Importancia que se concede actualmente a la investigación y a la formación de los técnicos ppr Andrés León Maroto Académico corresponsal I. PROLOGO Todas las naciones sienten hoy día una gran preocupación por 'a formación de investigadores y técnicos. La Técnica Moderna constituye hoy una parte importante del progreso, y por ello se considera necesario cultivar las investigaciones científicas. EuroPa no quiere quedarse atrás en este movimiento y España deberá, P°r tanto, participar en esta evolución. El Catedrático de la Facultad de Medicina de Madrid, Dr. A. Gallego Fernández, en un artículo publicado por «Archivos de la FaCu ltad de Medicina», de Madrid (septiembre de 1967), dice: En el Comento actual padecemos una extrema carencia de investigadores científicos, lo que se traduce en una sangría alarmante de divisas y en nuestra subordinación d la técnica extranjera. En el mes de marzo último el Duque de Edimburgo habló a van °s centenares de ingenieros reunidos en Londres por el Council °f Ingeniering Institution, y les dijo: Para vencer ki sangría tecn l ° °gica entre Europa, y los Estados Unidos, necesitamos más cienttf'cos y más ingenieros, en fas esferas donde se toma'n decisiones. . r °dos los conocimientos científicos no son de utilidad para el geniero si éste no posee espíritu investigador. La Industria Ouí^1^ «s quizás la más necesitada de investigación. Los productos ln — 6o8 — lanzados al mercado corren pronto el peligro de ser suplantados rápidamente por productos nuevos. Las grandes Sociedades americanas, tienen que estar preparadas a eliminar cada diez años, el 50 por 100 de los productos que están en el mercado y reemplazarlos por productos nuevos, descubiertos en el Laboratorio. Fijémonos, por ejemplo, lo que sucede con los productos farmacéuticos, con los plásticos, y en la explotación de la energía atómica, que hoy día está pidiendo continuamente materiales nuevos que resistan a la compresión que producen las radiaciones, etc., etc. Miles, millones de hombres trabajan hoy día, con enorme interés, en busca de nuevas ideas y procedimientos que les permita ampliar la técnica, y con ello dar a la humanidad un vivir más fácil. Este ejército de técnicos trabajan con una intensidad tal que es difícil seguirles aún por los mismos profesionales. Como consecuencia de sus trabajos, el número de nuevos fenómenos aumenta continuamente. Para la explicación de los mismos ha habido necesidad de nuevas teorías. Se publican al año unas 40.000 revistas con cerca de 1.000.000 de publicaciones, f Qué pasará dentro de 50 años? Hoy día una parte muy importante del crecimiento tecnológico de una país, depende de los descubrimientos de sus científicos. No es exagerado decir que estamos en la Era de la Ciencia. Las naciones tienen hoy, por lo dicho anteriormente, una gran preocupación en la formación de investigadores. La preparación de los mismos, se cree debe ya de iniciarse en las Escuelas de Grado Medio, poniendo a los alumnos, desde que comienzan sus estudios de las Ciencias experimentales (Física, Química y Biología), en con' diciones tales que puedan desarrollar al máximo sus aptitudes y conduzcan a fines determinados. Es necesario hacerles trabajar co la inteligencia, al mismo tiempo que con las manos. Deben de s acostumbrados a que aprendan los hechos de una manera viva y Q sepan luego explicarlos. No es posible aprender Química, aún en su grado elemental, acudir a la experimentación. Los hechos observados por si mis son mucho más atrayentes para el alumno y quedan mucho más tie pò grabados en su espíritu. Para una buena formación hay <lue señarle a que descubra las leyes por sí mismo, más que a cornp barias. Para ello se necesita, una vez que se les ha presentado problema, darles libertad para que realicen los experimentos U se les ocurran, para que lleguen a encontrar la explicación — 6o9 — mismos. Los experimentos deben de considerarse como un medio deadquirir la información. Para llegar a penetrar íntimamente en el conocimiento de la Física, Química y Biología, es necesario el conocimiento de sus efectos, siendo por ellos indispensable la experimentación y la deducción.. Las dificultades con las que algunas veces tropiezan los jóvenes estudiantes al iniciar el estudio de las Ciencias, radica muchas veces en el método empleado en la enseñanza de las mismas. El profesor deberá ayudar al alumno en las manipulaciones difíciles, a las que no está acostumbrado, y le ayudará también a que por sí mismo encuentre si el camino que ha emprendido es el correcto o está, equivocado, lodo este proceso requerirá tiempo que no se puede considerar como perdido, pues tendrá una gran importancia en su f ormaci OIL científica. El profesor deberá servir de guía para la formación de la inteligencia de sus alumnos, excitando continuamente su curiosidad y así prepararle para estudios superiores. Deberá crear una atmósfera de colaboración amistosa con el alumno, observando su. trabajo y haciéndole preguntas. La mayoría de los grandes homwes de Ciencia descubrieron sus secretos por demostraciones sen"las, pues los hechos son siempre sumamente instructivos. •La Química no es como se creía antes una copilación de propieades y procedimientos de preparación de los .cuerpos. Para su estud'o no debe ser utilizada sólo la memoria. Esta Ciencia debe ser presentada a los alumnos como un medio de interpretar la natuza de las cosas. Los alumnos deben de hacer sus estudios a r aves de experimentos escogidos, que despierten :su espíritu de ve stigación, de manera que desarrollen una imaginación disdi' »lada y sean conscientes de la importancia que la Ciencia juega err a V1 da moderna. Para este tipo de enseñanza el profesor debe de ne r imaginación y gran experiencia. El Prof. Emilio Jimeno en su r ° de Química, dice : La formación sólo se consigue con un Suroso y disciplinado método de observación de los hechos, con Aplicación de los hechos, con la explicación, consiguiente y pro, a de porqué se verifican, mediante hipótesis provisionales o teoy °on la inmediata realización experimental apropiada, para en~ Sa ^r cada teoría. a observación rigurosa y atinada y la percepción de relaciones e 'os fenómenos" es de valor en todas las actividades de la vida. 11 Inglaterra no quisieron lanzarse a esta reforma de la Ense' nE LA R EAL ACADEMIA DE CIENCIAS.—19(58. »» — 6io — fianza Científica, que estuviese encaminada a la formación de técnicos, sin haber hecho antes los ensayos pertinentes. Consideraron que el éxito de la reforma dependía del Profesorado y era necesario prepararle. A este fin, en el verano de 19(56 se .celebrló una conferencia, de dos semanas, a la que asistieron uno 300 profesores. Esta conferencia fue organizada en .colaboración con el Departamento de Educación y Ciencia. Norteamérica fundándose en los mismos principios organizó el «Physical Science Study Commitee (P. S. S. C.), en el que un grupo de profesores universitarios y de Escuelas Secundarias, trabajan en el desarrollo y mejoramiento de la enseñanza de los cursos de Física. El proyecto empezó en 1900 con una fuerte subvención de «National Science». Como consecuencia de las modificaciones que en la enseñanza de la Física y Química se ha producido en gran número de países, pero principalmente como hemos dicho antes en Inglaterra y los Estados Unidos de América, es necesario que en España nos adaptemos a esas ideas que ya fueron desarrolladas por el Instituto Escuela a partir del año 1931, adelantándose en más de trcinta\ y cinco años a las enseñanzas de las Escuelas de tipo medio de Europa. En este nuevo método más que intentar aumentar el caudal de conocimientos que adquiera el alumno, lo que se propone es despertar su vocación y espíritu investigador, permitiendo a cada alumno expresar la capacidad de su personalidad. Para estos cursos se eligen principalmente aquellos conceptos absolutamente necesarios para la compresión de la Física y de la Química actual y los que mas puedan formar su espíritu de observación y lleven a formar capacidad investigadora. Esta formación investigadora debe empezar a adquirirla lo mas pronto posible. En la tradicional Inglaterra, empiezan en el nuevo plan a tener clases de Ciencias (Física, Química y Biología), a. Par" tir de los once años. Se considera necesario, ya a esta edad inicia1"' les a despertar en ellos curiosidad centífica. Es un hecho cierto qu los jóvenes sienten enorme curiosidad cuando se ponen en coma to por primera vez con la Ciencia. Es además necesario reconocer que las Ciencias son disciplinas que forman su espíritu. Entre las Ciencias quizás sea la Química, por sus recientes descubrimientos, tina de las más formativas y la que enseña mejor a razonar. En este nuevo plan, la enseñanza de la Física y de la Quí1TllC. deben estar fundadas principalmente en la observación y en la e — 6ii — pgrímentación, efectuadas por el propio alumno, ayudado por el profesor. Hasta aquí la enseñanza de estas Ciencias se había reducido sólo a llenar al espíritu con hechos y leyes, con lo cual no se conseguía la formación de espíritus investigadores. En el método actual de enseñanza, se pretende utilizar al máximo la deducción. Hay que hacer que el alumno llegue a entender la Naturaleza. El profesor deberá