fisicoquimica

Reforma Integral de la Educación Media Superior (RIEMS)
Guía Didáctica de Aprendizaje
Vol. 34
Fisicoquímica
GUÍA DIDÁCTICA DE APRENDIZAJE.
FISICOQUÍMICA
DIRECTORIO
Lic. Gabino Cué Monteagudo
Gobernador Constitucional del Estado de Oaxaca
Act. José Germán Espinosa Santibáñez
Director General del Colegio de Bachilleres del Estado de Oaxaca
(Cobao)
Lic. Elizabeth Ramos Aragón
Directora Académica
cp Rogelio Cadena Espinosa
Director de Administración y Finanzas
Ing. Manuel Estrada Montaño
Director de Planeación
Ing. Raúl Vásquez Dávila
Gerente de la Fundación Cobao ac
EQUIPO DISCIPLINAR ELABORADOR
1ª Edición.
© 2012 Fundación Cobao, ac
® En trámite.
Av. de las Américas No. 406
Col. América Sur. Sta. Lucía del Camino
cp 71228, Oaxaca, México.
Tel/Fax: (01 951) 513 26 88.
guiasdidacticas @fundacioncobao.org.mx
Ilustración de portada:
Salvador Dalí
Edición:
Alejandra Martínez Guzmán
Azael Rodríguez
Teodoro Eugenio Santibáñez Gruhl
Benjamín Méndez Martínez
Corrección de estilo:
Jeovanny Elorza
Diseño y cuidado editorial:
Haydeé Ballesteros Sánchez
Ing.
I.I. Industrial
Yolanda Edith
Rosalinda
Balderas
Cruz
Solano
Enríquez.
Plantel 04
PL.
El08
Tule
Huajuapan
Ing.
L.E.L.E.
HugoMarcos
Rodríguez
Osvaldo
AguilarSánchez López
Plantel 04
PL.
El13
Tule
Huautla
Mtra.
L.E.L.E.
Gricela
Hebert
Pérez
Omar
ContiCastillejos Guzmán
Plantel 07
PL.
Tuxtepec
31 Juquila
Ing.
L.A.E.T.
Ferdinando
Armando
Toledo
Martínez
Matus Yescas Plantel 44
PL.
San
44Antonio
San Antonio
de la Cal
de
la Cal
JEFA DEL DEPARTAMENTO DE QUÍMICA Y BIOLOGÍA
C
Lic.
d. María
Alejandra
del Socorro
Carrasco
Rueda
Mendoza
Gómez.
L.E.L.E.
Martín
Eduardo
Mendoza
Martínez.
Queda prohibida la reproducción por
cualquier medio, impreso y/o digital,
parcial o total, de la presente guía, sin
previa autorización de la Fundación
Cobao, ac
Impreso y hecho en Oaxaca, Méx.
Los derechos de autor de todas las
marcas, nombres comerciales, marcas
registradas, logos e imágenes que aparecen en esta Guía Didáctica de Aprendizaje pertenecen a sus respectivos
propietarios.
N. del Ed. Las citas que aparecen en la
presente Guía -transcritas de fuentes
impresas o de páginas digitales-, no
fueron intervenidas ni modificadas, ya
que son textuales.
→ÍNDICE
Presentación
5
Introducción
7
Bloque I
11
Reconoces a la fisicoquímica como una ciencia que contribuye a
explicar el funcionamiento de los sistemas.
Anexos.
Fuentes documentales.
31
38
Bloque II
43
Interpretas y aplicas la estequiometría de gases.
Anexos.
Fuentes documentales.
Bloque III
73
77
81
Expresas la concentración de las disoluciones y valoras la
importancia de los cálculos en distintos ámbitos.
Anexos.
Fuentes documentales.
125
128
Bloque IV
133
Reconoces la importancia de la electroquímica y sus aplicaciones.
Anexos.
Fuentes documentales.
185
191
Bloque V
197
Comprendes la importancia y el riesgo del uso de la energía
nuclear.
Anexos.
Fuentes documentales.
241
247
GUÍA DIDÁCTICA DE APRENDIZAJE > FISICOQUÍMICA
3
→PRESENTACIÓN
“La educación de calidad
es la que promueve el progreso del estudiantado
en una amplia gama de logros intelectuales,
sociales, morales y emocionales,
teniendo en cuenta su nivel socioeconómico,
su medio familiar y su aprendizaje previo”.
(J. Mortimore)
E
n el Colegio de Bachilleres del Estado de Oaxaca estamos convencidos que la educación de calidad representa el compromiso y la responsabilidad de formar, no sólo
estudiantes aptos para seguir preparándose, sino seres humanos capaces de enfrentar y resolver sus problemas; hombres y mujeres críticos y creativos, ciudadanas y ciudadanos
participativos, con una cultura sustentada en valores y comprometidos con la sociedad en la que viven.
Por eso es que seguimos trabajando afanosamente, perfeccionando nuestros planes, programas y métodos de enseñanza-aprendizaje, pues sabemos que en la medida en que
logremos optimizar nuestra oferta educativa, estaremos
moldeando convenientemente a las y los profesionales del siglo xxi, garantes de la sociedad libre, sana y progresista que
demanda la presente generación y las futuras.
Resultado de este arduo trabajo es la presente Guía Didáctica
de Aprendizaje que hoy ponemos en tus manos, misma que
pretende brindar al estudiantado oportunidades de aprendizaje con calidad, cuyos resultados se vean reflejados no
solamente en tus conocimientos, sino que también potencien
tus competencias, actitudes y valores, necesarios todos ellos
para desempeñarse con éxito en el contexto social, en la vida
laboral y en la realización profesional.
Por otra parte, buscamos reforzar el perfil de la planta docente, promoviendo e incentivando su actualización de tal
manera que se encuentren en condiciones de cumplir con los
estándares para llevar a cabo, de manera eficaz y eficiente, el
proceso enseñanza aprendizaje, concretando el enfoque de la
calidad educativa que ofertamos.
