológicas que le permitan la apropiación, construcción y aplicación de los conocimientos en problemas de su entorno físico y social. La materia de Química forma parte del campo de conocimiento de Ciencias Naturales cuya finalidad es: que el estudiante comprenda los principios que rigen el comportamiento de la materia-energía. Ello será propiciado mediante el estudio de fenómenos con diferente nivel de complejidad, a través de los cuales el estudiante aplique los conocimientos y habilidades adquiridos en la comprensión del ambiente, en la solución de problemas de importancia para la comunidad y en el aprovechamiento de los recursos naturales, a la vez que se ejercita didácticamente el método experimental. Se busca así que el estudiante mantenga el interés por las Ciencias Naturales, valore el desarrollo científico-tecnológico y cuente con las bases para acceder a conocimientos más complejos o especializados. El campo de conocimiento de Ciencias Naturales está constituido por las siguientes materias: Física, Química, Biología, Ciencias de la Tierra (Geografía), Física Moderna y Seminario de Problemas de la salud (Ciencias de la Salud), que se relacionan como se ilustra en el diagrama número 1. 5 1er. SEMESTRE QUÍMICA I 2º. SEMESTRE QUÍMICA II 3er. SEMESTRE 4º. SEMESTRE 5º. SEMESTRE 6º. SEMESTRE QUÍMICA III CIENCIAS DE LA TIERRA ÁREA DE FORMACIÓN BÁSICA (GEOGRAFÍA) BIOLOGÍA I FÍSICA I FÍSICA II BIOLOGÍA II ECOLOGÍA FÍSICA III CISA I CISA II ÁREA DE FORMACIÓN ESPECÍFICA FÍSICA MODERNA I FÍSICA MODERNA II DIAGRAMA No. 1 Relaciones directas: Una materia contiene conceptos antecedentes para otra. Se imparte en semestres consecutivos. Relaciones indirectas: Una materia complementa con otra la explicación de un fenómeno. Se imparte en los mismos semestres. 6 La contribución de estas materias al logro de la finalidad del campo de conocimiento de Ciencias Naturales se da de la siguiente manera: Química contribuye al campo al estudiar las propiedades, estructura y comportamiento de la materia-energía, a partir del conocimiento de los fenómenos químicos. Física y Física Moderna contribuyen con el campo al proporcionar elementos para la comprensión de las leyes o principios que explican la transformación y transmisión de la energía desde diferentes perspectivas relacionadas con los sistemas físicos. Ciencias de la Tierra (Geografía) cumple una función integradora de los conocimientos alcanzados en las materias de Física y Química, al proporcionar elementos para explicar el origen, la estructura y la evolución del planeta tierra, así como su interacción con los procesos biológicos que ocurren en él. Seminario de Problemas de la Salud (Ciencias de la Salud) complementa la formación del estudiante al proporcionar conocimientos básicos de educación para la salud que le permitan realizar acciones, preventivas y remediales, tanto en lo individual como en lo colectivo. Biología contribuye a la comprensión del comportamiento de la materia viva como totalidad, a través de la explicitación de los principios unificadores de la Biología: Unidad, Diversidad, Continuidad e Interacción, que se establecen en los diferentes niveles de organización de la materia. Cada una de estas materias proporciona así, desde su perspectiva, elementos para explicar los principios que rigen el comportamiento de la materia-energía, que son todos aquellos que dan cuenta de cómo se manifiesta, cómo se estructura en los distintos niveles de organización, cómo interactúa y cómo cambia o evoluciona de acuerdo con la ley de conservación. Particularizando, la materia de Química desarrolla las habilidades metodológicas necesarias para que el estudiante se apropie constructivamente de los contenidos básicos de la disciplina y del campo de Ciencias Naturales. 7 Su contenido se ha organizado de manera que el primer contacto del estudiante con la disciplina ocurra en su propio mundo de vivencias; del análisis de la diversidad del comportamiento natural de la materia (Química I), surge la necesidad de estudiar su estructura interna (Química II) para, a partir de ello, explicar fenómenos y conocer objetivamente el papel que esta ciencia tiene en nuestro mundo (Química III). Este ordenamiento permite al estudiante realizar una primera síntesis interpretativa de su entorno, desde el punto de vista químico. Dentro del campo de Ciencias Naturales, Química se relaciona con Física al introducir las propiedades de la materia y su cuantificación; con Biología, al proporcionar las bases para que el estudiante entienda la estructura y función de las macromoléculas y los procesos químicos relacionados con los seres vivos y al aportar elementos que lo ayuden a comprender las acciones de deterioro y conservación de la naturaleza; finalmente, con Ciencias de la Tierra, al establecer los fundamentos para entender la composición química del planeta y valorar los efectos de la explotación de los recursos naturales. Lo anterior permite al estudiante la concientización y valoración de las diversas manifestaciones de la cultura para sumir una postura crítica ante el conocimiento; una actitud responsable y participativa en la comprensión y solución de algunos problemas de su entorno natural y social; y la posibilidad de incorporarse a la educación superior o de acceder a aprendizajes más complejos de manera no necesariamente escolarizada. 8 INTENCIÓN El ciclo escolar del bachillerato tiene como propósito que los estudiantes puedan asimilar y enriquecer los elementos básicos de la cultura del medio, para lo cual es indispensable generar hábitos que le permitan ordenar, seleccionar y clasificar la información para interpretarla de manera general, identificar y diferenciar los casos particulares y comprenderlos dentro del concepciones de totalidad. Acorde con este ciclo y con la finalidad del campo de conocimiento de Ciencias Naturales, la intención de la materia de Química es: proporcionar al estudiante una cultura química básica, a partir del conocimiento de las propiedades, estructura y comportamiento de la materia, para que sea capaz de interpretar la naturaleza, aplicar los conocimientos adquiridos a situaciones concretas de su entorno ecológico y social, así como acceder a conocimientos más complejos o especializados. El conformar una cultura química básica implica la integración de tres elementos que le dan a esta ciencia características específicas que son: El lenguaje de la Química. Poco se podrá hacer para difundir la cultura química si no procuramos que el estudiante se familiarice con la multitud de sus términos usuales, ¿cómo hablar de Química si el estudiante no conoce el significado de “elemento”, “compuesto”, “reacción”, “acidez”, “sal”, “Na”, “H2O”, “pH”, “alcohol”, “péptido”, etcétera? Por lo tanto, para transmitir al bachiller una clara idea de esta ciencia debemos incorporar palabra del “diccionario químico” a lo largo de cada uno de los cursos. El método de la Química. Las Ciencias Naturales utilizan para su desarrollo el método científico experimental; la Química utiliza este método básicamente en procesos de análisis y de síntesis de sustancias, como operaciones fundamentales. Por lo tanto, se deben incluir suficientes ejercicios enfocados a determinar la composición de los materiales y a obtener nuevas sustancias con una utilidad determinada. 9 La Cuantificación en la Química. Para poder desarrollar análisis y síntesis de una forma cuantitativa, y por lo tanto predictiva, es indispensable que el estudiante adquiera habilidades en la realización de cálculos. En consecuencia, la asignatura de Química I tiene como intención: que el estudiante caracterice a la materia a partir de sus propiedades y explique los cambios en sus manifestaciones más concretas a fin de que desarrolle interés por los fenómenos naturales y pueda acceder a conocimientos más complejos. En este sentido, el curso pretende que el estudiante comprenda a la materia a través de sus propiedades, de sus estados de agregación (sólido, líquido y gaseoso), de su composición (mezclas, compuesto y elementos) y que identifique a los elementos como constituyentes de la materia. 