llevar al alumno a que practique la Ciencia por sí mismo. Según lo anterior, la, labor del profesor es la de guiar al alumno, siempre que sea posible, a descubrir la razón de los hechos físicos y químicos. El les planteará problemas, les guiará y resolverá sus dificultades técnicas, pero sobre todo deberá saber cuándo debe de mantenerse en silencio, a fin de que el alumno se apoye en sus propias observaciones. La ayuda que le dará deberá ser de tal forma, que el alumno crea que la explicación del problema planteado ha sido suya. El profesor deberá, por tanto, dar al alumno el mínimo de indicaciones posibles. De ninguna manera le dará un cuestionari ° que le indique paso a paso lo que debe de hacer, pues no tendría entonces el experimento, verdadero valor formativo. Los alumnos n o sólo deben recoger datos, sino también explicar ideas. Los experimentos hechos por los propios alumnos tienen un valor formativo superior a los que sean hechos por el propio proiesor, pues de esta forma se acostumbrará a argumentos lógicos y asi verá el alumno las dificultades con mente crítica. El alumno deberá tener libertad de disponer y modificar sus elementos de traba J°- El profesor observando al alumno le conocerá mejor, pues conocerá al «práctico» al «técnico» al que tiene gusto en penetrar en nuevas ideas. Hay que dar al alumno tiempo y oportunidades para que adquiera su ex periencia personal de la Ciencia. El alumno deberá tener la en sación que el experimento es muy suyo. Haciéndolo así llegará te ner la sensación de que es un científico, que está haciendo Cien> pues tanto la Física como la Química enseña a pensar y a tener lma ginación. ^e todo lo anterior se comprenderá que el profesor deberá peranecer lo más silencioso posible. Siempre habrá unos alumnos más P'dos que otros y para que los primeros no alteren el trabajo de s demás, se les podrá poner problemas sobre leyes, que ellos han encontrado. Los alumnos perezosos Constituyen siempre un-i dita ' d, pero debemos insistiries en la necesidad de que lleguen Sl misinos a las soluciones a que han llegado sus compañeros pJA ^ * — 6l2 — Se les deberá guiar en la ordenación de datos y de resultados. Para que sus sentidos les dé contestación perfecta, hay necesidad de educarlos. Un ojo experimentado, de un buen observador, ve detalles que escapan al hombre medio. Un pintor, por ejemplo, distingue colores que un profano no puede percibir. Un. buen .músico percibe sonidos que un buen aficionado no distingue. Es importante dar al alumno oportunidad para que los conceptos adquiridos en sus experimentos pueda luego utilizarles en nuevos estudios. Hay que enseñar al alumno a que aprenda por sí mismo. Es mucho más importante a que aprenda el significado de una fórmula por sí mismo a que la aprenda de memoria. Se le deberá guiar en la ordenación de datos y de resultados. Para que sus sentidos les de contestaciones perfectas, hay necesidad de educarlos. La observación de los fenómenos debe ser seguida de la medida, ésta con los medios de que se dispone, nos da con gran precisión la medida de las magnitudes que intervienen en los fenómenos. Por ello cada día se construyen aparatos que nos dan las medidas con mayor precisión. Pan' llegar a penetrar íntimamente en el conocimiento de los fenómenos y de sus efectos, es necesario no sólo experimentación, sino también deducción. Los primeros pasos del alumno deben encaminarse en la Física a los conceptos de masa, de magnitud y de tiempo. El profesor francés de Física en el Baccalauréat, Cessart, dijo: ila observación de los hechos es la base de la Ciencia», y el Prof. Des' sart, también de Física, del Baccalauréat francés, insiste mucho en que no se trata de aprender, sino de comprender. Al terminar un conjunto de ejercicios, el profesor, dialogando siempre con el alumno, ampliará brevemente los conocimientos adquiridos. El orden de capítulos se puede en general modificar, adaptándolos en cada momento a la existencia de material. No hay ni ' gún inconveniente en alternar la Física con la Química. . Siempre que sea posible, vina' vez conocidos los hechos, se debe aprovechar la ocasión para ir introduciendo las ideas moderna-El estudio de la Naturaleza de una forma sólo descriptiva, no sa i face por completorii alumno. El irles introduciendo", poco a P°c°' las ideas modernas, tiene un gran interés. Por ejemplo, se ha e contrade que los jóvenes a los que se lès ha enseñado nociones s bre la estructura de los átomos, poseen un armazón en el que Pu - 6-3 = ir colocando los hechos que observan, en un orden lógico, en el cual son estos aprendidos más fácilmente. Para conseguir buen resultado con esta clase de enseñanza, hay que hacerla agradable por medio de experimentos apropiados, que puedan, relacionarse con problemas de la vida práctica. Estos experimentos deberán ser realizados con los. materiales lo más comunes posibles. Hay que presentar las experiencias no como un número aislado de hechos, sino que estos formen un proceso continuo que nos enseñe a comprender a la Naturaleza del Mundo Físico. Uno de los mayores éxitos de la Física de nuestros tiempos, es que con ella hemos aprendido mucho acerca de la naturaleza ultima de la materia. Es importante presentar al alumno la Física, de una manera clara y sencilla, pero al mismo tiempo con precisión científica. Debe llegar a entenderla bien, a fin de que luego pueda hacer uso de ella. Los conocimientos que adquiera podrán ser útiles en cualquier momento. Es muy importante que el alumno piense por sí mismo al tiempo que va aprendiendo la Física y la Química. Es más importante para ellos conocer el significado de una fórmula y de dónde procede, que el saberla de memoria. Es más importante para los jóvenes el aprender la Ciencia por sus propios experimentos que el. estudiarla. ' " Algunas veces el alumno encuentra dificultad para contestar a. a lgunos problemas y en otros tendrá facilidad, pero no importa,. Pues algunas veces habrán sido preguntados por el profesor para sa ber hasta dónde es capaz el alumno de llegar. Los experimen°s más educativos son aquellos relacionados con cosas que le sort anïiiiares, aquellos de que el alumno haya oído hablar. La realización de experimentos por los alumnos es indispensae .para que lleven urta buena base para sus estudios superiores. 1 a . las Escuelas superiores llegan los alumnos con el espíritu de °Dservación bien desarrollado y con .curiosidad intelectual, podrán - c e r en ellas grandes progresos en poco tiempo. •En los dos primeros .cursos deberá el alumno llegar a tener un On ociniiento, aunque sea muy elemental, del Mundo Físico. En losUrs °s siguientes deberá hacer investigaciones más organizadas que Provoquen, pensamientos, . y jen los últimos deberá estudiar, las; teorías. . " • • - . - . 614 - II. TRABAJOS REALIZADOS EN INGLATERRA POR LA «NUFFIEL FOUNDATION» En Inglaterra una institución autónoma, la «Nuffield - Foundation», patrocinó el proyecto de empezar a formar espíritus investigadores entre los jóvenes de las Escuelas Secundarias. Comprendieron que una reforma tan radical de la enseñanza científica, que suponía una gran responsabilidad, no podía hacerse sin antes reali,zar ensayos previos. Para ello organizó el primer ensayo en 1962 interesando a -lo Escuelas para que hiciesen el programa de Física y a 56 para el de Química. El proyecto Nuff ield cubre también el campo de la Biología. En total consiguieron trabajasen en la ideas expuestas 170 Escuelas con 3.000 alumnos. El trabajo realizado es sumamente minucioso, pues resultado de tantas colaboraciones se dan hasta los más sencillos datos sobre la manera de desarrollar las ideas, para llegar al resultado propuesto, así como el tiempo que debe emplearse, material mínimo que debe de usarse, clase del mismo y observaciones que debe el alumno apuntar. Enseñando de esta manera, es posible que los profesores encuentren alguna dificultad para resolver algunos problemas que les presenten los alumnos o que no encuentren una respuesta sencilla a las que les hagan, pero habrá algunas a las que la encontrarán fácilmente. .El objeto principal de estos ensayos, fue el conseguir que los conceptos nazcan en los alumnos, a través de exploraciones hechas por ellos en el laboratorio y sean luego completadas en el estudio de textos. En esa elección de los temas, han tenido en cuenta que en £e~ neral para los de Química no sea absolutamente necesaria una buena memoria. Por ello proponen que los cursos se den de fornia que se requiera observación, razonamiento e imaginación, mas que memoria. Por ello creen que el progama de enseñanza de darse firmemente en trabajos experimentales, a ser posible hecho por los propios alumnos. Idealmente cada profesor debe de pr poner su programa. En todos los programas la idea principal era desarrollar materia' que ayudasen al profesor a presentar a los alumnos la Ciencia de manera viva y un medio de excitación inteligente. - 6i S - Para realizar este primer ensayo pidieron ayuda a Instituciones como «Scotish Educación Département», a la «Association Educational Departament», al «Instituto de Biología» y «Real Instituto de Química», así como a varias Universidades, las cuales organizaron cursos para profesores (1). :E1 objeto de todos estos