Enseanza de los factores que

afectan la velocidad de

reaccin: una propuesta de

aula desde el aprendizaje

activo

Juan Gabriel Barrera Herrera

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias

Bogot, Colombia

2012

Enseanza de los factores que

afectan la velocidad de

reaccin: una propuesta de

aula desde el aprendizaje

activo

Juan Gabriel Barrera Herrera

Trabajo final presentado como requisito parcial para optar al

ttulo de:

Magster en Enseanza de las Ciencias Exactas y Naturales

Director:

Ms, Esp., Qumico Manuel Fredy Molina Caballero

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias

Bogot, Colombia

2012

Al nico fiel y verdadero.

A mi esposa y nuestros hijos.

Agradecimientos

El autor manifiesta su profunda gratitud:

A la Universidad Nacional de Colombia, por su vigencia en aras del

desarrollo nacional.

A todos los docentes involucrados en el programa, por compartir

generosamente tanto su vasta experiencia, como sus enriquecedoras

vivencias.

Al profesor Manuel Fredy Molina Caballero, por su apoyo y

disponibilidad permanentes.

Al profesor Freddy Alberto Monroy Ramrez, por sus valiosos

aportes en la elaboracin del documento.

A todas aquellas personas que, decidida y desinteresadamente,

contribuyeron a la materializacin de este anhelo.

Resumen y Abstract XI

Resumen

En este trabajo se propuso una estrategia de aula con un

componente experimental para la enseanza de los factores que

modifican la velocidad de una reaccin qumica, utilizando como

fundamento, entre otros, algunos principios del aprendizaje

activo. La propuesta se aplic en el nico curso de grado undcimo

del colegio Calatrava School, institucin de carcter privado y

calendario B, ubicada en la localidad de Suba en Bogot, Colombia.

La propuesta sugerida de un lado estimul la proposicin, la

discusin y la comunicacin de los estudiantes y, de otro lado, la

visualizacin del comportamiento de algunas reacciones qumicas en

las condiciones generadas, no slo favoreci la consolidacin de

los temas estudiados de la cintica qumica, sino que tambin

permiti retomar, relacionar, integrar y retroalimentar temas

trabajados con anticipacin.

Conforme a los resultados esperados, se not una mayor

participacin y una mejor disposicin de los estudiantes,

comparativamente con las observadas en las prcticas

experimentales tradicionales.

Palabras clave: aprendizaje activo, aprendizaje mediante la

prctica, enseanza cintica qumica, enseanza secundaria.

Abstract

This work proposed a classroom strategy with an experimental

component for teaching the factors that are affecting the rate of

a chemical reaction using as basis, among others, some principles

of active learning. The proposal was applied in the 11th grade of

Calatrava School (B Term) of Bogot, Colombia.

The suggested proposal stimulated the proposition, discussion and

communication of students. And on the other hand, the

visualization of the behavior of some chemical reactions in the

conditions generated, it did not only favor the consolidation of

the topics studied in chemical kinetics, but also, allowed to

resume, connect, integrate and feedback issues discussed in

advance.

According to the expected results, a better participation and

willingness in students was noted compared with those in

traditional practices.

Keywords: active learning, learning by doing, teaching chemical

kinetics, secondary education.

Contenido XIII

Contenido Pg.

Resumen ................................................................................................................................................................ XI

Lista de figuras .................................................................................................................................................... XV

Introduccin ........................................................................................................................................................... 1

1. Captulo 1 Aspectos histrico-epistemolgicos .................................................................................. 3 1.1 Aspectos histricos ...................................... 4 1.2 Aspectos epistemolgicos ................................. 8

1.2.1 Modelo antropomrfico ............................... 8 1.2.2 Modelo de afinidad corpuscular ...................... 8 1.2.3 Primer modelo cuantitativo .......................... 9 1.2.4 Modelo mecanismo .................................... 9 1.2.5 Modelo termodinmico ................................ 9 1.2.6 Modelo cintico .................................... 10 1.2.7 Modelo mecanismos estadsticos ..................... 10 1.2.8 Modelo del estado de transicin .................... 10