En suma, buscamos crecer en todos los sentidos: desarrollando el aprendizaje de las y los estudiantes, fortaleciendo
el desempeño del personal docente, observando el ejercicio de los directivos, optimizando los recursos financieros
GUÍA DIDÁCTICA DE APRENDIZAJE > FISICOQUÍMICA
5
y materiales en las escuelas, en fin, cuidando todos y cada
uno de los factores que se necesitan abordar para apuntalar
el camino de la calidad educativa que nos ha caracterizado
por mucho tiempo.
La tarea no ha sido fácil, pero nuestra misión y visión educativa se encuentra en la dinámica de redoblar esfuerzos para
seguir desarrollando, planeando, impartiendo, evaluando y
manteniendo una educación pública de calidad, con el único
objetivo de que nuestras y nuestros estudiantes se preparen adecuadamente y puedan enfrentar satisfactoriamente
el futuro.
La calidad educativa presenta para nosotros el reto de la confianza, porque hoy por hoy compartimos a plenitud el pensamiento de Pablo Latapí, cuando afirma que “Los educadores
proclamamos que no ha llegado el fin de la historia; que
ésta siempre está reiniciándose, que sí hay otras alternativas y que nos toca crearlas. Por esto continuaremos corriendo tras nuestras utopías y experimentando los riesgos
de nuestra precaria libertad, que son formas de decir que
seguimos teniendo esperanza”.
Muchas gracias.
ACT. JOSÉ GERMÁN ESPINOSA SANTIBÁÑEZ
DIRECTOR GENERAL
→INTRODUCCIÓN
La presente Guía didáctica de aprendizaje de Fisicoquímica es
un documento destinado al estudiantado del Colegio de Bachilleres que necesitan conocer los principios básicos de esta
rama de la Química para orientar su elección profesiográfica
hacia las Ciencias Naturales e ingeniería. La metodología que
se establece y el enfoque del curso se sustentan en el origen
multidisciplinario de la asignatura.
El impulso del enfoque de competencias en el curso requiere
como requisitos previos conocimientos de Química, Física y
Cálculo elemental, lo cual encausará a docentes y estudiantes a valorar el gran impulso en el siglo XXI de esta ciencia
originada en el siglo XIX.
Las funciones básicas de la guía didáctica se refieren a:
• Sentar las bases epistemológicas del desarrollo de la
Fisicoquímica en estudiantes de educación media superior.
• Sugerir estrategias didácticas y de aprendizaje que
promuevan la generación de tecnología.
• Recomendar indicadores de desempeño para cada bloque del programa de estudio.
• Proveer la evaluación continua a través de la creatividad, innovación y aplicación de la ciencia.
La base para aplicar una didáctica centrada en el aprendizaje
tiene relación estrecha con la alineación constructiva que logre el docente en cada bloque y en cada secuencia, situación
que redundará en el logro de las competencias genéricas y
específicas de la asignatura de Fisicoquímica.
La guía didáctica ofrece la flexibilidad que el docente requiera en su centro escolar, de acuerdo a los contextos en donde
desarrolle su práctica educativa siempre que se cumplan con
las orientaciones pedagógicas que se establecen en el currículum nacional.
GUÍA DIDÁCTICA DE APRENDIZAJE > FISICOQUÍMICA
7
RECONOCES A LA FISICOQUÍMICA COMO UNA
CIENCIA QUE CONTRIBUYE A EXPLICAR EL
FUNCIONAMIENTO DE LOS SISTEMAS
→BLOQUE I
RECONOCES A LA FISICOQUÍMICA COMO UNA CIENCIA QUE
CONTRIBUYE A EXPLICAR EL FUNCIONAMIENTO DE LOS
SISTEMAS
TIEMPO DEL BLOQUE: 4 horas
SESIONES: 1
DESEMPEÑOS DEL
NIVELES DE
ESTUDIANTE AL CON- CONOCIMIENTO
CLUIR EL BLOQUE
»»Comprendes
el concepto de
fisicoquímica, sus
ramas, los campos
de aplicación y su
importancia en la vida
cotidiana.
»»Recuperación
y comprensión.
»»Utilización del
conocimiento.
OBJETOS DE
APRENDIZAJE
»»Historia de la
fisicoquímica.
»»Ramas de la
fisicoquímica.
»»Campos de
aplicación de la
fisicoquímica.
»»Valora de
forma crítica
y responsable
los beneficios
y riesgos que
trae consigo el
desarrollo de
la ciencia y la
aplicación de
la tecnología
en un contexto
histórico-social
para resolver
problemas.
COMPETENCIAS A
DESARROLLAR
»»Elige las fuentes
de información más
relevantes para
conocer la historia
y las ramas de la
fisicoquímica.
EVALUACIÓN
»»Lista de
cotejo.
»»Rúbrica.
»»Utiliza las tecnologías
de la información y la
comunicación para
obtener, registrar
y sistematizar
información para
responder a preguntas
de carácter científico.
GUÍA DIDÁCTICA DE APRENDIZAJE > FISICOQUÍMICA
11
Experimentos de electricidad animal
»http://www.popsci.com/files/imagecache/article_image_large/articles/snail.jpg
»
BLOQUE I
SESIÓN 1
Desempeño del estudiante al
concluir el bloque:
Comprendes el concepto de fisicoquímica, sus
ramas, sus campos de aplicación y su importancia en la vida cotidiana.
Apertura
Lee
LA TECNOLOGÍA BIÓNICA, CON GRAN
POTENCIAL MÉDICO, PERO TEMEN EFECTOS 1
La implantación de electrodos ha mostrado mejoras en el control de movimientos en Parkinson, pero también ha tenido consecuencias severas.
Jeremy Laurence. The Independent
»Periódico
»
La Jornada
»Martes
»
6 de marzo de 2012, p. 2
H
oy, nuevas tecnologías que intervienen en el cerebro
construyen capacidades sobrehumanas y permiten a
los usuarios operar armas o sillas de ruedas con el poder del pensamiento. Están ya en el mercado o en desarrollo.
Interfaz cerebral
La empresa austriaca de ingeniería g.tec lanzará intendiX-SOCI (interfaz de
control de revestimiento de pantalla) que permitirá que las personas controlen
las aplicaciones de la computadora, como los juegos, con una interfaz cerebrocomputadora.