10 ENFOQUE El enfoque se define como la perspectiva desde la cual se estructuran los contenidos y se establece la metodología a seguir para su enseñanza y aprendizaje. El enfoque se divide en dos aspectos: el disciplinario y el didáctico. En el aspecto disciplinario: El problema central de la educación química consiste en determinar cómo enseñar un cuerpo altamente desarrollado de conocimientos, de manera que sea aprendido en forma significativa. De aquí que se plantea un contenido que secuencialmente estructurado, aborda temas que el estudiante es capaz de asimilar de acuerdo con el nivel de desarrollo por el que atraviesa y que retoma, en la medida de lo posible, el desarrollo histórico de la Química, partiendo de las primeras explicaciones que se dieron a los fenómenos y mostrando cómo éstas fueron evolucionando. Es importante, entonces, conducir las explicaciones desde lo directamente observable hasta el terreno de comportamientos que no pueden observarse de manera directa. Por ello, se inicia el curso con la caracterización de las sustancias que rodean al estudiante, para describir sus propiedades y cómo éstas determinan los cambios de la materia. A partir de este conocimiento podrá identificar las mezclas y las sustancias puras, para establecer la relación entre las propiedades y la estructura interna de la materia y, posteriormente, entender diferentes reacciones entre sustancias. Resulta necesario resaltar que en estos programas no se considera la división tradicional entre Química orgánica e inorgánica, no obstante que a principios del siglo XIX, hacia 1807, se planteó la existencia de dos “tipos de Químicas”: la de la materia inanimada (Química inorgánica) y la de los seres vivos (Química orgánica). Esa visión no se adopta por considerar que uno y otro tipo de compuestos, uno y otro supuesto modelo de enlace, uno y otro conjunto de propiedades obedecen al mismo fenómeno electrónico. La interpretación en una sola Química conducirá en el próximo siglo a un mejor entendimiento de la catálisis, la Bioquímica y la Química organometálica. 11 Los grandes bloques de contenido presentados para las tres asignaturas de Química (diagrama 2) se consideran los fundamentales para explicar el comportamiento de la materia-energía; pero para generar la cultura química básica es indispensable que a través de ellos el estudiante pueda identificar la necesidad de manejar el lenguaje específico de la disciplina, reconocer la importancia del análisis y la síntesis para la misma y comprenderla como una ciencia que permite explicar cuantitativamente los fenómenos, por lo que estas tres características ya citadas en la intención deberán ser centrales en el desarrollo de contenidos. BLOQUES DE CONTENIDOS DE LA MATERIA DE QUÍMICA QUÍMICA I CARACTERÍSTICAS DE LA QUÍMICA PROPIEDADES DE LA MATERIA QUÍMICA II ESTRUCTURA ATÓMICA MEZCLAS Y SUSTANCIAS PURAS ESTADOS DE AGREGACIÓN QUÍMICA III TIPOS DE ENLACE INTERACCIONES INTERMOLECULARES Y MACROMOLÉCULAS REACCIONES ÓXIDO-REDUCCIÓN REACCIONES ÁCIDO-BASE QUÍMICA Y VIDA COTIDIANA DIAGRAMA No. 2 12 En el aspecto didáctico: El desarrollo del proceso enseñanza-aprendizaje supone que no sólo se aprende de los contenidos sino también de la forma en que éstos se enseñan. En este sentido y con el propósito de que el estudiante adquiera habilidades lógico-metodológicas, desarrolle actitudes positivas respecto a la disciplina y sea crítico, en la concepción pedagógica del Colegio de Bachilleres se plantean cinco líneas fundamentales a seguir en la práctica educativa: 1.- Planteamiento de problemas o explicación de fenómenos. La estructuración del conocimiento es consecuencia de la interacción con situaciones problemáticas, por lo que iniciar el proceso educativo con el planteamiento de un problema o la presentación de un fenómeno es un elemento clave para que el estudiante cuestione, interrogue y, finalmente, busque respuestas y explicaciones, ejercitando su razonamiento y confrontándolo con sus referentes previos; esto asigna al profesor el papel de diseñador de situaciones propicias y promotor del aprendizaje. Las situaciones alrededor de las cuales se plantearán los problemas deben ser o hacerse relevantes para el estudiante y abarca dos dimensiones: la realidad misma del estudiante, lo que implica tomar su esquema referencial, es decir, considerar sus saberes y haceres, su situación personal, familiar y social, sus expectativas, inquietudes, intereses y necesidades; así como también la problemática de que se ocupan las ciencias, lo que significa ponerle en contacto con el estado que presenta el avance científico en la actualidad, sus dificultades y perspectivas. Los problemas que se plantean considerarán, entonces, tanto los conocimientos previos de los alumnos como la estructura y los saberes de la disciplina para ser resueltos y lograr el aprendizaje esperado. Se trata con esto de que el estudiante ponga en juego sus habilidades de pensamiento y sus conocimientos previos y descubra la insuficiencia de éstos para resolver el problema o explicar el fenómeno presentado, lo que le impondrá la necesidad de buscar explicaciones nuevas y lo orientará un nivel superior de conocimientos. 13 En el programa de Química I la problematización se presenta en tres modalidades: de cátedra, experimental e integradora. La problematización de cátedra sugiere un manera de abordar teóricamente los contenidos, planteando preguntas y actividades que introducen y motivan al estudiante para iniciar el tema y lograr el objetivo correspondiente. La problematización experimental contiene una propuesta para el desarrollo de los contenidos a través de actividades o prácticas que podrán realizarse en el salón de clase, en el laboratorio o en casa y pueden utilizarse como estrategia para lograr los aprendizajes o para reforzar lo aprendido. En el programa aparece en primer término la problematización de cátedra, seguida de la experimental, pero en la operación es posible emplear primero la experimental o integrarlas, buscando la mejor manera de cubrir un objetivo. La problematización integradora está planteada como una actividad experimental que por sus características deberá realizarse en el laboratorio; en ella, el estudiante puede consolidar e integrar los contenidos. Se propone desarrollarlas una vez que se han cubierto los objetivos de operación correspondientes a un tema. 2.- Ejercitación de los métodos. Para resolver el problema o explicar el fenómeno presentado se requiere de un camino, éste es la metodología. Siendo la Química una ciencia experimental, es necesario que el estudiante conozca el método científico experimental y se ejercite en su aplicación, buscando por sí mismo -con la orientación del profesor- las respuestas a las preguntas que se ha planteado, lo que lo habilitará para buscar información y analizarla de manera crítica y autónoma. 14 La ejercitación constante y didáctica del método científico experimental incluye: observaciones dirigidas hacia eventos de interés, obtención de información, delimitación de problemas, identificación de variables, formulación de hipótesis, manipulación o control de variables para aceptar o rechazar la hipótesis (experimentación), sistematización y análisis de resultados, emisión de conclusiones y, finalmente, la elaboración de informes. Todos estos elementos, que se integran en un proceso de conocimiento, no guardan un orden rígido a seguir, sino que interactúan retroalimentándose unos a otros. La actividad experimental se concibe como algo que rebasa al laboratorio, extendiéndose al salón de clases, al campo y a los propios hogares; así, los recursos podrán incluir desde una hoja de papel o una porción de sal, hasta una balanza analítica, un potenciómetro o un espectroscopio y los procedimientos utilizados pueden ser estandarizados o diseñados por los propios estudiantes. La ejercitación de los métodos permite generar en el estudiante una disciplina de investigación y estudio, en la que pondrá en juego el gusto por aprender. 3.