2. Captulo 2 Elementos disciplinares ..................................................................................................... 13 2.1 Cintica qumica ........................................ 13 2.2 La reaccin qumica ..................................... 13 2.3 Factores que influyen en las velocidades de reaccin .... 14

2.3.1 El estado fsico de los reactivos .................. 14 2.3.2 La concentracin de los reactivos .................. 14 2.3.3 La temperatura a la que se lleva a cabo la reaccin 15 2.3.4 La presencia de un catalizador ..................... 17

2.4 Velocidades de reaccin ................................. 19 2.5 Concentracin y velocidad ............................... 19 2.6 Cambio de la concentracin con el tiempo ................ 21

2.6.1 Reacciones de primer orden ......................... 21 2.6.2 Reacciones de segundo orden ........................ 21

2.7 Mecanismos de reaccin .................................. 23

3. Captulo 3 Propuesta didctica ............................................................................................................. 25 3.1 Anlisis conceptual de la propuesta ..................... 25

3.1.1 Estndares bsicos de competencias en ciencias naturales ................................................ 25 3.1.2 Aprendizaje activo ................................. 26 3.1.3 El papel de la experimentacin en el aprendizaje de las ciencias naturales ................................... 27

3.2 Estrategia de aula ...................................... 28

3.2.1 Planteamiento generador ............................ 29 3.2.2 Prediccin ......................................... 29 3.2.3 Deliberacin ....................................... 29 3.2.4 Experimentacin .................................... 29 3.2.5 Elaboracin de conclusiones ....................... 30

3.3 Anlisis de resultados .................................. 30

4. Conclusiones y recomendaciones ........................................................................................................ 33 4.1 Conclusiones ............................................ 33 4.2 Recomendaciones ......................................... 34

A. Anexo: Prototipo de la propuesta ......................................................................................................... 35

B. Anexo: Prctica tradicional (Irazbal & de Irazbal, s.f., p.42-43) .............................................. 37

Bibliografa ........................................................................................................................................................... 39

Contenido XV

Lista de figuras Pg.

Figura 2-1: Influencia del grado de subdivisin de un slido en la velocidad de reaccin ............................................15

Figura 2-2: Perfiles de energa potencial para reacciones exotrmicas y endotrmicas.16

Figura 2-3: Mtodo grfico para determinar la energa de activacin, Ea17

Figura 2-4: Comparacin entre las barreras de energa de activacin de reacciones exotrmica y endotrmica con y sin catalizador....18

Figura 2-5: Efecto de la presin en la velocidad de reaccin de un sistemagaseoso.18

Figura 2-6: Grfica de ln[A] en funcin del tiempo de una reaccin A productos, que

sigue una cintica de primer orden...22

Figura 2-7: Grfica de 1/[A] en funcin del tiempo de una reaccin A productos, que

sigue una cintica de segundo orden ..23

Figura 2-8: Ejemplo de un perfil energtico y mecanismo de una reaccin qumica

orgnica (SN2) 24

Figura 3-1: Visin esquemtica de la propuesta deaula.29

Introduccin

Se presenta una propuesta de aula para la enseanza de algunos

factores que modifican la velocidad de una reaccin qumica, la

cual tiene un componente experimental cuyo modelo, por una parte

est catalogado dentro del enfoque de aprendizaje activo y por

otra, puede ser replicado en el estudio de otros temas.

Se explor este aspecto de la cintica qumica,atendiendo a varias

consideraciones:

El tema est contemplado explcitamente en los Estndares Bsicos de Competencias en Ciencias Naturales promulgados por el

Ministerio de Educacin Nacional (MEN) para los grados dcimo y

undcimo:

Al finalizar el undcimo grado los estudiantes relacionarn

la estructura de las molculas orgnicas e inorgnicas con

sus propiedades fsicas y qumicas y su capacidad de cambio

qumico. Para lograrlo los estudiantes [entre