»http://www.generaccion.com/noticia/imagenes/grandes/06_03_2012_13_06_46_767966418.jpg
»
»1
» http://www.jornada.unam.mx/2012/03/06/ciencias/a02n1cie
GUÍA DIDÁCTICA DE APRENDIZAJE > FISICOQUÍMICA
13
Se ha mostrado que electrodos implantados en lo profundo del cerebro de los pacientes estabilizan los movimientos
temblorosos de la enfermedad de Parkinson, y se usan cascos de creatividad que aplican impulsos eléctricos a la cabeza
para mejorar la memoria y la capacidad matemática.
Científicos han demostrado que una persona en Nueva
York con un dispositivo implantado en el sistema nervioso
puede controlar un brazo robótico en el Reino Unido, moverlo
y percibir la posición de objetos con sólo pensarlo.
Pero el rápido avance de la investigación suscita preocupaciones de que al interferir en el cerebro se pueda cambiar
la personalidad de las personas y crear superhumanos biónicos para aplicaciones militares, o bien para controlar mentes, con implicaciones perturbadoras para la sociedad.
La tecnología aplicada en la estimulación profunda del
cerebro –implantación de electrodos–, ha mostrado resultados dramáticos en mejorar el control de movimientos en la
enfermedad de Parkinson. Pero algunos pacientes han desarrollado severos efectos laterales, incluso cambios de personalidad, aumento de la urgencia sexual y conducta delictiva.
Responde
• ¿Consideras que la interdisciplinariedad es importante para el desarrollo de
la ciencia?
¿por qué?
• ¿Qué aplicación tienen la física y la química en el tratamiento de padecimientos del cerebro y el
sistema nervioso?
14
BLOQUE I
Desarrollo
LA HISTORIA DE LA FISICOQUÍMICA
Lee
L
a Fisicoquímica es una especialidad relativamente reciente dentro de la Química general. De hecho, no se
constituye como tal hasta finales del siglo XIX y principios del siglo XX. A partir de su carácter interdisciplinario entre física y química, se desarrollaron avances significativos en
electroquímica, cinética y termodinámica desde el siglo XVIII,
por ejemplo, los experimentos de electricidad animal en ranas de Galvani y la pila “a colonna” de Alessandro Volta.
La fisicoquímica es un ámbito del saber científico en el
que se estudian las propiedades físicas y la estructura de la
materia, así como las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan. Por tanto, en ella tienen un papel
fundamental la física, la química y las matemáticas.
La fisicoquímica se constituyó como una especialidad independiente posiblemente hasta la publicación de dos revistas que incorporaron aportaciones de científicos que tenían
perspectivas interdisciplinarias de la química: la alemana
Zeitschrift für physicalische Chemie, fundada en 1887 y dirigida por Wolfgang Ostwald y Jacobus Henricus Van’t Hoff, y
la estadounidense Journal of Physical Chemistry dirigida por
Wilder Dwight Bancroft (1867-1953) y fundada en 1896.
Experimentos de electricidad animal en ranas de Galvani
»Photographer:
»
/ El Bibliomata
Source: www.flickr.com
http://pubs.acs.org/appl/literatum/publisher/achs/journals/content/jpchax.2/1905/jpchax.1905.9.issue-2/j150065a001/production/j150065a001.fp.png_v03
GUÍA DIDÁCTICA DE APRENDIZAJE > FISICOQUÍMICA
15
El siguiente texto es un extracto del artículo “The relations
of physical chemistry to physics and chemistry” 2, “Las relaciones de la fisicoquímica con la física y la química”, escrito
por Van´t Hoff en 1904 para Journal of Physical Chemistry:
THE RELATION OF PHYSICAL, CHEMISTRY TO PHYSICS AND CHEMISTRY
By J. H. VAN´T HOFF
Publication Date: January 1904
According to the programme, I have to consider: “General Principles and Fundamental
Conceptions which connect Physical Chemistry with the Related Sciences, Reviewing in this
Way the Development of the Science in Question itself.”
Let me begin by defining physical chemistry as the science devoted to the introduction of
physical knowledge into chemistry, with the aim of being useful to the latter. On this basis I
can limit my task to the relations of physical chemistry to the two sciences it unites, chemistry and physics,
But even if limit myself to these relations, which are not the only two , I wish to restrict
myself yet more, in order, in the spirit of this Congress, to call your attention to broad views:
so I shall follow up only two lines, in answering two questions regarding two fundamental
problems in chemistry:
I. What has physical chemistry done for our ideas concerning matter?
II. What has it done for our ideas concerning affinity?
The small table which I have the honor to put before you will enable us to answer the
question by appeal to the scientific development of our science, which also I have to review:
I.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
II.
Ideas concerning matter
1.
Lavoisier, Dalton (1808)
2.
Gay-Lussac, Avogadro (1811)
3.
Dulong, Petit, Mitscherlich (1830)
4.
Faraday (1832)
5.
Bunsen, Kirchhof (1861)
6.
Periodic System (1869)
Pasteur (1853), Stereochemistry (1874)
Raoul, Arrhenius (1866-7)
Radioactivity (Becquerel, Curies)
Ideas concerning affinity
Berthollet, Guldberg, Waage (1867)
Berzelius, Helmholtz (1887)
Mitscherlich, Spring (1904)
Deville, Debray, Berthelot
Thomsen, Berthelot (1865)
Horstmann, Gibbs, Helmholtz
J. Phys. Chem., 1905, 9 (2), pp 81–89
DOI: 10.1021/j150065a001
Publication Date: January 1904
16
BLOQUE I
Jacobus Henricus Van’t Hoff nació en Rotterdam, Holanda,
el 30 de agosto de 1852. Obtuvo el premio Nobel en 1901 por
sus trabajos sobre dinámica química y presión osmótica en
disoluciones.
Después de 120 años de su constitución formal, la fisicoquímica se ha instalado en los departamentos o facultades
de química y de física de universidades e institutos de investigación, por lo que su definición dependió de la disciplina de
origen desde donde se concebía su campo de estudio:
• Disciplina que versa con el estudio de procesos químicos bajo la óptica de las leyes de la física.