cursos era el encontrar medios de estimular a los alumnos a que dirijan por ellos mismos, sus pequeños y propios experimentos, y puedan llegar por ello a sus propias conclusiones. El fin como se ve es de enorme importancia pedagógica. Los profesores han trabajado en íntimo contacto con el «School Council». Para la Biología pidieron ayuda al grupo de investigaciones del Comité de Educación Biológica y para la .Química al Real Instituto de Química. Se organizaron confererencias para el Profesorado, en el norte de Inglaterra y en las Universidades de Portsmouth, Manchester y Leicester. La Comisión Nuffield propone se den instrucciones a todas las autoridades locales y a todos los profesores de Escuelas Secundarias, proporcionándoles además los libros necesarios. Se han dado gran número de conferencias, con intervención de profesores, -versando sobre : El desarrollo 'sistemático de experimentos en ¡as Escuelas. Se han hecho ya «test» preliminares de slgunos de los materiales diseñados, y se espera que pronto puedan estar listas dos 'colecciones dé materiales para un trabajo de cinco semanas, en una docena de Escuelas. Todos estos trabajos se han llevado a cabo estrechamente con «School Council», el cual tiene un especia] interés en el diseño de materiales para, uso de Escuelas Secundarias con alumnos de dieciséis años. APARATOS PARA LA ENSEÑANZA DE LA FÍSICA, DK LA QUÍMICA Y DE LA BIOLOGÍA Uno de los problemas más importantes que se presentaba a la omisión fue el suministro de apsratos y equipos para los nuevos cursos. para ]a resolución de tan difícil problema, interesaron a faW 'La Royal Society d : o el 16 de septiembre de 39C5 una conferencia sobre PubV- ma ' E" la rcv!sta «Endeavour», vol. XXIV, mim. 92, mayo de 1965, se Cn un artículo sobre actividades pedagógicas en las escuelas inglesas, de «'utnnno 108 j_ _ 'de once a dieciséis años. — 6i6 — bricantés y suministradores de equipos científicos, a los que se les proporcionaba como guía de sus trabajos las conclusiones a que habían llegado las distintas Comisiories nombradas y los resultados obtenidos por los profesores en su primer ensayo de dos años. : Los ingenieros y diseñadores de aparatos se interesaron grandemente en este problema, pero la Comisión Nuffield consideró que el problema no estaba aún completamente resuelto. Tanta atención han puesto los dirigentes del proyecto, que hasta han solicitado el estudio de la colocación de los equipos en los laboratorios, por ser el material muy copioso, para que puedan aprender la. Ciencia a través de experimentos individuales. NIVEL DE LAS CIENCIAS FÍSICAS Los anteriores trabajos preliminares que hemos descrito muy someramente terminaron en 19G5. Estos trabajos consistieron en el ensayo de algunos materiales para el trabajo práctico con objeto de llegar a conocer su valor real. Para ello consideraron sería posible en J 966-1908 proponer materiales que no sean irrealísttcos. En esta segunda fase se proyectan los nuevos equipos de aparatos. Por último, en el tercer período se ensayarán nuevos equipos de aparatos. Y en el tercer período se ensayarán estos materiales durante dos años. TRABAJOS REALIZADOS EX INGLATERRA POR LA «N T UFFIELD FOUNDATION- SCIENCE); Los trabajos que empezó a realizar fueron pronto ayudados por él «Institute of Chemistry», el «Royal Institute of Chemistry» )' e' «Institute of Biology». Con los fondos dados por la «Nuffield Foundation» (se calculan cerca de un millón de libras esterlinas), se pudieron organizar cursos para profesores en 171 Escuelas. Este coste, aun siendo muy importante, es pequeño si se compara con la importancia vital del proyecto. En 190(5 a algunos cientos de miles de profesores se les había dad oportunidad de estudiar con detalle los materiales que necesitaba Vl*P* para su propia enseñanza. Empezaron con alumnos de once a - 6i; - ce años, y para su realización consiguieron interesar no sólo a Director y Profesores de Colegios, sino también a fabricantes de material centífico. Pronto consideraron necesario prolongar el proceso a alumnos hasta de dieciocho años. Es, pues, un proceso que no sólo quieren desarrollarlo en las Escuelas Secundarias, sino también en las Universidades. Es aún pronto para valorar las consecuencias de este proyecto, pero no cabe duda de que es una importante contribución al progreso de la enseñanza de las Ciencias. Las publicaciones hechas son ya numerosas. Enunciaremos las que han salido referentes a la Física y a la Química. FÍSICA Guía del Profesor » » Libro de cuestiones I II III IV :" V Guta de experimentos 1 » " » '" » * » I II III IV V " » » » * » I !I m IV » V QUÍMICA Introducción y guia. iLibro para el Profesor. Ejemplos para los cursos I y II (Curso básico). Colección de experimentos. Libro de datos. Investigaciones de Laboratorio. ton el fin de que se tenga una idea de cómo se tratan las teoestos libros, daremos luego descripción de dos de los temas, uno de Física y otro de Química. rias en HI. TRABAJOS REALIZADOS EN NORTEAMÉRICA OR LA «PHYSICAL SCIENCE STUDY COMMITTEE» P. S. S. C. p _En Norteamérica, ya en junio de 1907, quince profesores de Enanza Secundaria y un número igual de profesores universitar 10s> se , reunieron en el «Royal College», Portland (Obregón), para cutlr , cual sería para los alumnos el medio más efectivo de esen - 6i8 — tudiar la Química en las Escuelas Secundarias y en los Colegios. Esta reunión fue apadrinada por la «División de Educación Química», de la «American Chemical Society« y pensionada por la Fundación u Crown Zellerbach». De esta conferencia se sacaron algunas conclusiones, que no fueron definitivas, y en 1!).~>8 tuvo lugar otra reunión en la Universidad de Werleyan-Middestow». Esta reunión fue financiada por la «National Science Foundation». También tuvieron lugar otras reuniones de Química, de profesores de Coleaos, Bajo la dirección de Lawrence. E. Streng de Earham College, en Richmond (Indiana), un grupo en Reed y otro en Weleijan estudiaron el caso de «uniones químicas», como tema central para llegar a la Introducción de la Enseñanza de la Química. El entusiasmo engendrado en estas conferencias se extendió a gran número de profesores de Química. Como resultado de todos estos trabajos se publicó en 1058 un primer ensayo por Lawrence E. Streenng y Rust Wilson : en «Journal of Chemical Education», pagado por la «National Science Foundation». Otra subvención de esta misma Institución hizo posible en el verano de 1939 que profesores de Escuelas Secundarias trabajasen juntos durante seis semanas en Redd College para preparar los diseños del materia! necesario para un nuevo curso de Química En 19CO, la «National Science Foundation» hizo posible otra reunión de profesores de Escuelas Secundarias. En este mismo año se formó la «Physical Science Study Committee» (P. S. S. C.), la cual publicó un libro de Física, en el cual se presenta ésta, no como hechos aislados, sino como un proceso continuo. Al lado de este libro hay una «Guía de Laboratorio», una lista de nuevos aparatos, un ?ran número de películas, textos estandarizados, y un libro para el pr°" fesor. El trabajo de P. S. S. C., es el trabajo de varios cientos de personas, principalmente profesores de Escuelas y Colegios, llevados a cabo en un período de cuatro años. En muchas cosas el nuevo curso difiere marcadamente de nuestro curso de Física del Premiivi51' tario. El libro consta de cuatro partes. La primera parte trata tiempo, espacio y materia, tal como la? comprendemos y las m dimos. El curso P. S. S. C. está seleccionado a partir de ideas sencillas, llegando a la Moderna Física Atómica. En la primera Pa se da una amplia idea del Universo ; en la segunda se estudia ¡a u ' — 6lQ — llegando a desarrollar la .teoría de la misma, para luego estudiar el movimiento, y por último la electricidad y estructura atómica. Este curso incluye desde las ideas familiares sencillas a la Física Atómica moderna. La reacción producida por el libro a profesores y estudiantes, muestra que ha intrigado a gran número de ellos. IV. ORGANIZACIÓN EUROPEA DE COOPERACIÓN ECONÓMICA (O. E. E. C.) Para diseñar el Programa de Química que deberá ser enseñado en las Escuelas Secundarias de Europa, la O. E. E. C. organizó en febrero de I960, en Glyston (Irlanda), un «Seminario» en el que participaron profesores de Química de Austria, Bélgica, Dinamarca, Francia, Alemania, Grecia, Irlanda, Italia, Suécia, Luxemburgo, Noruega, Portugal, España (1), Suécia, Suiza, Inglaterra, Turquía y E. U. A. Su objetivo era llegar a conclusiones generales sobre los pasos que se requieren para sentar las bases de una meJ°r enseñanza intelectual adaptada a las necesidades de la Química moderna. El fin primordial de las recomendaciones de este Seminario era <*• reforma de la enseñanza de la Química, en los Centros de Enseñanza Media, a fin de que los estudiantes se sientan más atraídos por e l estudio de esta disciplina. A este fin el Seminario hizo resaltar ^e los experimentos químicos, aún los más sencillos, continúan sien0 atractivos para los muchachos de once años. El estudio de las ^acciones químicas, por los enlaces químicos, es una teoría de las m as atrayentes para los alumnos. Como estos estudios sólo pueden Ser hechos a base, de trabajos prácticos