- Apropiación constructiva de conocimientos. El ejercicio de los métodos lleva consigo la apropiación de conocimientos ya dados, correspondientes a disciplinas cuyo estado actual es producto de una larga historia de construcción de conocimientos. Por lo que el estudiante deberá abocarse a la búsqueda de información para llegar a aquellos conceptos que engloban y explican la situación estudiada, lo cual le permitirá apropiarse constructivamente de ellos. Esto implica que el estudiante no los memorizará acríticamente, no los verá como algo aislado o ajeno a su realidad, sino que los adoptará y retendrá como respuesta a situaciones que para él mismo son significativas. 15 4.- Relaciones, utilidad y aplicaciones actuales. Los conceptos así generados deberán reforzarse con la lectura de temas de actualidad o alguna otra actividad extraclase, a través de las cuales el estudiante pueda percatarse de la importancia y utilidad de la disciplina, de sus relaciones con otros campos del conocimiento y de sus posibles aplicaciones para la solución de problemas en la realidad inmediata. Para ello, en la bibliografía se incluyen textos y publicaciones de divulgación científica-tecnológica. 5.- Consolidación, integración y retroalimentación. Finalmente, el alumno deberá realizar actividades de investigación donde consolide lo aprendido o integre el conocimiento con lo cual, necesariamente, se reiniciará el proceso que lo llevará a conceptos más complejos. En este camino es fundamental la retroalimentación por parte del profesor, ya que ésta permitirá al estudiante observar y corregir sus errores, así como valorar sus aciertos en función de sus propios resultados. 16 UNIDAD 1. CARACTERÍSTICAS DE LA QUÍMICA OBJETIVO: Carga horaria: 23 hrs. El estudiante identificará las características de la Química y su objeto de estudio, retomando las definiciones y términos estudiados en la secundaria; mediante problemas que involucren el uso del lenguaje, su método y su carácter cuantitativo; para que adquiera la capacidad de observar y medir las propiedades más importantes de la materia y apreciar la relación de la Química con su vida cotidiana. OBJETIVOS DE OPERACIÓN ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS SUGERIDAS 1.1 El estudiante establecerá junto con el profesor, una base formal común a partir de la identificación de tres características de la disciplina: lenguaje, método y carácter cuantitativo en la solución de problemas que involucren estos aspectos; para iniciar el desarrollo de los cursos de Química y adquirir los elementos de la cultura química básica. Para el logro de este objetivo el estudiante deberá: 1.1.1 Reconocer la importancia de la Química en la vida cotidiana; a través de la identificación de los materiales más cercanos a su entorno; para que desarrolle interés por el estudio de la disciplina. 1.1.1 Problematización de cátedra: ¿Cuáles son las sustancias químicas con la que interactúas en tu vida cotidiana? ¿Qué sustancias con las que tienes contacto han recibido tratamiento químico? A partir de los ejemplos citados por los estudiantes, el profesor hará referencia al empleo de materiales y procesos químicos en la vida cotidiana, para resaltar la importancia de la disciplina en la obtención de satisfactores, desarrollo de la industria, alimentación, etc. 1.1.2 Identificar la necesidad de manejar el lenguaje de la Química; recordando algunos términos aprendidos en la secundaria, para facilitar la comprensión de la disciplina. 1.1.2 Problematización de cátedra: Ésta se llevará a cabo mediante una lectura que involucre gran cantidad de términos químicos y que además sea de un tema de interés para los estudiantes. La idea es que a través de la lectura, el estudiante recuerde conceptos elementales de Química de la secundaria, como elemento, sustancia, compuestos, fórmulas, mezclas, temperatura, estados de agregación y sublimación, entre otros. La finalidad de esta estrategia es que el estudiante identifique la necesidad de conocer los términos para estudiar la disciplina. Se sugiere la lectura total o parcial de Productos Químicos en el Hogar, escrito por Hughes, pág. 181 en el libro “Química. Antologías” citado en la bibliografía. 17 OBJETIVOS DE OPERACIÓN 1.1.3 Identificar el método propio de la Química, mediante el análisis y la síntesis de sustancias, para entender cómo esta disciplina se acerca a su objeto de estudio. ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS SUGERIDAS 1.1.3 Problematización de cátedra: ¿Cómo podrías conocer de qué está hecho un refresco? ¿Cómo fabricarías un jabón? A través de la lectura o exposición, el profesor dará a conocer un ejemplo de análisis y síntesis que sea significativo para el estudiante, como los resultados obtenidos de los diferentes análisis y síntesis efectuados a la aspirina en los laboratorios Bayer. Problematización experimental: Deshidratación e hidratación del sulfato de cobre II. Cuajado de leche para análisis; oxidación de metales (clavos) con diferentes líquidos (agua, agua salada, ácido muriático, disolución de sosa, etc.) como ejemplo de síntesis. 1.1.4 Identificar el carácter cuantitativo de la Química, mediante ejemplos donde la cuantificación sea indispensable, para que se introduzca a la medición e identifique la relación entre ésta y la predictibilidad de los fenómenos. 1.1.4 Problematización de cátedra: ¿Qué cantidad de alcohol debe ingerirse para causar efectos en el comportamiento? ¿De qué manera se dosifican los medicamentos a las personas? ¿Qué cantidad de calorías debe haber en una dieta balanceada? A partir de la revisión de una tabla de la composición de los alimentos y requerimientos nutricionales se verá la función de la cuantificación, haciendo hincapié en la relación entre la misma y la predicción de los efectos de una dieta en la salud del individuo. El estudiante podrá calcular una dieta para bajar o subir de peso. Problematización experimental: Disolución de una aspirina soluble (mejoral, disprina) en agua, número de tabletas que se disuelven en un volumen dado, influencia de la marca, efecto de la temperatura, tiempo de disolución, etc. Es importante llegar a establecer conclusiones sobre cómo la medición permite predecir, como por ejemplo, la velocidad de disolución en relación con la temperatura del agua, etc. Problematización integradora: Los objetivos de operación correspondientes al objetivo temático 1.1 se desarrollan mediante la actividad experimental incluida en el fascículo 1. 18 OBJETIVOS DE OPERACIÓN ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS SUGERIDAS 1.2 El estudiante identificará el objeto de estudio de la Química mediante problemas donde se evidencien las manifestaciones de la materia, la energía y su interacción en los cambios, para que pueda organizar los conocimientos que adquirirá sobre la disciplina y las relaciones con su entorno. Para el logro de este objetivo, el estudiante deberá: 1.2.1 Identificar las diversas manifestaciones que presenta la materia, mediante ejemplos de sólidos, líquidos, gases, mezclas homogéneas, heterogéneas y sustancias puras; para establecer el concepto de materia y su relación con la vida cotidiana. 1.2.1 Problematización de cátedra: ¿El combustible del encendedor es un líquido o un gas? ¿Qué hay más en la naturaleza, mezclas o sustancias puras? El profesor inducirá la clasificación de materiales según su estado de agregación, su pureza y su naturaleza, a partir de ejemplos que el estudiante proponga. 1.2.2 Describir las diversas manifestaciones de la energía y su transformación, identificándolas en ejemplos cotidianos, para que reconozca su participación en los fenómenos. 1.2.2 Problematización de cátedra: ¿De dónde viene la energía de los seres humanos? ¿Cómo funciona una calculadora solar? A partir de la discusión de las preguntas, el estudiante identificará diversas manifestaciones de energía (mecánica, eléctrica, química, eólica, etc.) y su intertransformación, y recordará el principio de conservación de la energía. Discutir sobre fuentes alternativas de energía. Problematización experimental: Sumergir un envase vacío de refresco en agua y ejemplificar los diferentes estados de agregación destacando que el aire contenido en el envase también es materia. Problematización experimental: recargar pilas hirviéndolas en agua y sal o hacer una “pila” con ácido sulfúrico diluido y los electrodos de cobre y magnesio y emplearla en el funcionamiento de un foco (1.5 v.) o un motor. 