• Aplicación de las leyes de la física al estudio de los fenómenos químicos
Localiza en la siguiente sopa de letras palabras que
hagan referencia a términos o científicos relacionados
con la fisicoquímica.
»http://www.nobelprize.org/nobel_pri»
zes/chemistry/laureates/1901/hoff.jpg
Actividad 1
O V U E V D I S C A T O D O D R E H I D R A T O S H G N A
S S V J O U R N A L O F P H Y S I C A L C H E M I S T R Y
B B T Z L C I M E C M M R O H T G O L O V E U T N T E I
T
C C E W T X O X O E F E E F E A S O L A T D R E A M R R R
C C L Y A J X
I G L E C C F L E C A T A L Y S O P S M O I
U U D S M L L G G D M A P V H A S T R O N O M I A G I S O
D D O A X C D B I A V N A M R E S O N M A G N E T
I
I S M O
I R E P F U H A O T N M A N V O L T A N C A M P B C I H
T E R M O D I N A M I C A Q U I M I C A O H M S F B A L M
O O O N N E R T E A L L E S Y S P S J A D H U V W E I S Y
GUÍA DIDÁCTICA DE APRENDIZAJE > FISICOQUÍMICA
17
De las palabras encontradas en la sopa de letras, selecciona las que complementen las siguientes aportaciones e ideas:
APORTACIONES E IDEAS QUE COMPETEN
AL CAMPO DE ESTUDIO DE LA FISICOQUÍMICA
CIENTÍFICO/TÉRMINO
1.- Fundó y dirigió, junto con J. H. Van’t Hoff, la revista
Zeitschrift für physikalischen Chemie (desde 1887). Sus estudios sobre los principios que rigen los equilibrios químicos y la catálisis le valieron la obtención del Premio Nobel
de Química en 1909.
2. Sus estudios se enmarcaron a la naturaleza eléctrica
del impulso nervioso.
3. Rama de la fisicoquímica en cuyo ámbito de estudio se
cuantifican e interpretan los cambios térmicos asociados
a las transformaciones de las sustancias.
4. Revista estadounidense de fisicoquímica que se fundó
en 1896.
Actividad 2
18
Traduce la primera página del artículo de Van´t Hoff,
“The relations of physical chemistry to physics and
chemistry”, y en equipos de trabajo colaborativo analiza las ideas principales que este científico holandés le
confería a la fisicoquímica como nuevo campo científico
del saber humano en el siglo XIX.
BLOQUE I
Escribe después de tu análisis una propuesta de definición de fisicoquímica.
GUÍA DIDÁCTICA DE APRENDIZAJE > FISICOQUÍMICA
19
Trabajo independiente
PARA SABER MÁS
http://www.izt.uam.mx/cosmosecm/FISICOQUIMICA.html
http://redalyc.uaemex.mx/
pdf/475/47545307.pdf
http://www.nobelprize.org/nobel_
prizes/chemistry/laureates/
Maron Samuel H., Prutton Carl F..
Fisicoquímica. Limusa. México:
2003
Lee
1.- Investiga las aportaciones al campo del conocimiento de la fisicoquímica de los siguientes científicos:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Antoine Lavoisier
Louis Joseph Gay-Lussac
Pierre Louis Dulong
Robert Wilhelm Bunsen
Gustav Robert Kirchhoff
François Marie Raoult
Svante August Arrhenius
Hermann Von Helmholtz
Josiah Willard Gibbs
Jacobus Henricus Van ‘t Hoff
Wilhelm Ostwald
Wilder Dwight Bancroft
Rudolf Clausius
Nicolas Léonard Sadi Carnot
2.- Anota las ramas, campos de estudio, temas y aplicaciones que investigan los científicos dedicados a la
fisicoquímica.
RAMAS DE LA FISICOQUÍMICA
D
esde 1896 The Journal of Physical Chemistry ha sido el
vocero de la ACS (Sociedad Americana de Química) y de
la comunidad internacional que se dedica al estudio de
temas de la fisicoquímica. Esta publicación ha servido para
informar sobre “el estado del arte” (Término que se refiere al
nivel máximo de desarrollo e investigación alcanzado por la
comunidad científica internacional en un momento determinado sobre cualquier rama, tema, aplicación o tecnología) de
la fisicoquímica desde hace más de un siglo. La fisicoquímica
moderna incluye diversas áreas o ramas de estudio, que evolucionan y dan origen a nuevos temas de estudio y campos
de aplicación. Entre las ramas básicas de la fisicoquímica se
pueden mencionar:
•
•
•
•
•
20
Termodinámica química o termoquímica
Cinética química
Dinámica química
Electroquímica
Fenómenos superficiales y catálisis (Química de superficies)
BLOQUE I
•
•
•
•
•
•
•
Química nuclear
Fotoquímica
Espectroscopia
Química del estado sólido
Química cuántica
Mecánica estadística
Magnetoquímica
Cada rama de la fisicoquímica deriva en temas de estudio
específicos y campos de aplicación para la industria del petróleo, automotriz, farmacéutica, electrónica, medicina, del
espacio, la nanotecnología, la robótica y el cuidado del medio
ambiente, entre los más importantes.
»http://www.kalipedia.com/kalipediamedia/ingenieria/media/200708/22/tecnologia/20070822klpingtcn_260.Ies.SCO.jpg
»
»http://www.kme.com/assets/uploads/oldkme/image/products_and_markets/Markets/med1.jpg
»
»http://mexico.cnn.com/media/2012/01/15/nave-espacio-espacial-satelite-nasa-x-37b.jpg
»
»http://www.gastronomiaycia.com/2008/02/14/nanotecnologia-en-la-alimentacion/
»
GUÍA DIDÁCTICA DE APRENDIZAJE > FISICOQUÍMICA
21
Actividad 3
LÍNEA DEL TIEMPO DE CIENTÍFICOS DEL SIGLO XIX, INICIADORES DE LA FISICOQUÍMICA
Recupera la investigación que efectuaste en el trabajo independiente y construye la línea del tiempo de algunos de los científicos más importantes del siglo XIX que impulsaron el campo de estudio
de la fisicoquímica, relaciona adecuadamente sus aportaciones. Recorta figuras y ordena con base
a su año de nacimiento, el cuál debes investigar. (Ver Anexo 1).