de Laboratorio, es de gran mportancia el formar un nuevo Profesorado en íntima relación con Is T * * universidad. Debe darse a conocer a este Profesorado las exPeriendas de estos países, para lo cual consideran de eriorme interés s contactos internacionales para facilitar el intercambio de los puntos de vista. kl Programa de las materias que deben ser enseñadas es lo sus C \ iLos representantes de España fueron los profesores de Fisica y Química, °nta CándidaUriel Diz, y don Andrés León Maroto. _ 620 — ficientemente amplio para que las naciones puedan escoger lo fundamental, teniendo en. cuenta-el grado de preparación del alumno. V. NUFFIELD PHYSICS TEACHERS GUIDE I. MEDIDA DE UNA MOLÉCULA CÓMO PODEMOS MEDIR ÁTOMOS Sería maravilloso si usted y yo pudiésemos medir el tamaño de un átomo sencillo, de la misma manera a como podemos medir la cabeza de un muchacho ; pero los átomos son tan pequeños que es imposible medirlos directamente. Sin embargo, se puede determinar el tamaño de una molécula por un medio indirecto y de su valor se puede determinar el del átomo. Elegiremos una molécula que sea sencilla, por ejemplo, -la del aceite de oliva, que es una cadena aproximadamente de 12 átomos de longitud. Los químicos pueden averiguar cómo están en ella arreglados los átomos en la gran cadena, aún cuando no puedan encontrar el tamaño de éstos. Entonces si se le dice que la cadena de la molécula de aceite tiene 12 átomos, podremos encontrar el tamaño de un átomo dividiendo el tamaño de la molécula por doce. Podemos hacer esto, poniendo una pequeña gota de aceite en agua y esperando medir el diámetro de ésta, en su superficie. Para entender el experimento se necesita hacer algunos en la susuperficie del líquido. Empezaremos con ellos y luego volveremos a la cuestión del tamaño de las moléculas de aceite. NOTA PARA Et. PROFESOR. MEDIDA DE LA MOLÉCULA DE ACEITE Esta medida es de gran importancia para nuestros experimentos y no se debe omitir. Da oportunidades para cuidados manuales por los cuales se ayuda a tener modelos y dibujos, así como para aprender a medir el orden de magnitudes, prado de exacti y aproximación En este experimento, cada alumno pone una gota, muy Pecll ña, de aceite, sobre la superficie limpia del agua y mide el tan < ño al cual se extiende. La gota original se mide con una escala medios milímetros, mirándola con una lente .de aumento, y tratan — 621 — de ajustar la gota de aceite a un diàmetro de medio milímetro. La superficie sobre la que se extiende la gota al- echarla sobre el agua, se puede hacer visible echando, previamente sobre la superficie del agua polvos de licopodio. Las cubetas sobre las que se echa el agua se pintan de negro, pues así la mancha que hace la gota de aceite contrasta con la superficie espolvoreada. Se mide el diámetro de la mancha y se calcula su grueso, suponiendo que el volumen de aceite al esparcirse la gota permanece constante. Si siguiendo a Lord Rayleigh suponemos que el aceite se esparce hasta la altura de una molécula, tendremos una estimación de la longitud de la molécula de aceite. EXPERIMENTOS EN TENSIÓN SUPERFICIAL Será necesario dar algunos conocimientos al alumno sobre los fenómenos de tensión superficial. Para ello le daremos una pequeña cantidad de un agente desengrasante, cuyos efectos son más sorprendentes qua los de detergentes caseros. EXPERIMENTOS a ) Dejar gotear água por una pipeta. b) Dejar caer gotas de agua en distintos sitios de un cristal, que Se ha limpiado bien de toda grasa, que pudiese tener. Mirar la forWa de la gota. c ) Hacer lo mismo echando la gota sobre un cristal cubierto de Parafina. ") El profesor echará un poco de mercurio sobre un vidrio. •O Hacer una película de agua en el lazo de un hilo. i> Unir dos pompas de jabón con un tubo. , £)• Poner un gota de agua en una mesa impermeabilizada y desacerla con un detergente. *) impermeabilizar un cedazo mojándole con agua. Mostrar el goteo de anilina en agita • a an ¡lina estará en un embudo de separación, cuyo extremo se °d"cirá en una probeta que contenga agua (si el experimento — 622 — se va a hacer para un círculo pequeño de alumnos) o en un vaso cùbico de cristal o de plástico, si se va a proyectar. La anilina es ligeramente más densa que el agua, así que las gotas que se forman en el extremo del embudo de separación, colgarán de éste flotando en el agua, como si estuviesen libres de gravedad. Por el peso de la gota se formará un pequeño cuello de unión en el extemo del tubo (1). Este experimento da una idea de que las superfices de los líquidos actúan como si fuesen pieles elásticas. Si damos a los alumnos la explicación usual de estos efectos, es decir, que son producidos por atracciones entre las fuerzas moleculares de tensión superficial, debemos de cuidar describirlas como fuerzas de tensión superficial, ejercidas en toda !a superficie. EXPERIMENTOS DE CLASE PARA PREPARAR PELÍCULAS DE ACEITE En cada caso usarán cubetas llenas de agua. Estas cubetas serán primero cuidadosamente limpiadas con detergentes que no tengan ion libre. La cubeta se llenará entonces hasta el borde y la mitad del agua se quita rápidamente por si quedase sobre ella alg"na película de aceite. Se espolvoreará la superficie del agua, muy ligeramente con un polvo , como el licopodio, y así se liará la superficie visible. En es a forma quedará la cubeta lista para ensayar varios productos que Pue' dan cambiar la tensión superficial. Experimentos a) Se pondrá una gota de alcohol sobre la superficie espolvoreada. Se producirá inmediatamente un claro, pues el polvo se hacia los bordes, pero pronto volverá el polvo a ocupar el claro }> haberse mezclado el alcohol con el agua. b) Repetir con agua fresca y poner muy cerca de la super > sin tocarla, un grueso alambre caliente. La pulverulenta supe se moverá fuera de esta región. Es un experimento difícil pero (11 Se linn sugerido o t-o s productos en sustitución de la anilina, por e J orto-toluidina, pero la anilina parece ser preferible. - 62 3 - porque muestra un cambio en la propiedad de la superficie cuando hacemos algo en las moléculas sin agregar materiales. El alambre calentado, con un mechero Bunsen, debe ser suficientemente grueso para que permanezca muy caliente mientras se lleva a lo largo de la cubeta, pero no tan grueso que el calentamiento tarde mucho en hacerse. Una alambre de un diámetro aproximado de 0,15 cm. o una aguja de este tamaño irá bien. c) Repetir el experimento con una cantidad de aceite más pequeña o una cerilla de madera que se ha introducido en aceite. d) También, para broma, podemos encontrar el efecto de granos de alcanfor sobre la superficie limpia del agua. Si el alcanfor parece perezoso a moverse, es señal de que la superficie del agua está sucia. ?) Si los alumnos han podido limpiar muy bien la probeta, de forma que haya quedado completamente libre de aceite, será interesante introducir el dedo en la superficie sucia y ver el anillo de grasa que se forma, aún cuando el alumno crea que su dedo está completamente limpio. ILUSTRACIÓN »EL ESPARCIMIENTO DEL ACEITE Como un ejemplo del esparcimiento de un líquido hasta llegar a teun grueso de una molécula (como aceite en agua), a algunos profesores les gusta enseñar la demostración que una mano llena uè arena o perdigones echados en la cubeta se extienden en una capa de espesor de un grano. Esta es una inteligente ilustración, pero equívoca. ner Los alumnos creen que las moléculas son redondas y si lo fue^en el fi] m de aceite tendría un diámetro superior al de las molécu^s- Suponiendo ésto, no sólo estará equivocado, sino sería un error. ^e°r aún, ello sugiere que la medida del film de aceite nos puede dar el volumen de una molécula sencilla o el número de moléculas Ue tie ^ ne un volumen dado, y entonces el número de Avogadro, Batido de hecho lo único que nos dirá, es la longitud de la moecula de aceite, de forma que necesitaremos mayor información es de que podamos encontrar su volumen, j Podemos hacer un modele mejor, poniendo pequeñas piezas de as Pajas que se emplean en las bebidas, en un vaso de agua. Se — 624 — cortan esas pajas para que tengan una longtud de 2,34 cm aproximadamente ; se pegará en su extremo una bolita de plasticala o si es posible un perdigón, y se cierra en el otro extremo por compresión de sus paredes. Se echan unas cuantas en un vaso con agua y flotarán, tendiendo à reunirse en un bloque. DISCUSIÓN'; DE LOS EXPERIMENTOS DE TENSIÓN SUPERFICIAL; Al aumentar la temperatura debilitamos la piel .