19 OBJETIVOS DE OPERACIÓN 1.2.3 Identificar los cambios de la materia, la evolución energética que los acompaña y la dirección en la que ocurren, mediante la descripción de cambios físicos, químicos y nucleares; para identificar la interacción de la materia y la energía en éstos. ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS SUGERIDAS 1.2.3 Problematización de cátedra: ¿De dónde proviene la cantidad de energía que se libera en una explosión nuclear? ¿De dónde viene el agua de lluvia? Se analizarán ejemplos de fenómenos que incluyan cambios físicos, químicos o nucleares; reconociendo las diferencias entre éstos. Al analizar los cambios físicos y químicos se podrá recordar el principio de conservación de la materia. Problematización experimental: Análisis de la combustión de una vela para ejemplificar los cambios. Problematización integradora: Los objetivos de operación correspondientes al objetivo temático 1.2 se desarrollan mediante la actividad experimental incluida en el fascículo 2. 1.3 El estudiante describirá y determinará algunas propiedades de la materia, mediante problemas donde aplique las unidades del Sistema Internacional, enfatizando el mol, para que emplee la convención oficial de medidas y clasifique las diferentes propiedades de la materia. Para el logro de este objetivo, el estudiante deberá: 1.3.1 Conocer y aplicar el Sistema Internacional, mediante problemas que involucren algunas unidades básicas (longitud, masa, tiempo y temperatura), así como sus múltiplos y submúltiplos, para cuantificar las propiedades de la materia. 1.3.1 Problematización de cátedra: ¿Qué unidad mide con más exactitud, metros o yardas; grados centígrados o Fahrenheit? ¿Por qué en México se usan metros y kilogramos y no yardas y libras? El profesor indicará a los estudiantes que identifiquen las unidades del S.I., a partir de ellas se elaborará una o más tablas que contengan masas o longitudes de objetos donde recorran la mayor cantidad posible de prefijos del S.I. (se sugiere mandar a los estudiantes hacer un recorrido por el túnel de la ciencia en el pasaje del metro La Raza, líneas 3 y 5). Además se enfatizará en problemas sobre transformación de unidades, por ejemplo, la densidad como una razón unitaria para transformar masa en volumen o viceversa. Problematización experimental: medición de propiedades en objetos y materiales de uso común. 20 OBJETIVOS DE OPERACIÓN 1.3.2 Identificar al mol como una unidad básica del Sistema Internacional cuya función es medir cantidad de sustancia, mediante su comparación con otras unidades de cantidad y la medición de sustancias a través de su masa, para utilizarlo posteriormente en la cuantificación de los cambios. ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS SUGERIDAS 1.3.2 Problematización de cátedra: las naranjas se venden por gruesa (144 naranjas = 12 docenas) ¿por qué los granos de arroz, no? ¿Qué tiene más masa, un ciento de lentejas o un ciento de frijoles? ¿Medirías cuántos centímetros hay de aquí a Acapulco? El profesor establecerá con los estudiantes que igual número de objetos diferentes pueden tener distinta masa, de la misma manera se comparará el número de unidades que hay en algunas unidades de medida, hasta llegar al mol, por ejemplo: Una docena = 12 unidades, un millar = 1000 unidades, un mol = 6.022 x 1023 unidades Se verá la necesidad de utilizar la unidad de medida adecuada para cada caso (gruesa de naranjas, docena de huevos, Kg de arroz), enfatizando que en Química se utiliza el mol para medir cantidades de sustancias. Es importante que a partir de lo anterior se llegue al concepto de masa molar (tanto para elementos como para compuestos) para establecer que diferentes sustancias tienen masas molares distintas. El profesor utilizará las fórmulas y símbolos de algunas sustancias, recurriendo a la tabla periódica para establecer sus masas molares, por ejemplo: Un mol de agua son 6.022 x 1023 moléculas y tiene una masa de 18 g. 1.3.3 Cuantificar y clasificar en intensivas y extensivas algunas propiedades de la materia, mediante la aplicación de las unidades del Sistema Internacional en diferentes materiales, para caracterizar a las sustancias. 1.3.3 Problematización experimental: ¿20 moles de agua hierven a la misma temperatura que 50 moles? ¿A qué se debe que el plomo no flote y la madera sí? Determinación de masa, volumen, densidad de diferentes materiales y punto de ebullición en líquidos. Pueden utilizarse tres cubos de aluminio de distintos tamaños o tres cantidades distintas de agua en la determinación de: masa, volumen y densidad; en el caso del agua determinar además el punto de ebullición; también tres cantidades iguales de diferentes materias, aluminio, cobre y hierro o agua, alcohol y agua azucarada. A partir de los resultados obtenidos, el maestro inducirá la clasificación de las propiedades. Problematización integradora: Los objetivos de operación corresponden al objetivo temático 1.3, se desarrollan mediante la actividad experimental incluida en el fascículo 3. 21 SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN OBJETIVO DIAGNÓSTICA De acuerdo con la intención y el enfoque del programa de Química I, el estudiante deberá adquirir la capacidad de interpretar la naturaleza desde punto de vista de la disciplina. Esto supone resignificar los conceptos químicos que adquirió en la secundaria, de tal modo que le permitan, por un lado, relacionarlos con los fenómenos químicos que ocurren en la vida cotidiana y, por otro, consolidar lo aprendido para posibilitarlo a acceder a conocimientos más complejos. En este sentido la evaluación diagnóstica deberá proporcionarnos información sobre: a) Conocimientos: Cantidad de términos químicos que recuerda, así como su definición, en especial los que se manejarán en el curso; identificación del objeto de estudio de la Química. b) Habilidades: Utilización de los términos y conceptos en la explicación o solución de fenómenos o problemas de su vida cotidiana; diferenciación entre fenómenos químicos y físicos, capacidad de observación, planteamiento de hipótesis y sistematización de información. c) Actitudes: Interés por problematizaciones que incluyan fenómenos químicos y actitudes críticas y participativas ante los problemas y disposición al trabajo grupal. Para realizar esta evaluación se sugiere la siguiente técnica: 1. Plantear una situación “Problemática” como: causa y efecto de la contaminación del aire o el problema de la basura (reciclaje, daños, productos biodegradables). 2. A partir de esta situación, en lluvia de ideas, los estudiantes hablarán sobre las posibles causas o efectos de estos problemas, aclarando que traten de usar los conocimientos químicos aprendidos en secundaria. El profesor coordinará las discusiones de modo que se manejen conceptos, fenómenos y problemas químicos en esta explicación. 22 OBJETIVO SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN 3. El profesor puede anotar los términos mencionados, identificando el significado que manejan, la profundidad de los mismos, su utilización, la participación del grupo, la actitud crítica, la utilización del método y el interés hacia la disciplina. 4. Con base en el resultado obtenido, el profesor realizará los cambios pertinentes en las estrategias planeadas para el curso; diseñará una nueva o, en su caso, propondrá las acciones remediales pertinentes (ejercicios, revisión bibliográfica, ensayos, etc.). Durante el desarrollo del curso, las evaluaciones formativas y las sumativas podrán servir para ajustar las estrategias del resto del curso, los acuerdos sobre cómo, cuándo y qué evaluar, deberán ser tomados por la academia. 