Esta actividad se evaluará con una lista de cotejo (Anexo 2).
22
BLOQUE I
Relaciona las definiciones de las ramas más importantes de la fisicoquímica
Actividad 4
a). Mecánica cuántica
( )
Es el estudio de la interacción entre la radiación electromagnética y la
materia.
b). Fotoquímica
( )
Se refiere al estudio de las reacciones que se verifican en presencia de
luz, que puede ser radiación de la región visible y UV, o radiación de alta
energía, como rayos x o rayos g, así como a los fenómenos de fluorescencia y fosforescencia.
c). Espectroscopia
( )
Trata de los cambios energéticos asociados a las transformaciones físicas y químicas. En su campo de aplicación se determinan las cantidades
de energía cedida o captada en distintos procesos y se desarrollan modelos matemáticos para predecirlos sin recurrir a la experimentación.
d). Electroquímica
( )
Rama de la fisicoquímica donde se aplica la teoría de probabilidades y el
procesamiento numérico de datos para estudiar el comportamiento de
sistemas termodinámicos. En su campo de estudio se intenta explicar las
propiedades macroscópicas de la materia (y la radiación) a partir de sus
características microscópicas. Los investigadores en este ámbito científico intentan conciliar las explicaciones de la mecánica cuántica a nivel
microscópico con la termodinámica a nivel macroscópico.
e). Dinámica química
( )
Su campo de estudio se refiere a las causas de las interacciones entre las
partículas que intervienen en una reacción química, transporte y difusión
de sustancias en un sistema termodinámico.
f). Mecánica estadística
( )
Su campo de estudio se refiere a la relación entre la transferencia de
electrones y los cambios químicos.
g). Termoquímica
( )
Rama de la fisicoquímica en donde la investigación se refiere al comportamiento fundamental de la materia a nivel molecular, atómico y subatómico relacionado con sus propiedades ópticas, eléctricas, magnéticas,
mecánicas y de óxido-reducción.
h). Química de superficies
( )
Rama de la fisicoquímica cuyo campo de estudio se refiere a la velocidad,
orden y grado de las reacciones, factores que los alteran y teorías que
sustentan modelos matemáticos.
( )
Estudio químico-físico de las interfases derivadas de los tres estados de
la materia: sólido, líquido y gaseoso. Sin embargo, existen muchas situaciones en las que es la interfase la que determina el comportamiento y
propiedades del sistema que se estudia. Corrosión, lubricación, catálisis
heterogénea, detergencia, sistemas coloidales, procesos electroquímicos,
membranas biológicas, etc., son algunas de las situaciones en las que la
interfase resulta ser la protagonista de la historia.
i). Cinética química
GUÍA DIDÁCTICA DE APRENDIZAJE > FISICOQUÍMICA
23
Trabajo independiente
“The Journal of Chemical Physics” y “The Journal of Physical
Chemistry” son dos revistas importantes a nivel mundial donde se publican las últimas investigaciones y descubrimientos
en las áreas de estudio de la fisicoquímica.
Realiza una investigación por internet de estas dos publicaciones para obtener los siguientes datos en relación a las revistas mencionadas:
»http://jcp.aip.org/about/about_the_journal
»
FUNDACIÓN O FECHA DE LA PRIMERA PUBLICACIÓN
HISTORIA
ÁREA Y TEMAS DE FISICOQUÍMICA
QUE ABORDA
HISTORIA
ÁREA Y TEMAS DE FISICOQUÍMICA
QUE ABORDA
»http://pubs.acs.org/journal/jpcafh
»
FUNDACIÓN O FECHA DE LA PRIMERA PUBLICACIÓN
24
BLOQUE I
CAMPOS DE APLICACIÓN DE LA FISICOQUÍMICA
Lee
E
l avance de la fisicoquímica como ciencia interdisciplinaria ha sido vertiginoso en los últimos 20 años, lo que
ha propiciado, por ejemplo, que la revista The Journal
Physical Chemistry se haya dividido en tres apartados desde
1996, cada uno de ellos informa a la comunidad científica internacional los últimos temas que se investigan y los campos
de aplicación de la fisicoquímica contemporánea.
“The Journal of Physical Chemistry” de la American Chemistry Society, número de abril de 2012.
»http://pubs.acs.org/subscribe/covers/jpcafh/jpcafh_v116i015.jpg?0.8995870667648161
»
O
tra publicación importante a nivel mundial es The Journal of Chemical Physics, una revista científica que informa sobre investigaciones en diversas áreas de la fisicoquímica de prestigiadas universidades y centros científicos,
pertenece al Instituto Americano de Física y su primer editor
fue Harold Clayton Urey, estudioso de los isótopos y famoso
por el experimento de Miller-Urey que apuntaló la teoría de la
sopa primigenia para la generación de compuestos orgánicos
a partir de descargas eléctricas sobre un mar terrestre sin
vida.
Número de abril de 2012 de la revista “The Journal of Chemical Physics”
http://jcp.aip.org/free_media/issue_files/JCPSA6/136_12.pdf
GUÍA DIDÁCTICA DE APRENDIZAJE > FISICOQUÍMICA
25
PARA SABER MÁS
The Journal of Physical Chemistry A
http://pubs.acs.org/page/jpcafh/about.html
The Journal of Physical Chemistry B
http://pubs.acs.org/page/jpcbfk/about.html
The Journal of Physical Chemistry C
http://pubs.acs.org/page/jpccck/about.html
The Journal of Chemical Physics
http://jcp.aip.org/about/about_the_journal
26
(Dynamics, Kinetics, Environmental Chemistry,
Spectroscopy, Structure, Theory) publishes studies
on dynamics, clusters, and excited states; kinetics,
and spectroscopy; atmospheric, environmental, and
green chemistry; and molecular structure, quantum
chemistry, and general theory.