-superficial, con lo que ésta puede empujar la piel hacia fuera. .Podemos emplear la misma explicación, cuando vemos que una gota de; aceite colocada en una superficie de agua, que se ha espolvoreado, hace que.este polvo se esparza rápidamente. Hay, pues, como una tensión superficial. Limpieza. Si la cubeta esta sucia y el agua que echamos lleva en su superficie pequeñísimas gotas de aceite, el efecto al echar la gota de alcohol, será mucho menor (anticipemos a los alumnos que una capa monomolecular de aceite es suficiente para hacer fracasar el experimento). La introducción en el líquido de un dedo que haya tocado el pelo de una cabeza y tome algo de su aceite natural, puede hacer fracasar el experimento. Por ello debemos de seguir el método de 'Langmuir, que describimos a continuación. DISCUSIÓN DEL EXPERIMENTO DE LA PELÍCULA DE ACEITE Se usa aceite de oliva, que como aceite vegetal, tiene una larga molécula y uno de sus extremos se une con el agua, mientras qu el otro es inerte. Según Rctyleígh al echar el aceite en el agua, s extiende en una capa cuyo espesor es de una molécula. Una vez cho el experimento simplificamos el cálculo, tomando la gota co un' cubo y por tanto la parte que se ha extendido como si fuese u cuadrado. Esto dará una pequeña estimación del tamaño de là w lécula. pero no importa porque es mejor que la simplificación.' El experimento del film de aceite, para medir "la longitud de molécula lo puede hacer él alumno. El objeto es proporcionar" a e la akgría de una medida atómica y le daremos ánimo si sinipl11 - 6*5 - mos el exerijnento y el cálculo. Por supuesto, el profesor lo, puede hacer mucho más deprisa, pero entonces estamos impidiendo al alumno una experiencia personal de hacer. Ciencia, que será de -enorme valor ahora y después. Con relación al costo, vale la pena aún cuando tengamos que economizar algo en aparatos más avanzados Con relación al" tiempo lo ganaremos al final, si ahora hacen los alumnos sus expert mentos, pues les hará adquirir tremenda confianza en el eonocimien^ to químico. Todo lo que el alumno necesita conocer para nuestra importante medida de la película de aceite, es que el aceite se esparce-y que este esparcimiento se verifica hasta que la molécula sea muy filia y entonces no parece necesitar mayor expansión. Debemos pedir a nuestros colegas químicos, la seguridad de que la molécula de aceite tiene un extremo que es muy atraído por el agua y el otro extremo no le atrae nada y que estas moléculas se atraen lateralmente hasta juntarse. Se puede decir : «Supongamos que llevamos a toda una Escuela de ni nos a un campo de juego cuadrado. Cada alumno tiene un buen par de zapatos de goma y por ello está a salvo del barro, pero neceSlt a conservar limpios sus vestidos. Hay un final del alumno que le gustará el barro," son las botas justamente como el'final de la modula de aceite que les gusta el agua.' ¿Qué camino' tomará el alumn ° si estando echado quiere levantarse? ¿Sosteniéndose sobre sus Pies o sobre su cabeza? ¿Qué aspecto tendrá el conjunto-si ponéis tantos alumnos en ese campo de juego, que se llena? Será como m e er .l cito, todos de pie, apelotonados unos a otros, como los pelos <ie una alfombra de terciopelo. REPARACIÓN DE LOS ALUMNOS PARA UN EXPERIMENTO IMPORTANTE •pj ^1 experimento principal de la cubeta necesita dos preparaciones : • El alumno debe de ver qué es lo que sucede cuando se pone aceite en agua limpia, preferiblemente en una pequeña cubeta de 0 que tenga polvo en su superficie. ;* Debemos contar la historia de Raylrígh, haciendo una estiCl °n del tamaño'dé la molécula, de tal manera que el alumno sepa le " se va a hacer con la cubeta y cómo lo vá a hacer. ' DE LA REAL ACADEMIA DE Cresa AS .—19GS. 4 » — 626 — Lord Kayleigh hizo una conjetura, haciendo un experimento como el vuestro, en el que puso un poco de aceite en agua limpia y esperó su expansión. Tomó un vaso de precipitados, habiéndole limpiado previamente, lo llenó de agua y puso en el agua una gotita de aceite de oliva. Fue poniendo gotas hasta que e] aceite cubría exactamente la superficie total del agua. Pudo ver si el aceite había cubierto totalmente la superficie, colocando en ella un poco de alcanfor desmenuzado. Donde había aceite Jos granos de alcanfor permanecieron quietos, pero donde la superficie del agua estaba limpia se movían de un lado para otro. Cuando había puesto mucho aceite, la superficie total estaba cubierta. Ensayó una y otra vez hasta que encontró la cantidad justa para cubrir totalmente la superficie. Lord Rayleigh sabía que las moléculas de aceite eran largas. Están formando una cadena de átomos, que tienen un final que se pega al agua muy fuertemente. El otro extremo permanece sobre ella. Por ello las moléculas de aceite están en línea, como los pelos de una alfombra. Esperaba que si aceite se esparciera sobre el agua, hasta que no pudiese hacerlo más ¿Qué espesor tendrá entonces la capa de aceite? Suponiendo que se ha expansionado al máximo, ¿qué espesor tendrá. Primero se invitará a los alumnos a hacer ia suposición de RoyIcigh y enfatizar el hecho que era una suposición peligrosa. Hoy se ha conseguido la medida, por lo que podemos pasar al experiment0 principal. EXPERIMEXTO PRINCIPAL. ESTIMACIÓN I>E LA MOLÉCULA DE ACEITE Cada alumno deberá hacer su propia gota de aceite y echar a en agua limpia, contenida en una cubeta. Para hacer la gota se i troducirá un lazo de alambre fino de acero en el aceite. El lazo c gera una pequeñísima gota de aceite. Se sujeta el lazo con cebra1 a una pequeña tarjeta (fig 1), para su conveniente manejo. Después de sumergir el lazo, ei experimentador colocará la tarjeta vertica^ mente, con el lazo hacia abajo, por medio de una pinza. Colocar luego una escala transparente, a 0,5 mm. cada división, con su hacia arriba, precisamente enfrente de la lupa (fig. l, paß"- " colocará entonces una lente de aumento en posición conveniente p< ver el lazo y la escala. - 627 - Jil experimentador introducirá otro lazo auxiliar en el aceite y lo usará para colocar gotas, en el lazo principal, hasta tener urta gota de 0,5 milímetros de diámetro. Cada alumno debe de hacer ésto por sí mismo y juzgar personalmente el tamaño con su equipo de lupas, sin esperar a que un compañero lo haga. Entonces cada alumno echa su gota de 1/2 mm. en el agua limpia contenida en una cubeta, introduciendo el final de su lazo en el agua y medirá el diámetro de su gota de aceite. La cubeta se limpia y se llena de agua hasta el borde. La superficie del agua se mantendrá justamente, antes de que cada alumno coloque una gota de aceite en ella, moviendo dos lazos metálicos impermeabilizados con cera desde el centro a los bordes. Después de que se aclare, se espolvorea un poco de licopodio sobre la superficie y se coloca la gota de aceite en ella. La cuba de agua puede usarse para varias gotas de aceite, si su superficie se limpia cada vez. Después de 4 ó õ gotas convendrá limpiar la cubeta. EQUIPO INDIVIDUAL Cada alumno necesita: para sus experimentos tener un equipo completo para hacer su gota de aceite y no molestar a otro compañer °- Es para hacer la gota de aceite por lo que cada joven experimentador necesita tiempo y sus propios aparatos. "ara que los alumnos trabajen individualmente, necesitan tener un s °porte con pinzas. En cada mesa se instalará el soporte con a lupa, la escala y el lazo de alambre del que cuelgue una gota '%• 1, pág. 035). Como el uso de la cubeta no será grande, podrá ser vir mía para cuatro alumnos, pero no más, porque si se ponen Cuchas gotas, hay luego dificultades de Tnipieza. U.\ PRIMER EVSAYO BRUTO Los alumnos harán el experimento lo más rápidamente posible, ran que necesitan muy poco polvo de licopodio. rara e] primer ensayo deberán ser enseñados los alumnos, cómo )etl f ie limpiar in superficie del agua, cómo se hace el espolvoreo Cor t licopodio, y cómo pueden echar la pequeña gota de aceite. 'A A_ . « * . — 628 — Si sabe cuánto aceite ha colocado sobre la superficie del agua, podrá calcular la altura de las moléculas cuando se esparcen sobre un trozo de terciopelo. Con un lazo pequeño, hecho con un alambre muy fino, se podrá coger una gota de aceite pequeña y con la lupa ver si tiene justamente un milímetro de diámetro. Esto no es fácil, pero como serán varios los experimentadores, se podrán promediar los resultados. Se toma un pequeño vaso con aceite de oliva, en el que se mete el lazo de alambre hasta que se pueda tener una pequeña gota. Entonces se toma un segundo lazo, que haya sido metido en aceite y se echa en el primero hasta que la gota parezca tener el tamaño apropiado. Este experimento es tan importante que los alumnos necesitan dos o cuatro clases para ello, después de las clases de preparación. Será una primera medida atómica. (Los profesores deberán practicarlo primero para que conozcan los síntomas de perturbación y puedan ayudar a los alumnos en la manera de conseguir el tamaño preciso de la gota y también a conocer cuándo la cubeta con el agua no está bien limpia. 