Energía. El Calor en las Reacciones Químicas

Energía. El Calor en las Reacciones Químicas
–Temario y bibliografía sugerida–
Licenciatura en Educación Secundaria
Especialidad: Química
Sexto semestre
Programa para la Transformación
y el Fortalecimiento Académicos
de las Escuelas Normales
México, 2002
Subsecretaría de Educación Básica y Normal
Introducción
Con esta asignatura se invita al normalista a rebasar las concepciones intuitivas y
científicamente erróneas sobre el concepto de energía, mediante un estudio cuidadoso de
los fenómenos químicos y de algunos desarrollos tecnológicos vinculados con este tema.
Se analiza en especial la forma en que el lenguaje coloquial influye en las clases de
Química al emplear expresiones como “gasto energético”, “consumo de energía”, “crisis
energética” o “cargar de energía”, sin sustento científico. Se plantea una visión atractiva,
pero al mismo tiempo crítica del término, con el fin de que se comprenda su potencialidad
y su aplicabilidad. Este curso también provee al estudiante de un conjunto de reflexiones
didácticas que le permitan encontrar formas de trabajar este concepto con los
adolescentes de la escuela secundaria.
El propósito fundamental de esta asignatura es continuar con el estudio de las
reacciones químicas introduciendo el aspecto energético, es decir, el de los intercambios
de energía que tienen lugar durante las reacciones.
El primer bloque del curso hace un análisis de los beneficios y usos de la energía para
nuestra sociedad actual, en contraste con los peligros potenciales de su abasto, siempre
creciente. Se hará hincapié en los aspectos energéticos de las reacciones químicas.
Inicialmente el curso conduce al alumno hacia el establecimiento de las diferencias
entre calor y temperatura con base en situaciones prácticas y reflexivas. Se parte del
análisis de los efectos del calor sobre los cuerpos y se llega al estudio de las
características de la dilatación en sólidos y líquidos; incluyendo su aplicación en la
medición de la temperatura por medio de termómetros y de las diferentes escalas
termométricas. Se continúa haciendo referencia a la transferencia de calor como producto
de la diferencia de temperatura, al calor como energía en tránsito y a los mecanismos de
transmisión del calor.
Durante el tratamiento de los temas, el normalista debe poner especial interés en la
importancia de la medición de la temperatura, en el uso y manejo del termómetro con las
diferentes escalas que para tal efecto existen, así como la conversión de grados de una
escala a otra, con la finalidad de que diseñe actividades que le faciliten la enseñanza de
estos temas, mediante situaciones prácticas, alejadas de la simple mecanización de
fórmulas matemáticas.
El alumno normalista se iniciará también en la comprensión de las leyes de la
termodinámica a través de ejemplos que permitan aplicar los conceptos de calor,
temperatura y energía que se han desarrollado a lo largo de esta asignatura y del resto de
la licenciatura.
Como ejercicios de aplicación relacionados con la enseñanza de los temas
relacionados con el calor y la temperatura se propone que el estudiante normalista diseñe
estrategias didácticas para la demostración práctica de la ley de la conservación de la
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energía. Al analizar con detalle diferentes procesos, el estudiante entenderá que la
transformación de la energía implica cambios de una forma a otra, lo que incluye que una
parte se convierta en calor.
Posteriormente se presentan los conceptos de entropía y energía libre como criterios
de espontaneidad o de equilibro de los procesos. Con estos antecedentes se estudia el
equilibrio químico.
Es importante que el futuro docente adquiera criterios y estrategias didácticas para que
los adolescentes de la escuela secundaria comprendan el grado de generalización de las
leyes de la termodinámica y su aplicación en las reacciones químicas. Por lo mismo, el
segundo bloque del curso tiene como propósito fundamental proporcionar al futuro
docente elementos metodológicos para un mejor manejo didáctico de estos temas. Por
ejemplo, antes de este curso, de seguro el alumno normalista cree que al terminar una
reacción sólo existen productos, lo cual es una concepción errónea desde la perspectiva
de la Química. En toda reacción química los reactivos forman productos, pero también
éstos pueden estar convirtiéndose nuevamente en reactivos, o sea, se tiene lo que se
conoce como un equilibrio dinámico. Es por ello que es necesario que el alumno
normalista conozca algunas concepciones equivocadas del tema que puedan tener los
alumnos de la escuela secundaria para poder orientar su práctica docente hacia el cambio
conceptual, actitudinal y procedimental. Al finalizar este bloque se volverá a recurrir al
modelo corpuscular de la materia para que se entienda la dificultad enseñar este tema.
Así mismo, se revisan las concepciones de los alumnos sobre las reacciones
endotérmicas y exotérmicas.
En el último bloque, con el objeto de que se analicen las implicaciones sociales de la
producción de energía mediante procesos químicos o fisicoquímicos, se retoma el tema
de la combustión desde la perspectiva de la eficiencia energética, comparando diferentes
tipos de combustibles. Asimismo, el tema de la energía nuclear, además de proporcionar
información sobre este proceso, permite la discusión sobre valores y actitudes
relacionados con el cuidado ambiental y la preservación de la salud individual y colectiva.
Es importante revisar diversas fuentes de información y organizar debates sobre estos
temas, para seguir contribuyendo a fomentar el escepticismo informado, así como la
necesidad de actualizarse permanentemente, en especial sobre la relación entre las
reacciones químicas y las fuentes energéticas.
Organización por bloques
Bloque I. La energía en sus diferentes presentaciones.
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Tema 1. Importancia de la energía. El concepto de energía, su transformación,
transferencia, degradación y conservación.
Tema 2. Calor y temperatura. Medición de la temperatura. Naturaleza de la
temperatura y del calor. Mecanismos de transmisión del calor.
Tema 3. Primera ley de la termodinámica. Sistemas endotérmicos y exotérmicos. Ley
de Hess.
Tema 4. Segunda ley de la termodinámica. Entropía, equilibrio químico y de fases.
Energías libres.
Bloque II. Las dificultades en la enseñanza y el aprendizaje del
tema de energía.
Tema 1. La conceptualización del término energía y su conservación: errores
conceptuales más comunes.
Tema 2. Concepciones alternativas sobre energía química.
Tema 3. El modelo corpuscular y las reacciones endotérmicas y exotérmicas: cómo
las entienden los alumnos.
Bloque III. La energía y la química en el mundo contemporáneo
Tema 1. Combustibles y energía: carbón mineral, petróleo y gas natural. Gasolinas y
octanaje.
Tema 2. La energía nuclear en la sociedad actual. Riesgos y beneficios de su uso.
Opciones energéticas alternativas.
Bibliografía básica
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conocimiento para todos, Oxford University Press/SEP (Biblioteca del Normalista), México,
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ciencias, vol. 11, núm. 3, Barcelona, ice de la Universitat Autònoma de Barcelona/Vicerectorat d’Investigació de la Universitat de Valencia, pp. 20-25.
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Bibliografía complementaria
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Iberoamericana, pp. 563-614, 615-635.
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