23 SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN OBJETIVO FORMATIVA De acuerdo con los objetivos temáticos la evaluación formativa proporcionará información respecto a: 1.1 La habilidad de relacionar la Química con los productos que usa cotidianamente. Identificar tres características de la Química: el lenguaje, el análisis y la síntesis como métodos propios de la disciplina y la cuantificación. - 1.2 Identificar el objeto de estudio de la Química: la materia mediante sus manifestaciones, la energía en sus manifestaciones y transformaciones, el cambio como resultado de la interacción materia-energía. - 1.3 En una lectura que describa la fabricación de un producto de uso cotidiano, señalando los términos químicos, identificando los procesos de análisis y síntesis y el papel de la cuantificación en la obtención de ese producto. Mediante la elaboración de un ensayo sobre el análisis de algún fenómeno, como la preparación de alimentos, haciendo énfasis en estos tres factores y su relación. Describir y determinar algunas propiedades de la materia. - Al trabajar en el laboratorio en la cuantificación de algunas propiedades, se considerará el manejo del material, el trabajo en equipo, la elaboración del reporte, aportaciones del estudiante en relación con: materiales, sustancias, sugerencias para facilitar el trabajo, etc. 24 SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN OBJETIVO UNIDAD 1 SUMATIVA La evaluación sumativa para el curso de Química I está propuesta mediante tres evaluaciones parciales, cuyo valor será determinado por la academia de acuerdo con el peso e importancia que los objetivos de cada unidad tienen para el logro de la intención de la asignatura. Para identificar las características e importancia de la Química, su objeto de estudio y la determinación de las propiedades de la materia, el estudiante deberá: Explicar conceptos: Lenguaje químico, método experimental, análisis y síntesis químicos, materia, energía, cambio, cuantificación, unidades del S.I., mol y Química. Relacionar conceptos: Química y vida cotidiana, cuantificación y predictibilidad, método y Química; lenguaje y significado químico, propiedades de la materia y medición; materia, energía y cambio. Aplicar conocimientos: En la determinación de propiedades de la materia y en la explicación de algunos procesos químicos que intervienen en la fabricación de productos de uso cotidiano. Cuantificar: Propiedades de la materia (volumen, masa, densidad, temperatura de ebullición y masa molar), unidades de S.I. en las que se miden, transformación de unidades. Ejercitar el método experimental: En la determinación y cuantificación de las propiedades de la materia y las interrelaciones entre materia, energía y cambio, realizando las actividades experimentales integradoras cuyo valor lo determina la academia, considerando tanto el desarrollo del método, como la entrega de los informes. 25 OBJETIVO BIBLIOGRAFÍA UNIDAD 1 1.3 - BESON, S. W. Cálculos Químicos. Limusa, México, 1978. Texto que apoya el aspecto cuantitativo. Plantea y consolida el uso de razones básicas y unitarias. Cfr. capítulos 1, 2 y 5. 1.2 y 1.3 - DICKSON, T. R. Química, Enfoque Ecológico. Limusa, México, 1980. Texto fundamental y totalmente de acuerdo con el enfoque, relaciona la Química con los problemas ecológicos, dando algunas soluciones y planteando otras. Se propone para el logro de todos los objetivos temáticos. Cfr. Capítulos 1, 2 y 5. 1.1 y 1.2 - GARCÍA, F. H. El investigador del Fuego, Antoine Laurent Lavoisier. Pangea, México, 1991. Texto biográfico donde se manifiestan las aportaciones de Lavoisier sobre el carácter cuantitativo de la Química y el uso del análisis para obtener sustancias elementales. Cfr. pp. 9-38 1.1 - GARRITZ, R. A. y J. A. CHAMIZO. Del Tequesquite al ADN, Algunas Facetas de la Química en México. F.C.E., México, 1989. Texto de divulgación científica de la colección “La Ciencia desde México”, aborda el desarrollo de la Química en nuestro país, contiene información importante para el Bachiller. Cfr. capítulo 1. 1.1 - GARRITZ, R. A. y J. A. CHAMIZO. Química, Antologías. COSNET, México, 1988. Texto de consulta, es una compilación de 12 ensayos acerca de diferentes campos de acción de la Química. Cfr. capítulos 1, 9, 11 y 12. 26 OBJETIVO 1.2 BIBLIOGRAFÍA - GARRITZ, R. A. y J. A. CHAMIZO. Química Terrestre. F.C.E., México, 1991. La primera parte de este texto, muestra la aplicación de los conceptos de materia, energía y cambio en la explicación de la evaluación de la naturaleza. Cfr. capítulos 1 y 2. 1.1, 1.2 y 2.3 - MALONE, L. J. Introducción a la Química. Limusa, México, 1985. Texto básico de Química, útil en todo el curso. Cfr. capítulos 1, 2 y 8. 1.2 y 1.3 - MORTIMER, CH. E. Química. Iberoamérica, México, 1983. Libro de consulta muy completo, adecuado para profundizar en todos los contenidos. No contempla el enfoque del programa. Cfr. capítulo 1. 1.2 - RIUS, R. M. y C. M. CASTRO ACUÑA. La Química hacia la Conquista del Sol. F.C.E., México, 1986. Obra de divulgación científica, resulta interesante su consulta para el logro de todos los objetivos de esta unidad. 1.2 y 1.3 - TIPPENS, P. E. Física, Conceptos y Aplicaciones. Mc Graw-Hill, México, 1987. Texto básico, importante en el apartado de energía y en la medición de propiedades. Cfr. capítulos 1, 8 y 18. 27 UNIDAD 2. ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA OBJETIVO: Carga horaria: 21 hrs. El estudiante identificará la relación entre el comportamiento de los diferentes estados de agregación de la materia y su estructura; a través de problemas que involucren la caracterización de gases, líquidos y sólidos y de la utilización del modelo cinético-molecular; para introducir el concepto de molécula y aplicar los conocimientos adquiridos en el estudio de un recurso de importancia para el país como es el petróleo, por medio del cual conocerá algo más sobre las propiedades de los compuestos del carbono. OBJETOS DE OPERACIÓN ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS SUGERIDAS 2.1 El estudiante explicará las propiedades y el comportamiento de los tres estados de agregación de la materia, mediante problemas en donde se evidencie la aplicación de las leyes de los gases, de las propiedades de los líquidos y de la estructura aparente de los sólidos, para relacionar el comportamiento de la materia con los estados de agregación. Para el logro de este objetivo el estudiante deberá: 2.1.1 Caracterizar el estado gaseoso de la materia, mediante el conocimiento de la relación entre presión, volumen, temperatura y cantidad de sustancia, para entender el comportamiento de la materia en este estado. 2.1.1 Problematización de cátedra: ¿Por qué no se derrama el gas? ¿Por qué huelen los perfumes? ¿En qué consiste un aerosol? A partir de la reflexión de las preguntas y de las propiedades identificadas en el tema 1.3.3 el estudiante deducirá las leyes de los gases (Boyle, Charles, Gay Lussac y gases ideales) y verá su aplicación en problemas cuantitativos de la vida cotidiana como: relación entre temperatura y presión de las llantas, inversión térmica, velocidad de difusión de los olores, etc. Problematización experimental: A una jeringa con aire y con la aguja obstruida, se le colocan diferentes pesos en el émbolo para conocer la relación presión-volumen (Boyle). La misma jeringa con la misma presión se calienta en baño María para ver la relación entre temperatura y volumen (Charles). Se sugiere la construcción de un barómetro de Torricelli. 28 OBJETIVOS DE OPERACIÓN 2.1.2 Caracterizar el estado líquido de la materia; mediante el conocimiento de las propiedades de presión de vapor, punto de ebullición, punto de congelación, tensión superficial y densidad, en distintas sustancias, especialmente el agua, para entender el comportamiento de la materia en este estado. 2.1.3 Describir las propiedades generales de los sólidos, mediante el estudio de diferentes sustancias amorfas y cristalinas, para establecer la diferencia con los gases y los líquidos. ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS SUGERIDAS 2.1.2 Problematización de cátedra: ¿Por qué se evaporan los charcos? ¿Por qué hierve el agua a 93o C en la Ciudad de México y a 100o C al nivel del mar? ¿Por qué flota el hielo en el agua? El profesor explicará las propiedades del agua mencionadas en el objetivo y determinadas en el tema 1.3.3 relacionadas en ejemplos como: el efecto del jabón en la tensión superficial, secado de ropa, funcionamiento de una olla de presión, etc. Problematización experimental: Medición de propiedades en diferentes líquidos, por ejemplo: calentar un poco de agua en un matraz balón de fondo plano, una vez alcanzado el punto de ebullición, se retira del fuego, al mismo tiempo se tapa la boca del matraz, se invierte y se agrega agua fría sobre él. Observe como sin presión el agua continua en ebullición a baja temperatura. Esto le permitirá relacionar la presión de vapor con el punto de ebullición. 