15 El resultado de medidas cuidadosas será de -in non OÕtTÓÕÕ de metro : las medidas de los alumnos deberán de multiplicarse por tres en cada dirección, aun cuando tengan el justo orden de magnitud. La gota aparecerá oblonga, por lo que se tomará un diámetro medio. El profesor debe llamar la atención sobre el tamaño de la gota y no debe dar nigún valor, excepto en un experimento que ^ea muy descorazonados Después de que haya visto varias gotas. c° nocerá el tamaño que podrá dar la respuesta justa. Debe entonces ser muy cuidadoso al juzgar las gotas de los alumnos. CÁLCULO DE MOLÉCULAS DE ACEITE Las medidas no son claramente exactas, pero tienen su ya Si la aritmética nos da la longitud, será difícil estropear el J ue J calculando 4/,Tir r3, a menos que tengamos un truco simpHf' ca ' Por eso los profesores deben sugerir al alumno tratar la g'° aceite como si fuere un cubo de anchura igual al diámetro — 029 — esfera, cuyo lado sea igual al diámetro del circulo. Esto le proporcionará una pequeña estimación de altura de la molécula 2/3 del resultado exacto, pero no importa, pues la simplicidad es mejor. Se recordará que como Lord Rayleigh, estamos deseando conocer algo acerca del tamaño de la molécula, pues por él podremos tener una idea del tamaño del átomo. Cualquier medida será un gran avance científico. Será una medida de enorme importancia, que se recordará toda la vida. Si lo necesita puede llevar el alumno el aparato a su casa y mostrar el experimento a la familia. Cada uno debe de hacer su propio trabajo y ponerlo en el encerado. LOS RESULTADOS COXCUERDAX EX LOS DISTINTOS MÉTODOS Cuando el alumno ha llegado a alguna estimación del tamaño de la molécula, deberemos decirle hay otros caminos para encontrarlo (por ejemplo, reflexión con rayos X de capas monomoleculares de cristales). Todos concuerdan muy bien. PROCEDIMIENTO DE MEDIDA DE ÁTOMOS Necesitamos llegar a una conjetura sobre el tamaño de! átomo, ^ara ello necesitamos el conocimiento químico de que una película de aceite (tiene aproximadamente, 12 átomos de longitud). La molécula del más sencillo ácido graso, tiene una larga cadena de loníptud de una a dos docenas o más de átomos de 1,3 U A por cada átomo. El procedimiento nos da un método de estimar el tamaño de atomo, o al menos el espacio ocupado por un átomo de carbono, 011 tal que estemos seguros de que hemos agregado sólo uno más. odernos al menos, en teoría, estimar también el ninnerò de átom °s de una cadena, estudiando el compuesto formado cuando los atonios de hidrógeno de la cadena son reemplazados, por ejemplo, P°r el cloro Conio un ensayo directo difícilmente podemos hacerlo, vamos a arl ° P°r la siguiente sencilla historia. Hay una buena suposición ^tamaño de una molécula. Pero ¿podremos de ella suponer el tamaño del átomo? Los químicos pueden encontrar cómo están arre. °s los átomos en una molécula grande y decirnos que su' Ions' "d es aproximadamente de una docena de átomos. Pueden en- — 630 — contrar cuantos átomos hay a lo largo de ella, sin saber el tamaño de una molécula o de un átomo. En un frío invierno podemos áaber cuántos hijos tiene una familia sin haber visto a ésta nunca ; si en la tienda preguntamos cuántos pares de guantes suministran a la familia. Los químicos hacen algo análogo con los átomos. Ellos no colocan guantes a los átomos de larga cadena de la molécula de aceite, pero, pueden hacer algo análogo quitando guantes a cada átomo a lo largo de la cadena, y poniendo en su lugar mitones. DATOS PARA EL PROFESOR Los átomos tienen de .1 a 4 unidades Angström de diámetro. Un Angström es 10~10 m., número que puede recordarse fácilmente. Este número es muy conveniente para la medidas atómicas, I^afr moléculas de aceite de ojiva, tienen de longitud aproximadamente 15 x 10-" metros. Los ácidos grasos, como el esteárico, tienen de 20 a 30 U. A. (Unidades Angström), añadiendo 1.3 U A por cada átomo de carbono agregado a la cadena —CHa—. Puesto que la longitud de C a C, es aproximadamente de 1,3 U. A, podemos mirar ésto como el diámetro de un átomo de C, aunque la actual cadena sea en zig-zag. CUÁNTAS MOLÉCULAS CABEN A LO LARGO DE UNA POSTAL Volvamos a la cuestión original ¿Cuántos átomos hay a lo largo de una postal? La postal tiene lo cm. de longitud. Si tomamos «na molécula de aceite 15/10.000.000.000 m., esto es, 15/100.000.000.000 centímetros, tendremos que 100.000.000 moléculas en línea recta, serán 15 cm., o sea, una postal. Si estos números está bien, una o°" cena de átomos, en la cadena molecular, será 12 veces los átomos que tiene la longitud de una postal, 12 cientos de millones de átomos. ¿QUÉ SIGNIFICA MEDIR ÁTOMOS? Comentando los alumnos el tamaño de los átomos, tendremos cuenta la cerrada interacción entre las medidas y la Natura^ 23 ' - 63i - Las estimaciones de aquí, son para moléculas o átomos que estén unos al lado de otros, o flojamente unidos a otros, haciendo suaves colisiones como las de las moléculas de un.gas. Señalemos que un sastre puede medir el diámetro de un chaleco rodeándole con un metro y dividiendo la distancia señalada por 7t. Pero un endemoniando sastre puede usar-un alambre de acero, poniéndolo muy tirante hasta que sea capaz de medir el diámetro de la espina dorsal de la pobre víctima. Esto es verdad para los átomos : con suficientes violentas colisiones, un átomo se mueve en línea recta a través de la estructura electrónica de otro. Nosotros perderemos el camino del electrón ligero y veremos la colisión en la que parece hay sólo un núcleo con un diámetro 10.000 veces menor. Las colisiones nucleares no están reducidas a las partículas o a otros proyectiles cargados. Los átomos neutros que llevan la misma energía (que es, sin embargo, mucho más difícil de dar a partículas sin carga), harían la misma clase de colisiones nucleares. NOTAS PARA LOS PROFESORES SOBRE APARATOS PARA PELÍCULAS DE ACEITE En nuestras pruebas preliminares, las trayectorias recomendadas o son siempre posibles y por ello este experimento fue llevado a cabo con gran variedad de técnicas y aparatos, desde los métodos tradicionales a Jos experimentos individuales, con bandejas cuidadosamente limpiadas. Todos ellos tuvieron éxito gracias al trabajo de l°s profesores. Sin embargo, para tener el éxito seguro, cuando se repite el experimento y se da al alumno un procedimiento senc ülo, con el que pueden operar ellos mismos ; nosotros recomendamos a los profesores que usen el método aquí descrito. n Cubetas. Deben de ser grandes, de metal esmaltado, pintadas a mano con Parafina fundida para hacerlas impermeables (fig. 2, pág. 635). Deben e tene r un borde impermeabilizado al agua, de forma que se pueda enar de ésta sin que el agua sobrepase la superficie, pues así la superficie puede ser limpiada. Para hacer fácilmente visible la mana de aceite, debe ser la cubeta muy oscura. A no ser que el esmalte - 632 - sea ya muy oscuro, debe de pintarse de negro. Esto se hace mezclando un poco de negro vegetal, con parafina de la que se usa para impermeabilizar la cubeta. Para pintar una cubeta se calienta media libra de parafina nueva en vasija metálica hasta que esté a mayor temperatura de su punto de fusión, casi humeando. Se agrega un cuarto de libra de negro vegetal y se agita, teniendo la cera fundida muy caliente. Se usará un pincel nuevo (de 2,5 a 5 cm. de anchura), para pintar el plato, con la cera fundida, en veloces pasadas. La capa no necesita ser de superficie muy pulida, excepto en los bordes, en donde es importante tenga una superficie suave de cera, para el agua y para la cubeta. Calentando la cubeta con la llama de un mechero, podrá alabearse la superficie en donde puede depositarse grasa indeseable: es mucho mejor usar un pincel con cera caliente fundida. Calentándola en una estufa no se tienen los anteriores inconvenientes. ¡Jmpiesa de las cubetas. En lugar de una escrupulosa limpieza de la cubeta antes de usarla, podemos producir una superficie limpia de agua, moviendo las cubetas con agua, del centro a lo largo de los bordes antes de colocar en él la gota de aceite. Repitiendo el lavado se puede usar la misma cubeta por cada cuatro alumnos, pues cada uno podrá hacer su propia gota y ponerla en la cubeta : las cubetas no necesitan vaciarse, lavarse y volverlas a llenar en cada período de clase. Montura de una cubeta. Se llena de agua nivelándola de forma que pueda llenarse hasta el borde y se la agrega agua hasta ese borde. Si lo hace un alumno necesita demasiado tiempo. Si es posible, es el profesor el que debe llenarlo. Esto requiere una considerable demanda de ocho cubetas para una clase de 32 alumnos. Aún para este importante e. perimento, Jos adultos serán bien venidos para esta parte de la preparación, en contraste con el experimento principal, que esperamos lo hagan completamente los alumnos. Cuando se hayan llenado las cubetas y ajustadas por el profeso o por el alumno, toda cubeta debe de tener un balde barato para cibir el agua que se derrama. Debe también tener una esponja gra - t>33 - de para cada cubierta. Los cubos recibirán una cierta cantidad de aceite y suciedad del suelo, por eso no deberán ser usados para el agua limpia que empleamos para llenar las cubetas. Debe de haber para ello cubos especiales. Uso de la cúbela. La cubeta pintada con cera es impermeable, por lo que puede ser llenada hasta los bordes. Una vez hecho esto usaremos el método de Langinuir para limpiar la superficie, que es moverla, para echar fuera todo lo sucio, con el aceite, antes de hacer otro experimento. El experimento es tan importante que consideramos justificado el coste de compra de cubetas especiales. Se proporcionará una cubeta por cada cuatro alumnos. Esto es mejor que invertir dinero en una gran cubeta. La cubeta delie de ser lo suficientemente grande para acumular 1111.1 gran mancha cuando se expande el aceite. Una gota de aceite de oliva de diámetro de 1/2 mm. se expande en agua limpia hasta 22,5 cm. de diámetro, y un plato de 30 cm. de largo será suficiente. Sin embargo, es fácil equivocarse en un 25 por 100 al juzgar la gota. Una gota de aceite de 25 por 100 más de 1/2 mm. de diámetro se esparce cerca de 32,5 cm. Por ello se necesita tina cubeta de 37,5 centímetros de ancho o