(Soft Condensed Matter and Biophysical Chemistry)
publishes studies on macromolecules, and soft matter, surfactants, and membranes, statistical mechanics, thermodynamics, and medium effects, and biophysical chemistry.
(Nanomaterials, Interfaces, and Hard Matter) publishes original experimental and basic research targeted to scientists in physical chemistry of nanoparticles, and nanostructures, surfaces, interfaces, and
catalysis, electron transport, optical and electronic
devices, and hard matter; and energy conversion and
storage.
The Journal of Chemical Physics publishes concise and
definitive reports of significant research in methods
and applications of chemical physics. Innovative research in traditional areas of chemical physics such
as spectroscopy, kinetics, statistical mechanics, and
quantum mechanics continue to be areas of interest
to readers of JCP. In addition, newer areas such as
polymers, materials, surfaces/interfaces, information theory, and systems of biological relevance are
of increasing importance. Routine applications of
chemical physics techniques may not be appropriate
for JCP. Content is published online daily, collected
into four monthly online and printed issues (48 issues
per year); the journal is published by the American
Institute of Physics.
BLOQUE I
LA FISICOQUÍMICA EN MÉXICO
Lee
E
l 23 de septiembre de 1916 se funda la Escuela Nacional
de Química Industrial, antecesora de la Facultad de Química de la UNAM, e inicia el desarrollo de esta ciencia
en México. En la década de los 60 del siglo XX se funda el
CINVESTAV del IPN y en los años 70 la Universidad Autónoma
Metropolitana, con lo que se comienzan a diversificar los temas y grupos de investigación de la fisicoquímica en México.
A noventa años del inicio de la investigación formal de la química en México todavía es reducido el número de graduados
de maestría y doctorado en esta área científica. En 1985 había 200 doctores en Química, en el año 2000 posiblemente 600
y para el año 2012 es probable que un poco más de 900 para
una población de más de 113, 000,000 de habitantes. Extraer de
esta cifra los dedicados a la fisicoquímica es irrisorio.
Sistema Nacional de Investigadores
»http://www.inegi.org.mx/prod_serv/contenidos/espanol/bvinegi/productos/integracion/pais/mexhoy/2008/mexicohoy_2009_p1.pdf
»
GUÍA DIDÁCTICA DE APRENDIZAJE > FISICOQUÍMICA
27
Sistema Nacional de Investigadores SNI.
»http://www.inegi.org.mx/prod_serv/contenidos/espanol/bvinegi/productos/integracion/pais/mexhoy/2008/mexico»
hoy_2009_p1.pdf
Entre las instituciones más importantes que se dedican a la formación de científicos en el campo de la fisicoquímica y que realizan investigación se pueden citar:
Facultad de Química de la UNAM
Departamento de Fisicoquímica del Instituto de Química de la UNAM.
»http://www.iquimica.unam.mx/index.php/departamentos/fisicoquimica
»
»http://www.quimica.unam.mx/directorio_investigadores.php?depto=5&tipo=
»
Departamento de Química del CINVESTAV IPN
»http://www.quimica.cinvestav.mx/L%C3%ADneasdeinvestigaci%C3%B3n.aspx
»
Centro de Nanocienciencias y Tecnología de la UNAM
»http://www.cnyn.unam.mx/index.php
»
Departamento de Química de la UAM, Iztapalapa
»http://quimica.izt.uam.mx/index.php?id=Lineas_FQT
»
Facultad de Ingeniería Química de la BUAP
»http://red.viep.buap.mx/viep/posgrados2011/programa-informacion.php?id_prog=00079
»
Departamento de Ingeniería Química del Instituto Tecnológico de Celaya.
»http://www.iqcelaya.itc.mx/
»
28
BLOQUE I
TEMAS DE INVESTIGACIÓN DE LA FISICOQUÍMICA EN MÉXICO
L
os siguientes son temas de la fisicoquímica y están entre
los más importantes que se cultivan en las instituciones
de educación superior e investigación de México:
•
•
•
•
•
•
•
•
Fisicoquímica de polímeros y macromoléculas
Fisicoquímica farmacéutica
Fisicoquímica y ciencia de materiales
Química biomimética
Petroquímica y ciencias afines
Fisicoquímica de semiconductores
Fisicoquímica de procesos extractivos
Fisicoquímica de superficies
Recupera los trabajos independientes y por equipos,
elaboren una revista de fisicoquímica con las características siguientes:
1.- Nombre
2.- Portada
3.- Sumario
4.- Editorial
5.- Secciones:
a). Historia de la fisicoquímica
b). Publicaciones internacionales de fisicoquímica
c). La fisicoquímica en México
d). Descubrimientos e investigaciones nacionales e internacionales en el campo de la fisicoquímica
e). (El equipo puede incluir algunos otros tópicos de su interés)
6.- Contraportada
Modalidades de presentación:
a). Manual: Utilizar recortes, dibujos, escritura a mano
alzada.
b). Digital: Diseño con programas como: Corel Draw,
Scribus, Word-PDF u otros.
La actividad de cierre se evaluará con una rúbrica (Ver
Anexo 3).
Cierre
PARA SABER MÁS
http://tesis.udea.edu.co/dspace/
bitstream/10495/1447/1/Guia%20
de%20Dise%C3%B1o%20Editorial%20Revistas%20Academicas-Hernandez%20Pilar-Trabajo%20de%20Grado.pdf
http://scribus.softonic.com/
http://termarit.blogspot.