2.1.3 Problematización de cátedra: ¿Por qué no se comprime un sólido? ¿Cómo se puede medir el volumen de un sólido? En equipos se ejemplificarán características de los sólidos y la diferencia entre los sólidos cristalinos y amorfos, describiendo las formas alotrópicas en elementos como el carbono o azufre, entre otros, relacionándolas con sus usos. Problematización experimental: Observar la forma de los sólidos obtenidos mediante cristalización. 2.1.4 Interpretar el diagrama de fases de las sustancias, mediante el estudio del diagrama del agua, para que establezca las condiciones en las que se presenta cada estado. 2.1.4 Problematización de cátedra: ¿Cómo es posible el patinaje (deslizamiento aparente sobre un sólido)? ¿Cómo puede haber un gas licuado (encendedor)? ¿Cómo se “solidifica” un gas sin pasar por líquido (hielo seco)? Se analizará el diagrama de fases del agua donde el estudiante identifique las condiciones de presión y temperatura en las cuales se presenta cada uno de sus estados de agregación. Explicación del funcionamiento de la olla express. Problematización integradora: Los objetivos de operación correspondientes al objetivo temático 2.1 se desarrollan mediante la actividad experimental “Leyes de los gases”, incluida en el fascículo 4. 29 OBJETIVOS DE OPERACIÓN ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS SUGERIDAS 2.2 El estudiante explicará el comportamiento de los estados de agregación de la materia, mediante el conocimiento y aplicación del modelo cinético-molecular, para relacionar el comportamiento de la materia con su estructura y valorar el uso de modelos en la Química. Para el logro de este objetivo, el estudiante deberá: 2.2.1 Conocer los postulados del modelo cinético-molecular, mediante la explicación del comportamiento de los gases, para establecer el concepto de molécula y tener una base para caracterizar el comportamiento de la materia en cualquier estado. 2.2.1 Problematización de cátedra: ¿A qué se debe la presión atmosférica? ¿Cómo funciona un atomizador? ¿Cómo se difunden los olores? Revisión de los postulados del modelo cinético-molecular y aplicación de estos postulados en la explicación del comportamiento de gases como la difusión, expansión y comprensión. 2.2.2 Explicar el comportamiento de los líquidos y sólidos, mediante la aplicación de los postulados del modelo cinético-molecular, para establecer sus limitaciones y valorar la necesidad de utilizar modelos en el estudio de la Química. 2.2.2 Problematización de cátedra: ¿Cómo se evapora la gasolina? ¿Por qué se seca la ropa sin sol? ¿Por qué se derraman los líquidos? ¿Por qué es muy difícil comprimir un sólido? ¿Por qué los sólidos generalmente conservan su forma? Explicación de las propiedades de los líquidos y sólidos a partir de la existencia de moléculas y su grado de ordenamiento, como por ejemplo, las propiedades coligativas o el proceso de ósmosis. Problematización experimental: Se llena un tubo de ensayo con humo de cigarro y se tapa, se invierte el tubo y se destapa, manifestándose la difusión del humo. El estudiante deberá explicar este fenómeno aplicando el modelo cinético-molecular. 30 OBJETIVOS DE OPERACIÓN ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS SUGERIDAS Problematización experimental: Difusión de un polvo para preparar agua fresca en agua. Observación del fenómeno de ósmosis. Se sugiere utilizar 4 porciones de zanahorias ahuecadas y colocarlas de la siguiente manera: Zanahoria hueca en recipiente con agua Zanahoria con azúcar en recipiente con agua Zanahoria con azúcar en recipiente con agua y pintura vegetal Zanahoria con agua en recipiente con agua muy salada Problematización integradora: Los objetivos de operación correspondientes al objetivo temático 2.2 se desarrollan mediante la actividad experimental incluida en el fascículo 4. 2.3 El estudiante aplicará los conocimientos adquiridos sobre los estados de agregación, en el estudio de un recurso natural; mediante problemas que involucren la determinación de algunas propiedades de los hidrocarburos del petróleo y su utilización; para identificar la relación entre propiedades y la estructura, y tener elementos para valorar la importancia de este recurso para el desarrollo industrial. Para el logro de este objetivo, el estudiante deberá: 31 OBJETIVOS DE OPERACIÓN 2.3.1 Reconocer a los hidrocarburos líquidos, sólidos y gaseosos; mediante la determinación de sus propiedades: densidad, solubilidad, reactividad; para que establezca la relación entre dichas propiedades y el número de átomos de carbono. ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS SUGERIDAS 2.3.1 Problematización de cátedra: ¿En qué estado se encuentra el petróleo en la naturaleza? ¿Por qué es más usual utilizar gasolina en vez de gas en los autos? Discusión sobre los tres estados de agregación que se presentan en el petróleo, relacionándolo con su fórmula condensada, propiedades y usos: como ejemplos se mencionan el gas doméstico, la gasolina, las velas, los lubricantes, entre otros. Problematización experimental: Determinar la velocidad de combustión de un gas (encendedor), de una vela y de la gasolina. 2.3.2 Reconocer la existencia de isómeros en los compuestos del carbono; mediante el conocimiento de su fórmula, propiedades y nomenclatura; para relacionar las propiedades con su estructura. 2.3.2 Problematización de cátedra: ¿Qué es el diferente octanaje en la gasolina? o ¿Qué diferencia hay entre la gasolina nova y magna? Establecer en qué consiste el octanaje apoyándo-se en el concepto de isómero empleando sus fórmulas (condensadas, semidesarrolladas y desarrolladas). Es importante usar la nomenclatura mínima de los isómeros de los hidrocarburos, considerando compuestos hasta de diez átomos de carbono. 2.3.3 Reconocer la importancia socioeconómica del petróleo en nuestro país; mediante el conocimiento de los usos y aplicaciones de los componentes y productos derivados del petróleo; para valorar su aprovechamiento como recurso natural. 2.3.3 Problematización de cátedra: ¿A qué se debe la importancia económica del petróleo? Discusión del carácter energético del petróleo y su relación con su importancia económica. Solicitar una investigación bibliográfica que incluya: principales yacimientos nacionales, componentes, derivados, procesos de extracción y refinación, usos, aplicaciones y repercusiones ecológicas. Problematización integradora: Los objetivos de operación correspondientes al objetivo temático 2.3 se desarrollan mediante la actividad experimental incluida en el fascículo 5. NOTA: Es importante desarrollar los contenidos junto con las características de la Química –lenguaje, método y cuantificación–. 32 SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN. OBJETIVO FORMATIVA 2.1 El estudiante explicará las propiedades y el comportamiento de los tres estados de agregación de la materia, al: - Aplicar las leyes de los gases en la solución de problemas que incluyan las relaciones de presión, volumen, temperatura y cantidad de sustancia. - Caracterizar el estado líquido a través de las propiedades de presión de vapor, punto de ebullición, punto de congelación, tensión superficial y densidad. - Describir las propiedades de los sólidos. - Identificar en un diagrama de fases las condiciones en las que se presenta cada estado. - Correlacionar columnas de propiedades con cada estado de agregación. 2.2 El estudiante aplicará el modelo cinético-molecular en la explicación del comportamiento de cada uno de los estados de agregación, describiendo cómo ocurren, por ejemplo: el fenómeno de la ebullición del agua a menos de 100oC, la solidificación de un refresco muy frío al destaparse, entre otros. 2.3 El estudiante deberá aplicar los conocimientos sobre los estados de agregación en el estudio del petróleo al: - Reconocer los hidrocarburos líquidos, sólidos y gaseosos por sus propiedades. - Relacionar la estructura de estos compuestos con sus propiedades y su nomenclatura. - Elaborar un ensayo sobre la importancia socioeconómica del petróleo. 