mejor de 45 cm. Los profesores cuidadosos pueden estar seguros de que no necesitan cubetas mayores de 30 cm. de anchura y deben de economizar comprando cubetas pequeñas. Esto no será agradable para los alumnos que necesitan mucho espacio cuando experimentan ellos mism s ° - La cubeta no debe ser de madera porosa ni de plástico, que pueden retener aceite y estropear su uso para el futuro. Las cubetas e "'erro esmaltado son más baratas, pero producen fallos en los Bordes, en los que pueden quedar algún residuo de aceite. Vale ma s comprar una buena cubeta esmaltada. Debe de tener un andl ° piso y bordes redondeados. Puesto que la cubeta debe ser llenada libre de espuma, la limp!eza es un problema serio. Debe de tener un vertedero en una esquina. Entonces se coloca la cubeta sobre la mesa con el vertedero lúe caiga fuera, en el que se pone un tapón de goma. El tapón debe e introducirse desde abajo, de forma que no tapone la superficie a Rua. De otra manera será necesario usar grandes esponjas o un lento proceso de difusión, y aún así algunos expertos recomien- — 634 — dan una presa de periódicos alrededor de la cubeta. Aun con cuidadosa organización, el agua puede saltar en el curso del llenado y vaciarla en el cubo, y entonces el tapón de plástico y la esponja probarán su valor. Después de usar la cubeta debe de lavarse con un detergente, luego envolverla con un protector de polvo, de delgado poliestireno, y guardarla para el curso próximo. No se recomienda usar la cubeta para otro uso, porque la suciedad es perjudicial y un desconchado o agrietamiento es fatal. Deben de ser de metal de sección rectangular y deben de ser un poco más largas que la anchura de la cubeta. Cuando se pinta la cubeta deben también ser pintadas con cera fundida. LENTES PARA GOTAS DE ACEITE El experimento perderá mucho si no nos aseguramos que cada alumno haga uso de su gota de aceite de medio milímetro. Por ello debemos estar seguros de proporcionar a cada alumno dos lazos de alambre, cada uno montado en una tarjeta, y una escala de vidrio de 1/2 mm. y una lente de aumeiito. El experimentador necesita una mano para sostener la lupa y la otra para ajustar 1as cosas. Por tanto, cada alumno debe de tener un soporte y pinzas para sostener la lente principal que cuelgue verticalmente; la escala con su borde graduado justamente al final de la lupa y el cristal de aumento en una justa posición. El proporcionar grandes soportes y llaves es caro, pero estamos seguros de que vale la pena. No debe el alumno joven hacer este importante exprimento sosteniendo el aparato con sus manos y mirando hacia él en «na incomoda posición o competir con un compañero. SOSTEXES PARA LAS GOTAS DE ACEITE Cada alumno necesita un soporte. El soporte de la gota de aceite, la escala y las lentes de aumento son de construcción especial 'para el experimento sencillo. Debe ser lo más barato posible, con ta que sea robusto. He aquí un sencillo dibujo : — 635 - ^^////¿//¿m Fig. 2 Fig. 1 us esencial que la lente de aumento pueda moverse libremente a lo largo del alambre, a fin de ajustar la distancia conveniente Para una visión completa, y una vez conseguido se fija fuertemente. Es esencial que una1 escala de 1/2 mm. y la tarjeta con el lazo de alambre tenga cada una su propio tornillo de sujección, a fin de W puedan moverse independientemente y poder colocar el lazo de alambre muy cerca de la escala y en el mismo plano que ésta, aun cuando el lazo esté alabeado. Este es el único apropiado esquema de sostén, pues la libertad •de ajuste es buena. kl arreglo señalado no impide que los alumnos (aun los jóvenes -dee primer año), coloquen la escala, el alambre y la lente de aumento, Gustandolo sin dificultad. — 636 — VI. XUFFIELD CHEMISTRY THE SAMPLE SCHEME STAGES I AND II : THE BASSIC COURSE.—CATÁLISIS El objeto del tema, es el de llevar a los alumnos la idea de que las reacciones químicas no se producen instantáneamente, sino a velocidades que frecuentemente pueden medirse. Hay varios factores que influyen en la velocidad de las reacciones, estando entre ellas la temperatura, y la presencia de catalisadores. Se recordará a los alumnos que la mayor parte de las reacciones que han visto en cursos anteriores tenían lugar rápidamente, pero se les recordará también que algunas oxidaciones, como la del hierro (formación de herrumbre), se efectúan muy lentamente. Para poder estudiar la velocidad a que tiene lugar una reacción y los factores que la afectan, debe de elegirse una que se verifique en algunos minutos, como la que tiene lugar entre el carbonato calcico y el ácido clorhídrico. Esta reacción puede ser seguida por una balanza y con ello es fácil demostrar que el tamaño de las partículas del CO3Ca influyen grandemente en su velocidad, así coma el aumento de concentración del ácido. Haciendo reaccionar el tiosulfato sódico con el ácido clorhídrico, se puede ver también la influencia que la concentración del ácido ejerce en la velocidad de la reacción. Usando esta misma reacción se podría estudiar la influencia que ejerce la temperatura. De manera análoga a los anteriores casos, se podrá estudiar el efecto que ejercen ciertos catalizadores en la velocidad de descomposición- del agua oxigenada. Al final de estas reaciones, el alumno conocerá cómo se puede medir 1?, velocidad de una reacción y la influencia que en esa velocidad pueden ejercer, la concentración, la temperatura y los calali* madores. TlEMl'O EX QUE SE PUEDE DESARROLLAR EL TEMA Cada una de las anteriores reacciones necesitan una clase dob-e, f para la discusión y redacción de los resúmenes se emplearán cuatro semanas. Material* necesario.—Background Book. Catalizadores. Lupa. Libros que se consultarán.—Colección de experimentos, capiW" lo 14. Libro para profesor, capítulo 21. - 637 - REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA a) 'influencia del tamaño de las partículas. Se introducirá el concepto de velocidad de reacción, en relación a reacciones ya estudiadas y con fenómenos de la vida corriente, Se discutirá corno podría medirse en la reacción entre el CO3Ca y el C1H y qué influencia tendría en la misma el tamaño de las partículas de CO3Ca. Antes de empezar estas investigaciones se deberá tratar alguna técnica de medida de velocidad de reacción. En la clast se podrán discutir las siguientes: cambios de color, de peso y de volumen, y medios de medir la concentración de los cuerpos reaccionantes Se recomienda empezar por la reacción entre el CO3Ca y el CIH^ por tener la ventaja de que la velocidad apenas es afectada por la temperatura y ser fácil el medir la pérdida de peso de las sustancias reaccionantes. Al final del experimento se construirá la curva de variación de la velocidad con el tamaño de las partículas y la concentración del ácido. Aparatos necesarios. Tres matraces Erlenmeyer de 100 c. c.—Tapones para los mismos.—Cronómetro.—Probeta graduada de 100 c. c.—Balanza de lectura directa.—Papel de calcar.—Algodón en rama.—Trozos de mármo1 de tamaño medio.-—Acido clorhídrico 2M. Proc eso. £' curso de la operación se sigue observando el cambio de peso desprenderse el CO2. Para ello es preferible utilizar tina balanza «e lectura directa. El experimento será realizado por el profesor, y °s alumnos le ayudarán, midiendo el tiempo y anotando los resultados. Se colocarán 40 c. c. de C1H 2 M en él Erlenmeyer, se agregaan 20 gramos de mármol en trozos pequeños, se colocará el con]U nt e , ° n el platillo de la balanza y se pondrá en marcha el cronometro; Se anotará el peso cada treinta segundos y el tiempo que a € n disminuir el peso en 0,10 gr. Se continuará así durante diez a quince minutos. ' al — 638 — Con los resultados obtenidos se trazará una curva de variación del peso con el tiempo. La inclinación de esta curva nos dará ía variación de la velocidad con t\ tiempo. Se medirá la inclinación de la gráfica en el punto medio de la curva. Repetición del experimento. í.° Operando con 40 e. e. de C1H M. 2.° Con 20 gramos Se compararán los dios. El experimento se de ácido. 