mx/2010/09/crea-tu-propiarevista-digital.html
GUÍA DIDÁCTICA DE APRENDIZAJE > FISICOQUÍMICA
29
ANEXOS
31
ANEXO 1
LÍNEA DEL TIEMPO SOBRE LOS PRIMEROS CIENTÍFICOS VINCULADOS
CON EL ESTUDIO DE LA FISICOQUÍMICA
Recorta y pega las figuras de los siguientes científicos con
base a su fecha de nacimiento (Colocar en los cuadros su
nacionalidad, su año de nacimiento y de fallecimiento):
Rudolf Julius Emmanuel Clausius 1
(
_
)
Pierre Louis Dulong5
(
_
)
François Marie Raoult2
(
_
)
Hermann von Helmholtz6
(
_
)
Josiah Willard Gibbs3
(
_
)
Nicolas Léonard Sadi Carnot 7
(
_
Svante August Arrhenius4
)
(
_
)
Louis Joseph Gary-Lussac8
(
_
)
»» 1http://photos.aip.org/history/Thumbnails/clausius_rudolf_a3.jpg
»» 2http://media-1.web.britannica.com/eb-media/77/132477-004-F84F57B1.jpg
»» 3http://galia.fc.uaslp.mx/~medellin/AntologiadeFisica/images/gibbs.jpg
»» 4http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1903/arrhenius.jpg
»» 5http://www.sciencephoto.com/image/96237/530wm/C0032008-Pierre_Dulong,_French_chemist-SPL.jpg
»» 6http://www.facmed.unam.mx/historia/FOTOS/Helmholtz1.gif
7
»» http://www.instituts-carnot.eu/userfiles/image/Sadi_Carnot%281%29.jpg
8
»» http://www.uam.es/departamentos/ciencias/qorg/docencia_red/qo/l0/Gay-Lussac.GIF
32
BLOQUE I
Gustav Robert Kirchhoff9
(
_
)
Wilhelm Ostwald12
(
_
)
Wilder Dwight Bancroft1210
(
_
_
(
)
Robert Wilhelm Bunsen13
(
Antoine-Laurent de Lovoisie11
)
_
)
Jocobus Henricus Van’t Hoff14
(
_
)
http://www.instituts-carnot.eu/userfiles/image/Sadi_Carnot%281%29.jpg
http://www.uam.es/departamentos/ciencias/qorg/docencia_red/qo/l0/Gay-Lussac.GIF
9
»» http://photos.aip.org/history/Thumbnails/kirchhoff_gustav_a1.jpg
11
»» http://www.nap.edu/html/biomems/wbancroft.pdf
11
»» http://www.sciencephoto.com/image/89266/530wm/C0025006-Antoine_Lavoisier,_French_chemist-SPL.jpg
11
»» http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1909/ostwald.jpg
13
»» http://media-1.web.britannica.com/eb-media/62/130362-004-3618CD2B.jpg
14
»» http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1901/hoff.jpg
7
»»
8
»»
GUÍA DIDÁCTICA DE APRENDIZAJE > FISICOQUÍMICA
33
Recorta los siguientes textos y pega los cuadros con información en la línea del tiempo que has elaborado sobre
los científicos pioneros en el estudio de la fisicoquímica.
Uno de los primeros científicos en conferir conocimiento físico a la química; empleó el conocimiento
del peso físico y lo ligó al descubrimiento de la Ley de la Conservación de la Materia.
Se le reconoce su aportación del comportamiento fisicoquímico de los gases, estudió la expansión de
los gases en relación con la temperatura, a presiones constantes.
Su aportación científica se sustentó en estudios sobre dilatación y medida de las temperaturas, transferencia del calor y calor específico de los gases.
Desarrolló métodos de análisis de gases. Fue pionero en los estudios de la fotoquímica y la espectroscopia. Desarrolló un quemador de laboratorio que lleva su apellido.
Inventó el espectroscopio y demostró la relación entre la emisión y la absorción de la luz por los cuerpos incandescentes, propuso el nombre de radiación del cuerpo negro y efectuó investigaciones sobre
la conducción del calor.
Estudió las predicciones matemáticas del descenso del punto de ebullición y el aumento del punto de
ebullición en disoluciones.
Destaca su contribución al campo de la fisicoquímica en el estudio de la disociación electrolítica. Desarrolló la teoría de la existencia del ion.
En su disertación sobre la conservación de la energía postuló que el calor era una forma de energía
que consistía en un pequeño, y aleatorio movimiento en las partículas de materia. Sugirió que el calor
y el trabajo deberían ser considerados como energía, y que era el total de la misma lo que se conservaba, en lugar de conservarse como calor o trabajo separadamente. Explicó que no sólo la materia,
sino también la electricidad existen en cantidades discretas (las cargas de los iones que se producen
al disolver sales son múltiplos de la carga del electrón).
Destaca su aportación a los cimientos de la termodinámica teórica. Definió una función de estado de
un sistema termodinámico, la energía libre, que permite prever la espontaneidad de un determinado
proceso fisicoquímico.
Uno de los fundadores de la Fisicoquímica e investigador de la dinámica química y de la presión osmótica en disoluciones.
Una de sus aportaciones principales a la fisicoquímica se refiere a los principios fundamentales que
gobiernan los equilibrios químicos y la velocidad de reacción y el equilibrio químico.
34
BLOQUE I
Fundador de The Journal of Physical Chemistry, destacó en el trabajo docente en el área de dinámica
química y en sus estudios de química coloidal.
Desarrolló ideas sobre la energía perdida y acuñó el término entropía.
Estableció una relación matemática para explicar la transición de fase entre dos estados de la materia.
“Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta
potencia”, donde expuso las ideas que darían forma al segundo principio de la termodinámica.
LÍNEA DEL TIEMPO
GUÍA DIDÁCTICA DE APRENDIZAJE > FISICOQUÍMICA
35
ANEXO 2
LÍNEA DEL TIEMPO DE CIENTÍFICOS DEL SIGLO XIX, INICIADORES DE LA FISICOQUÍMICA
LISTA DE COTEJO
No.
36
Criterios
1
El orden cronológico de los científicos
está en función de
su fecha de nacimiento.
2
Relacionas acertadamente los textos
que informan sobre
sus aportaciones
científicas.
Registro de cumplimiento
Suficiente Insuficiente No realizado
Observaciones
BLOQUE I
ANEXO 3
RÚBRICA DE ELABORACIÓN DE REVISTA
Cierre
RÚBRICA
Criterios
Contenido
Aportaciones
del equipo de
trabajo
Diseño gráfico
Excelente
Bueno
Regular
Insuficiente
La información y secciones tienen información precisa y de fuentes confiables.