33 SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN OBJETIVO SUMATIVA UNIDAD 2 Para que el estudiante identifique la relación entre el comportamiento de los tres estados de agregación de la materia y su estructura y, aplique los conocimientos que le permitan identificar la importancia socioeconómica de un recurso no renovable (el petróleo), deberá: Explicar conceptos: Estados de agregación, presión, leyes de los gases, tensión superficial, moléculas, cristales, hidrocarburos, isómeros, fórmulas y nomenclatura de hidrocarburos. Relacionar los conceptos: Comportamiento y estructura de la materia; propiedades y estados de agregación, presión, temperatura y volumen, propiedades y estructura de hidrocarburos del petróleo. Explicar fenómenos: Diagrama de fases para los 3 estados de agregación, modelo cinético-molecular para comportamiento de gases, líquidos y sólidos; los tres estados de agregación del petróleo. Interpretar los modelos: Diagrama de fases y modelo cinético-molecular. Cuantificar: Realizando cálculos sobre las leyes de los gases. Ejercitar el método: En la caracterización y explicación del comportamiento de los estados de agregación. En las actividades experimentales integradoras. Generalizar conocimientos: Realizando una investigación bibliográfica del petróleo. 34 OBJETIVO BIBLIOGRAFÍA UNIDAD 2 2.1, 2.2 y 2.3 - ALCÁNTARA B. M. C. Química Inorgánica Moderna. Eclalsa, México, 1972. Texto básico para el nivel medio superior, adecuado para toda la unidad. Rescata el enfoque del programa. Cfr. unidad II, apartados 2, 4 y 6; unidad IV apartados 1 y 2; unidad VII apartado 5. 2.1, 2.2 y 2.3 - ASIMOV, I. Breve Historia de la Química. Alianza, México, 1989. Texto de divulgación científica propone una aproximación histórica del desarrollo conceptual, congruente con el enfoque. Cfr. capítulos 3, 4 y 6. 2.1 - BENSON, S. W. Cálculos Químicos. Limusa, México, 1978. Comentado en la unidad I, Cfr. capítulo 6. 2.1, 2.2 y 2.3 - CÓRDOVA, F. J. L. La Química y la Cocina. F.C.E., México, 1990. Texto de divulgación científica, intenta mostrar y resaltar dos aspectos importantes en la enseñanza de la Química: el espíritu juguetón y el carácter práctico de esta ciencia, muy adecuado en el enfoque, por o cual se recomienda su lectura completa. 2.3 - CHOW, P. S. Petroquímica y Sociedad. F.C.E., México, 1989. Texto de divulgación científica, donde es notable la importancia del petróleo, de acuerdo con su composición química. Cfr. secciones 1 a 9. 2.1, 2.2 y 2.3 - DICKSON, T. R. Química, Enfoque Ecológico. Limusa, México, 1988. Comentando en la unidad I. Cfr. capítulos 4, 5, 7, 8, 9, l0, 11, y 12. 35 OBJETIVO 2.3 BIBLIOGRAFÍA - GARRITZ, R. A. y J. A. CHAMIZO, Del Tequesquite al ADN, Algunas Facetas de la Química en México. F.C.E., México, 1989. Comentado en la unidad I. Cfr. capítulos 1 y 2. 2.1, 2.2 y 2.3 - GARRITZ, R. A. y J. A. CHAMIZO. Química, Antologías. Cosnet, México, 1988. Comentado en la Unidad I. Cfr. capítulos 4, 5 y 6. 2.1 y 2.2 - GARRITZ, R. A. y J. A. CHAMIZO. Química Terrestre. F.C.E., México, 1991. La segunda parte de este texto apoya con ejemplos los tres estados de agregación: gases en la atmósfera, líquidos en la hidrósfera y sólidos en la litósfera. Cfr. capítulos 3, 4 y 5. 2.1, 2.2 y 2.3 - HEIN, MORRIS. Fundamentos de Química. Iberoamérica, México, 1992. Texto básico para el nivel medio superior adecuado para toda la unidad. Cfr. capítulos 4, 13 y 14. 2.1, 2.2 y 2.3 - MORTIMER, CH. E. Química. Iberoamérica, México, 1983. Comentado en la unidad I. Cfr. capítulos 8, 9 y 26. 2.3 - OULETTE, R. J. Introducción a la Química Orgánica. Harla, México, 1983. Libro específico del estudio de los compuestos de carbono, adecuado para consultar los contenidos del petróleo. Cfr. capítulos 3, 5 y 6. 36 UNIDAD 3. MEZCLAS, COMPUESTOS Y ELEMENTOS OBJETIVO: El estudiante reconstruirá el concepto de elemento y su clasificación, a partir de problemas donde caracterice mezclas y sustancias puras, así como del conocimiento de la evolución del concepto de elemento; para que obtenga una explicación de la estructura de la materia. OBJETIVOS DE OPERACIÓN Carga horaria: 20 hrs. ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS SUGERIDAS 3.1 El estudiante caracterizará a las mezclas y conocerá las propiedades fundamentales de los sistemas dispersos; mediante problemáticas donde se identifiquen sus componentes y se cuantifiquen sus proporciones; para identificar a las mezclas como la manifestación más común de la materia y que son susceptibles de separación. Para el logro de este objeto, el estudiante deberá: 3.1.1 Identificar las características de las disoluciones, los coloides y las suspensiones; a través de los criterios de tamaño de partícula y las características de las fases dispersas y dispersoras; para fundamentar los principios de su separación. 3.1.1 Problematización de cátedra: ¿Por qué hay unos productos con la leyenda “agítese antes de usarse”? ¿Por qué “cuaja” la gelatina? ¿Qué es la mayonesa, un líquido o un sólido? ¿Por qué pega el engrudo? Discusión sobre problemas y situaciones que involucren caracterización de mezclas. Clasificar junto con los estudiantes algunos alimentos como diferentes tipos de disoluciones, coloides o suspensiones (gelatina, mousse, mayonesa, malvavisco, jugo, etc.). Problematización experimental: Preparar un coloide (agua y grenetina), una disolución (agua y azúcar) y una suspensión (agua y arena) y distinguir sus características mediante el efecto Tyndal y la aplicación de calor. 37 OBJETIVOS DE OPERACIÓN 3.1.2 Determinar y cuantificar la concentración de soluto en una disolución; mediante actividades relativas a la expresión de concentraciones molares y porcentuales; para establecer la relación cuantitativa de los componentes de una mezcla y utilizar en cálculos químicos. ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS SUGERIDAS 3.1.2 Problematización de cátedra: ¿Qué significa que el brandy tenga 38ºGL? ¿Qué cantidad de sosa tiene el limpia hornos comercial? ¿Qué significa que una disolución esté concentrada? ¿Qué cantidad de cloro (hipoclorito de sodio) se tiene que poner al agua para desinfectarla? Calcular del contenido de alcohol en las bebidas comerciales y resolver problemas sobre cómo preparar una disolución dada. Problematización experimental: Determinar la cantidad de sosa en un limpia hornos o de ácido acético en un vinagre, mediante titulaciones. Problematización integradora: Los objetivos de operación correspondientes al objetivo temático. 3.1 se desarrollarán mediante la actividad experimental integradora incluida en el fascículo 6. 3.2 El estudiante caracterizará a las sustancias puras y establecerá la diferencia entre elemento y compuesto; mediante la solución de problemas que incluyan la separación de mezclas y la descomposición de compuestos en sus elementos; para identificarlos como la unidad fundamental de la materia. Para el logro de este objetivo, el estudiante deberá: 3.2.1 Reconocer que las mezclas están formadas por sustancias puras; mediante la separación de sus componentes, para llegar a establecer los conceptos de compuesto y elemento. 3.2.1 Problematización de cátedra: ¿Cómo funciona un filtro casero de agua? ¿Cómo se determinan los componentes de un producto? ¿Cómo puede potabilizarse el agua de mar? Revisión de algunos métodos de separación y su aplicación en procesos comerciales como destilación del crudo, concentración del isótopo U235 para los reactores nucleares, desalinización de agua de mar y obtención de azúcar por cristalización, entre otros. Problematización experimental: Separación de mezclas mediante algunos métodos como: destilación, filtración, extracción, cristalización y cromatografía, entre otras. Se sugiere la separación del colorante y el gas de un refresco. 38 OBJETIVOS DE OPERACIÓN 3.2.2 Reconstruir los conceptos de elementos y compuesto y caracterizar a estos últimos como sustancias puras formadas por elementos; mediante el análisis y la síntesis de compuestos; para identificar al elemento como la unidad fundamental de la materia. ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS SUGERIDAS 3.2.2 Problematización de cátedra: ¿Cómo se obtiene el hierro? ¿El agua es un elemento? ¿Es igual el hierro de la sangre y el empleado en la industria de la construcción? Revisión de los trabajos de Boyle, Lavoisier y Dalton en relación con el análisis y síntesis de sustancias. Problematización integradora: Los objetivos de operación correspondientes al objetivo temático 3.2 se desarrollan mediante la actividad experimental “Métodos de separación de una mezcla”, incluida en el fascículo 6. 3.3 El estudiante reconocerá las propiedades de los elementos y su clasificación; mediante la problematización de la construcción de la tabla periódica y la revisión de los criterios utilizados en la clasificación, para predecir su comportamiento y enriquecer la explicación de la estructura de la materia. Para el logro de este objetivo, el estudiante deberá: 3.3.1 Reconocer la clasificación empírica de los elementos; mediante la revisión de las aportaciones de Mendeleiev; para utilizar la taba periódica como un instrumento básico en el estudio de la Química. 3.3.1 Problematización de cátedra: ¿Para qué se clasifican los elementos? ¿Por qué no se clasifican alfabéticamente? Newlands agrupó los elementos como las notas musicales, en octavas, ¿qué opinas de esta clasificación? Establecer criterios para la clasificación de diferentes objetos de uso cotidiano para el estudiante. Revisión de los criterios utilizados en la clasificación de los elementos por Mendeleiev. Juegos químicos que involucren la capacidad de combinación de los elementos en sus óxidos, el análisis comparativo de las propiedades de los elementos y la formación de grupos en la tabla periódica y sus valencias. 39 OBJETIVOS DE OPERACIÓN ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS SUGERIDAS 3.3.2 Reconocer los símbolos que identifican a los elementos representativos y al menos diez de los transicionales; mediante la ubicación de éstos en la tabla periódica y su identificación en la fórmula y nomenclatura de compuestos binarios; para ampliar el conocimiento del lenguaje químico. 3.3.2 Problematización de cátedra: ¿Qué significa H2O? ¿Hay alguna diferencia entre el cloro con que se purifica el agua y el elemento cloro? ¿Qué elementos se encuentran en el “carbonato” (NaHCO3)? ¿Y en el vinagre (CH3COOH)? Relacionar los elementos y compuestos cuyos símbolos y fórmulas se estudian, con su utilidad. Por ejemplo: calcio y flúor en la dentadura sana; hierro en la hemoglobina; óxido de magnesio en la fabricación de ladrillos refractarios; hidróxido de sodio y su propiedad de limpiar caños obstruidos, entre otras. 3.3.3 Reconocer las diferencias entre metales y no metales; mediante el conocimiento de sus propiedades (conductividad, maleabilidad, dureza y estados de agregación); para valorar su utilidad e importancia en el desarrollo económico y social del país. 3.3.3 Problematización de cátedra: ¿Por qué se usa el hierro en la construcción? ¿Por qué no se usa un no metal como conductor de electricidad? Citar generalidades sobre metales y no metales. Solicitar una investigación bibliográfica que incluya métodos de obtención, propiedades, aplicaciones y datos de la producción nacional de un ejemplo de metales y no metales y sus óxidos. Por ejemplo: sodio, hierro, aluminio, plomo, hidrógeno, carbono, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre. Se sugiere visitar el antiguo Museo de Geología de la UNAM. Problematización experimental: Comparación entre las propiedades de algunos metales y no metales, como conductividad eléctrica y dureza, entre otras. Problematización integradora: Los objetivos de operación correspondientes al objetivo temático 3.3 se desarrollan mediante la actividad experimental integradora incluida en el fascículo 7. NOT: es importante desarrollar todos los contenidos junto con las características de la Química -lenguaje, método y cuantificación-. 40 SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN OBJETIVO FORMATIVA 3.1 3.2 3.3 Que el estudiante caracterice a las mezclas, a partir de las propiedades de los sistemas dispersos al: - Clasificar diferentes productos de uso cotidiano como disoluciones, coloides y suspensiones. - Cuantificar la cantidad de soluto en las disoluciones del ejercicio anterior. El estudiante tendrá que caracterizar a las sustancias puras y diferenciar a los elementos de los compuesto al: - Identificar las sustancias que componen una mezcla; al separar los componentes de algunos productos de uso cotidiano. - Establecer los conceptos de elemento y compuesto. El estudiante identificará las propiedades de los elementos y cómo se clasifican cuando: - Explique cuál es la función de la clasificación de los elementos. - Elabore un ensayo sobre la clasificación de los elementos realizada por Mendeleiev. - Identifique los símbolos de algunos elementos en la tabla periódica, fórmulas y nomenclatura de compuestos. - Describir las principales diferencias entre metales y no metales, de acuerdo con sus propiedades. 41 SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN OBJETIVO UNIDAD 3 SUMATIVA Para que el estudiante reconstruya el concepto de elemento, lo clasifique y lo reconozca como unidad fundamental de la materia a partir del conocimiento de las aportaciones que originaron estos conceptos deberá: Explicar conceptos: Mezcla, sustancia pura, disolución, coloide, suspensión, fase, soluto, disolvente, concentración molar, compuesto, elemento, técnica de separación, ley periódica, metal, no metal. Relacionar los conceptos: Soluto y disolvente, método de separación y análisis, tabla periódica y elementos, tipos de mezcla y tamaño de partícula; diferenciación entre mezcla, compuestos y elemento; nombre, símbolo y características de los elementos; diferencia entre metales y no metales. Aplicar conocimientos: En la separación de mezclas e interpretación y manejo de la tabla periódica. Generalizar conocimientos: Realizando un investigación bibliográfica sobre la importancia socioeconómica de metales y no metales. Cuantificar: Concentración. Ejercitar el método experimental: En la caracterización y separación de mezclas, y de metales y no metales. En la realización de las actividades experimentales integradoras. 42 OBJETIVO BIBLIOGRAFÍA UNIDAD 3. 3.1, 3.2 y 3.3 - ASIMOV, I. Breve Historia de la Química. Alianza, México, 1985. Comentado en la Unidad 2, Cfr. capítulos 3, 4, 5, 7 y 8. 3.1 y 3.2 - CÓRDOVA, F. J. L. La Química y la Cocina. F.C.E., México, 1990. Comentado en la Unidad 2. 3.1, 3.2 y 3.3 - DICKSON, T. R. Química, Enfoque Ecológico. Comentado en la Unidad 1. Cfr. capítulos 2 y 9. 3.1 y 3.2 - GARCÍA, F. H. El investigador del Fuego, Antoine Laurent Lavoisier. Pangea, México, 1991. Comentado en la Unidad 1. Cfr. pp. 9 a 38. 3.3 - GARCÍA, F. H. El Químico de las Profecías, Dimitri I. Mendeleiev. Pangea, México, 1990. Texto biográfico de la obra de Mendeleiev, donde se pone de manifiesto sus aportaciones para la ordenación sistemática de los elementos (Tabla periódica) y la predicción de las propiedades que en su época eran desconocidos. 3.1 y 3.2 - GRUP MARTÍ I. FRANQUÉS. ¿Eso es Química? Alhambra, México, 1988. Compendio de experimentos que pueden efectuarse en casa donde se muestran actividades relacionadas con análisis y síntesis en distintos procesos que se llevan a cabo en la vida cotidiana. 43 OBJETIVO 3.1, 3.2 y 3.3 BIBLIOGRAFÍA - HEIN, MORRIS. Fundamentos de Química. Iberoamérica, México, 1992. Comentado en la a Unidad 2. Cfr. capítulos 3, 11 y l5. 3.1, 3.2 y 3.3 - MORTIMER, CH. E. Química. Iberomérica, México, 1983. Comentada en la Unidad 1. Cfr. capítulos 1, 10, 19, 20, 21, 22 y 23. 44 LA ELABORACIÓN DE ESTE PROGRAMA, QUE SISTEMATIZA E INTEGRA LAS APORTACIONES DE NUMEROSOS MAESTROS, ESTUVO A CARGO DE LA SIGUIENTE COMISIÓN: IBQ. VÍCTOR A. CORVERA PILLADO LIC. GONZALO GAMBOA ARRIAGA QFB. ARMANDO RANGEL ÁLVAREZ LIC. GEORGINA ROUNTREE DE ICAZA QFB. OLGA OROZCO HERNÁNDEZ ASESORES EXTERNOS: DR. ANDONI GARRITZ RUIZ DR. JOSÉ ANTONIO CHAMIZO GUERRERO LABOR MECANOGRÁFICA CAPTURA Y EDICIÓN: MARTHA MARTÍNEZ ROSAS ALICIA BARRAGÁN SANTIAGO ROSARIO ALARCÓN HERNÁNDEZ DADC – 2004 45