20 gramos del mismo mármol granulado y de mármol de menor tamaño. restiltados de las gráficas en sus puntos mepuede extender usando otras concentraciones PKEGUNTAS A LOS ALUMNOS De los experimentos realizados ¿ se pueden sacar alguna relación entre la velocidad y la concentración del ácido ? La gráfica mostrará que la velocidad de la reacción es tanto mayor cuanto más pequeños sean los trozos de mármol y mayor la concentración del ácido. ¿Se puede explicar la caída de velocidad de la reacción que se produce al final? Esta caída es una explicación de que la concentración del ácido afecta a la velocidad de la reacción. SUGEREN'CIAS PAKA CASA Los cambios químicos que tienen lugar en la reacción, é ?on afectados por la temperatura? Experimento 1.a. para los alumnos. Una reacción apropiada es la del tlosiilfalo sódico y el ácido cío hídrico. Primero verá que después de haber mezclado los reacc nantes, hay un intervalo de tiempo hasta que empieza a aparee -el precipitado de azufre, y este tiempo se toma como medida de velocidad de la reacción. También pueden encontrar los atom"0 que la velocidad de la reacción varía con la temperatura. — 6 39 — Experimento 2°. Operarán con una disolución de tiosulfato que tenga 40 gramos por litro. Reacción. S2OS2- (acuoso) + 2 H+ (acuoso) -» H,O (1) + SO, (g) + S (s). La disolución de tiosulfato debe de prepararse de antemano. Cada alumno o par de alumnos necesitarán 200 c. c. Proceso. Se echan 50 c. c. de disolución de hiposulfito en el Erlenmeyer, se agregan 5 c. c. de disolución de C1H, 2 M y al mismo tiempo se pone «i marcha el cronómetro. El matraz debe ser agitado una o dos veces antes de ponerlo sobre una cuartilla que tenga una cruz negra. Se mirará verticalmente esa cruz y se anotará el tiempo que tarda en desaparecer. Se repartirá el experimento usando 40, 30, 20 y 10 c. c. de disolución de tiosulfato en cada caso, con agua, hasta tener un volumen de 50 c. c. Con los resultados obtenidos, el alumno hará una gráfica tomando por ordenadas: a] Concentración del tiosulfato y tiempo. La •concentración puede ser medida como el volumen de la disolución or¡ ginal o como el peso del tiosulfato presente en 50 c. c. de la disolución obtenida. &) La concentración de la disolución del tiosulfato contra el tiemP° y velocidad de la reacción, puesto que ésta vendrá dada por el reciproco del tiempo. Después que hayan sido obtenidos los resultados del experimento > se discutirá con los alumnos por qué un aumento en la concentración del tiosulfato aumenta la velocidad de la reacción, puesto ^Ue ia probabilidad de colisión entre las partículas será mayor. SUGESTIÓN- PARA UM TRABAJO EN CASA s Sa :Se e mandará hacer una curva tomando como ordenadas la inverdel tiempo y Ja concentración. ¿Qué significa el resultado que obtenga? — 640 — CÓMO LOS CAMBIOS DE LA TEMPERATURA AFECTAN A LA VELOCIDAD DE LA REACCIÓN Se usará aquí la misma reacción. Una experiencia aproximada. El efecto de la temperatura en una reacción química es un hecho de la experiencia de la vida diaria. Se ponen los pastelillos en el horno para acelerar el cambio químico deseable y ponemos leche en el refrigerador para disminuir los indeseables cambios químicos. Esto es realmente una continuación del capítulo de medidas del efecto de la temperatura en la velocidad de una reacción, ya estudiada. La reacción entre el tiosulfato sódico y el ácido clorhídrico es un ejemplo ya estudiado por los alumnos. Detalles del experimento se clan a continuación. Experimento 3.". Cada alumno o par de alumnos necesita los siguientes aparatos: Erlenmeyer de 100 c. c.—Probeta graduada de 25 c. c.—Vasos de precipitados de 100 c. c.—Cronómetro o reloj que marque segundos.— Termómetro de 10 a 110°.—Mechero Bunsen, trípode, tela metálica y lámina cuadrada de asbesto.—Hoja de papel blanco.—Acido clorhídrico 2 M.—Solución de tiosulfato sódico que contenga 40 gra" mos por litro. Proceso. Se agregan a 10 c. c. de la disolución de tiosulfato contenida un Erlenmeyer, 40 c. c. de agua. Se calentará la disolución hasta 20° y se agregarán ahora 5. c. c. de C1H 2 M. Se anotará la temperatura de la mezcla, se tapa el Erlenmeyer con un tapón de a godón y se agita la mezcla. Colocando el matraz sobre la cruz gra, dibujada en la cuartilla, se anotará su desaparición como en experimento anterior. Se repetirá el experimento calentando la disolución de tiosu antes de agregar el clorhídrico, a los 30, 40, 50 y 60°. La reacción de ede empezar lo más cerca posible de esas temperaturas. - 64i - Los alumnos harán una gráfica tomando como ordenadas : a) El tiempo que tarda en desaparecer la marca contra la temperatura, &) El inverso del tiempo tardado en desaparecer la cruz, contra la temperatura. Después de que el alumno haya realizado las experiencias, se discutirá con ellos por qué debe de esperarse que una reacción vaya más aprisa que otra cuando está a mayor temperatura. La energía requerida para la ruptura de las uniones en un cambio químico y la formación de nuevas uniones, es más fácil se haga a mayor temperatura, puesto que el número de colisiones que se realizarán por segundo será mayor. SUGERENCIAS PARA CASA Lectura del libro «Background Catálisis» (en preparación). UNA SUGERENCIA APROXIMADA Materiales requeridos por e! profesor. Un aparato de proyección y la película «Catálisis en la industria». La idea de que una sustancia puede afectar la velocidad de un cambi ° químico sin aparentemente haber cambiado ésta, deberá probable"iente ser nueva para el alumno. El viejo ejemplo de usar MnO, en Ia Preparación de O a partir de C1O3K debe de ser evitado, por el pe%ro de una explosión, si se confunde el MnO-, con el C. Hoy otros muchos óxidos, por ejemplo, de Cu de Zn y también sílice, que caallz a esta reacción. Se les hará ver a los alumnos que el óxido de Cob re no da oxígeno calentado suavemente, pero lo hace si se mezc!a <-'on C1O,K, aún a temperatura sumamente baja. A continuaCl °n se dan detalles de esta catálisis. ^perimento .}.". De ' ' be ser hecho por el profesor. nE M REAL ACADEMIA w. CIENCIAS.—1ÍKÍS. n — 642 — Aparatos necesarios. Dos tubos de vidrio infusible de 125 x IG mm.—Soporte con pinzas.—Mechero Busen y placa de amianto.—Astillas.— Clorato potásico.—Oxido de cobre. Proceso. Se pone C1Ü3K en dos tubos de ensayo, hasta una altura de un. centímetro. A uno de ellos se le agrega un poco de óxido de cobre seco y se mezcla bien con el C1Ü3K. Se sujeta el tubo con unas pinzas y se calientan por igual con una llama no muy grande de un mechero Bunsen. Se aproximará a la boca cíe los tubos una astilla con un punto en ignición y la colocada en el tubo que contenga el catalizador, se encenderá antes que Ja del otro tubo. Otra llamativa demostración, es el efecto del platino catalítico en la combinación del H y el O que se describirá después. Aquí se deberá hacer una discusión de las características de los catalizadores. Se mencionará que no se gastan en la reacción aun cuando cambie su estado físico. Las teorías que explican su acción es quizás mejor dejarlo para más tarde. Experimento .'/•" b. Aparatos. Pantallas defensoras.—Dos tubos de vidrio -gruesos.—Cubierta para ellos.—Pinzas.—Mechero Busen. — Placas de amianto.—Tubode H con llave regulable de salida del gas.—Asbesto platinado. Proceso. Antes de la lección se calentará un poco de asbesto platinado, e un mechero, durante unos segundos para asegurarse que está seco y se volverá al frasco. Se llena uno de los tubos de vidrio grues con H y se recubre con un vidrio. Se toma el asbesto platinado co una pinza y quitando el vidrio que tapa el tubo, se coloca el arnia to en la boca. Cuando el hidrógeno sale del frasco y se mezcla co el aire, el amianto se pone al rojo e incendia el H remanente, dan una suave explosión. Los alumnos deben ahora estudiar una reacción catalítica P — 043 — ellos mismos, por ejemplo, la descomposición del agua oxigenada por la acción del MnOa, en la forma que se describe luego Una. vez que la técnica experimental ha sido explicada, la harán los alumnos. Deberán encontrar, lo mejor que puedan, la velocidad de descomposición. Se les dejará trabajar por parejas y discutir e¡ proceso ellos mismo, con las observaciones y ayudas necesarias. ' Las cuestiones que deben resolver son : l.*? ¿El óxido de manganeso aumenta la 'descomposición del 2.a ¿Harán lo mismo otros óxidos y otras sustancias? 3.a ¿Depende la velocidad de la concentración del agua oxi gemida ? 4.a ¿Depende la velocidad de la concentración del MnO, v de su estado de división? 5 & - ¿Qué influencia tiene la temperatura en esta reacción? b-* ¿Es el MnO, utilizado en otras reacciones? ^'perimento .'/." c. Aparatos. Erlenmeyer de 100 c. c. con cuello ancho, con tapón con tubo de Jbo de desprendimiento.—Probeta graduada de 25 e. e.—Cronómer rel ° J con segundero.—Papel de calcar.—Termòmetro de 10 a° ° 0°.—Espátula.—Mechero Bunsen y placa de amianto.—Tripode de ,, Inetálica — Pipeta de 1 c. c.—Jeringuilla de vidrio de 100 c. c. o Pashco de ~>0 c. c.—Pinza para la jeringuilla y soporte.—Bureta 1 Fig. 3 — 644 — de 50 c. c.—Soporte y pinza.—Tubo de desprendimiento.- -Agua oxigenada de 20 volúmenes.—MnO2. Proceso. Se agregarán 2 c. c. de H2O2 a 48 e. e. de agua, contenida en un erlenmeyer. Se agregará media espátula de MnO2 y se pone inmediatamente el tapón (figs. 3 y 4). Se pone en marcha el cronómetro Fig. 4 y el volumen de oxígeno que se recoge se va anotando a interva los regulares. Se construirá una curva tomando como coordenada e] volumen de oxígeno y el tiempo. La inclinación de la curva ser una medida de la velocidad de la reacción. Los alumnos pueden investigar el efecto de la velocidad de re ción con la variación de la concentración del peróxido, la can i ^ de MnOj y la temperatura. Después de cada experimento construirá una gráfica. Si hay tiempo deberán también investigar el e • de catalizadores biológicos (enzimas) de la sangre y la patata en descomposición del H2O3. — 645 - Terminados los experimentos deberán emplear algún tiempo en poner juntos los resultados y coordinarlos. Esta es una oportunidad para que a través de todo lo aprendido durante los ensayos, tengan los alumnos un claro entendimiento de ello. Por último, se les mostrará la película 100 p 2-3 «Catálisis e industria». SUGERENCIA PARA CASA Harán un resumen de los resultados de los experimentos hechos. Se describirá claramente el efecto de la temperatura, concentración y catalizadores, en las reacciones que se han estudiado.