Se aprecia paráfrasis
de textos y comprensión de lectura.
Se informa de nuevos
descubrimientos en el
campo de la fisicoquímica.
Se incluyen secciones
sugeridas por el equipo de trabajo.
Se muestra trabajo de
información importante y contemporánea,
traducción y comprensión de textos en inglés.
El diseño es innovador,
creativo y muestra con
claridad textos, íconos,
imágenes y resúmenes.
La información y
secciones tienen
información precisa y de fuentes
confiables.
Se aprecia paráfrasis de textos y
comprensión de
lectura.
La información y
secciones tienen
información adecuada relacionada con la fisicoquímica.
La información no
es precisa y se confunden los campos
de acción de la química y la física.
Se incluyen secciones sugeridas
por el equipo de
trabajo.
Se muestra trabajo de información importante.
Se incluyen sec- No se incluyen secciones sugeridas ciones sugeridas
por el equipo de por el equipo.
trabajo.
El diseño muestra con claridad
la información y
las imágenes.
El diseño es adecuado en cuanto
a textos informativos, pero insuficiente en imágenes.
El diseño no permite tener orden en la
información de los
textos. Las imágenes no corresponden a las secciones
y no hay guías gráficas de lectura.
GUÍA DIDÁCTICA DE APRENDIZAJE > FISICOQUÍMICA
37
→FUENTES DOCUMENTALES
BIBLIOGRÁFICAS
CHANG Raymond. Fisicoquímica. Editorial Mc Graw-Hill. México. 2011.
CHANG Raymond. Química. Editorial Mc Graw-Hill. México. 2010
MARON Samuel H., PRUTTON Carl F. Fisicoquímica. Editorial
Limusa. México. 2003.
WALTER John Moore. Fisicoquímica básica. Editorial Prentice
Hall. México. 1986.
DIGITOGRÁFICAS
http://www.generaccion.com/noticia/imagenes/grandes/06_03_2012_13_06_46_767966418.jpg
http://www.jornada.unam.mx/2012/03/06/ciencias/a02n1cie
http://pubs.acs.org/appl/literatum/publisher/achs/journals/
content/jpchax.2/1905/jpchax.1905.9.issue-2/j150065a001/
production/j150065a001.fp.png_v03
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1901/hoff.jpg
http://www.izt.uam.mx/cosmosecm/FISICOQUIMICA.html
http://redalyc.uaemex.mx/pdf/475/47545307.pdf
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/
http://jcp.aip.org/about/about_the_journal
http://pubs.acs.org/journal/jpcafh
http://pubs.acs.org/subscribe/covers/jpcafh/jpcafh_
v116i015.jpg?0.8995870667648161
http://scitation.aip.org/journals/doc/JCPSA6-home/archives/jcpmast1936.pdf
http://jcp.aip.org/free_media/issue_files/JCPSA6/136_12.pdf
http://pubs.acs.org/page/jpcafh/about.html
http://pubs.acs.org/page/jpcbfk/about.html
http://pubs.acs.org/page/jpccck/about.html
http://jcp.aip.org/about/about_the_journal
http://www.inegi.org.mx/prod_serv/contenidos/espanol/
bvinegi/productos/integracion/pais/mexhoy/2008/mexicohoy_2009_p1.pdf
http://www.iquimica.unam.mx/index.php/departamentos/fisicoquimica
http://www.quimica.unam.mx/directorio_investigadores.
php?depto=5&tipo=
http://w w w.quimica.cinvestav.mx/
L%C3%ADneasdeinvestigaci%C3%B3n.aspx
http://www.cnyn.unam.mx/index.php
http://quimica.izt.uam.mx/index.php?id=Lineas_FQT
http://red.viep.buap.mx/viep/posgrados2011/programa-informacion.php?id_prog=00079
http://www.iqcelaya.itc.mx/
http://tesis.udea.edu.co/dspace/bitstream/10495/1447/1/
Guia%20de%20Dise%C3%B1o%20Editorial%20Revistas%20
Academicas-Hernandez%20Pilar-Trabajo%20de%20Grado.pdf
http://scribus.softonic.com/
http://termarit.blogspot.mx/2010/09/crea-tu-propia-revistadigital.html
http://photos.aip.org/history/Thumbnails/clausius_rudolf_a3.jpg
http://media-1.web.britannica.com/eb-media/77/132477004-F84F57B1.jpg
http://galia.fc.uaslp.mx/~medellin/AntologiadeFisica/images/gibbs.jpg
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1903/arrhenius.jpg
http://w w w.sciencephoto.com/image/96237/530wm/
C0032008-Pierre_Dulong,_French_chemist-SPL.jpg
http://www.facmed.unam.mx/historia/FOTOS/Helmholtz1.gif
http://www.instituts-carnot.eu/userfiles/image/Sadi_Carnot%281%29.jpg
http://www.uam.es/departamentos/ciencias/qorg/docencia_
red/qo/l0/Gay-Lussac.GIF
http://photos.aip.org/history/Thumbnails/kirchhoff_gustav_a1.jpg
http://www.nap.edu/html/biomems/wbancroft.pdf
http://w w w.sciencephoto.com/image/89266/530wm/
C0025006-Antoine_Lavoisier,_French_chemist-SPL.jpg
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1909/ostwald.jpg
http://media-1.web.britannica.com/eb-media/62/130362004-3618CD2B.jpg
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1901/hoff.jpg
http://www.instituts-carnot.eu/userfiles/image/Sadi_Carnot%281%29.jpg
http://www.uam.es/departamentos/ciencias/qorg/docencia_
red/qo/l0/Gay-Lussac.GIF
http://photos.aip.org/history/Thumbnails/kirchhoff_gustav_a1.jpg
http://www.nap.edu/html/biomems/wbancroft.pdf
http://w w w.sciencephoto.com/image/89266/530wm/
C0025006-Antoine_Lavoisier,_French_chemist-SPL.jpg
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1909/ostwald.jpg
http://media-1.web.britannica.com/eb-media/62/130362004-3618CD2B.jpg
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1901/hoff.jpg
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