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LA NOMENCLATURA QUÍMICA INORGÁNICA COMO UNA ACTIVIDAD DE INDAGACIÓN EN GRADO NOVENO Tania Helena Ortiz Arias UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE BOGOTÁ FACULTAD DE CIENCIAS ÁREA CURRICULAR DE FORMACIÓN EN CIENCIAS BOGOTÁ, COLOMBIA 2018 LA NOMENCLATURA QUÍMICA INORGÁNICA COMO UNA ACTIVIDAD DE INDAGACIÓN EN GRADO NOVENO Tania Helena Ortiz Arias. Química. Trabajo final presentado como requisito parcial para optar al título de: Magíster en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales Director: M. Sc, Químico. Manuel Fredy Molina Caballero Profesor asociado. Departamento de Química _________________________________________ UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE BOGOTÁ FACULTAD DE CIENCIAS ÁREA CURRICULAR DE FORMACIÓN EN CIENCIAS BOGOTÁ, COLOMBIA 2018 Dedicatoria A mis hijas, María José Gutierrez Ortiz y Greissy Alejandra Gutierrez Ortiz, quienes son el motor de mi vida; ellas, con su forma de pensar y de actuar recuerdan lo hermosa que es la vida y, que siempre hay tiempo para realizar las cosas que aparentemente son pequeñas pero realmente son grandes para el ser humano; ellas, enseñan a enseñar. Gracias. Agradecimientos A cada uno de los compañeros que tuve el gusto de conocer en este nuevo camino, y en especial a Alirio Sanabria Mejía y María Rocío Parra Molina, quienes fueron un apoyo constante e incondicional. A mi familia, por su acompañamiento y presencia constante. A mis compañeros de trabajo por su paciencia y comprensión. A cada uno de los docentes de la Maestría en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales por su compromiso y sus valiosos aportes. A mi director de tesis, el profesor Manuel Fredy Molina Caballero, por ser el ser humano que es y el profesional que es. Y en general, a la Universidad Nacional de Colombia, por el compromiso que siempre ha tenido con su país; por el gran trabajo que desarrolla a través de su maestría en esta labor tan importante, enseñar. IX Resumen y Abstrac Resumen Se elaboró y aplicó una estrategia didáctica de enseñanza – aprendizaje por indagación para las fórmulas químicas de los compuestos inorgánicos binarios y su forma de nombrarlos desde la perspectiva de investigación-acción. Para aplicar la estrategia didáctica se seleccionó una población utilizando técnica de muestreo no probabilística por conveniencia. La muestra consta de 17 estudiantes del Colegio Nueva Delhi (I.E.D), que cursaban noveno grado en la jornada mañana. La estrategia didáctica se evaluó utilizando un instrumento de medida que se aplicó como test de entrada y test de salida. La confiabilidad del instrumento se evaluó a través del coeficiente de confianza de Cronbach. La escala de medida utilizada oscila entre el valor mínimo de 0 y el valor máximo de 4. Se evaluó la normalidad de las diferencias pareadas entre los puntajes finales del post – test y el pre – test, a través del coeficiente de Shapiro Wilk encontrándose, que se cumplen una distribución normal. Se aplicó el estadístico t-Student para evaluar el efecto de la estrategia didáctica a partir de las diferencias pareadas de los puntajes finales en el pre – test y el pos – test con un nivel de significancia de 0,05 encontrándose que existe un 95 % de confianza de que la estrategia didáctica de enseñanza – aprendizaje es efectiva para mejorar el proceso de enseñanza de la temática de formulación y nomenclatura de los compuestos binarios. Por último, se utilizó la metodología de investigación – acción de tipo práctica y de naturaleza cualitativa. Palabras claves: Didáctica, binarios, cronbach, normal, t-student X Resumen y Abstrac Abstrac A didactic teaching - learning by inquiry strategy was elaborated and applied for the chemical formulas of binary inorganic compounds and their way of naming them from the perspective of action research. To apply the didactic strategy, a population was selected using a non-probabilistic sampling technique for convenience. The sample consists of 17 students of the New Delhi School (I.E.D), who were in ninth grade in the morning. The didactic strategy was evaluated using a measuring instrument that was applied as an entrance test and an exit test. The reliability of the instrument was evaluated through Cronbach's confidence coefficient. The scale of measurement used oscillates between the minimum value of 0 and the maximum value of 4. The normality of the paired differences between the final scores of the post - test and the pre - test was evaluated, through the Shapiro Wilk coefficient. that a normal distribution is met. The t-Student statistic was applied to evaluate the effect of the didactic strategy from the paired differences of the final scores in the pre-test and the post-test with a level of significance of 0.05, finding that 95% exists of confidence that the teaching - learning didactic strategy is effective to improve the teaching process of the formulation and nomenclature of binary compounds. Finally, the methodology of action research of a practical nature and of a qualitative nature was used. Keywords: didactics, binaries, cronbach, normal, t-student XI Contenido Tabla de contenido Introducción .................................................................................................................................... 1 Capítulo 1 ........................................................................................................................................ 3 1. Planteamiento del problema ........................................................................................................ 3 1.1 Pregunta de investigación .................................................................................. 3 1.2 Justificación ........................................................................................................ 4 1.3 Objetivos ............................................................................................................. 5 1.3.1 Objetivo General .................................................................................. 5 1.3.2 Objetivos específicos ........................................................................... 5 Capítulo 2 ........................................................................................................................................ 6 2. Marco Teórico ............................................................................................................................. 6 2.1 Aspecto Epistemológico ..................................................................................... 6 2.2 Aspecto Disciplinar ............................................................................................. 9 2.2.1 Nomenclatura Sistemática ................................................................. 12 2.2.1.1 Nomenclatura sistemática de composición o estequiométrica. ........... 12 2.2.1.1.1. Nombre de especies homoatómicas. .......................................... 13 2.2.1.1.2. Nombre de compuestos binarios. ................................................ 14 2.2.1.2. Nomenclatura sistemática de sustitución. .......................................... 16 2.2.1.3. Nomenclatura sistemática de adición................................................. 16 2.2.1.3.1. Nomenclatura sistemática de adición aplicada a los oxácidos y sus derivados. ............................................................................................. 18 2.2.1.3.2. Nomenclatura de Hidrógeno. ....................................................... 19 2.2.2 Nomenclatura Semisistemática ......................................................... 19 XII Contenido 2.2.3 Nomenclatura Tradicional o Vulgar ...................................................19 2.3 Aspecto Didáctico ............................................................................................. 21 2.4 Aprendizaje por Indagación .............................................................................. 25 2.4.1 Evolución Histórica ............................................................................ 25 2.4.2 Sustento pedagógico de la teoría indagatoria ................................... 27 2.4.3 Etapas para desarrollar la metodología indagatoria .......................... 29 2.4.4 Alcance de la metodología por indagación ........................................ 31 2.5 Investigación Acción ......................................................................................... 33 Capítulo 3 ...................................................................................................................................... 38 3. Marco Metodológico ................................................................................................................. 38 3.1 Muestra ................................................................................................................ 38 3.2 Selección de los conceptos de la química relacionados con la representación de los compuestos inorgánicos mediante fórmulas y su nomenclatura .................. 38 3.3 Identificar los saberes previos de los estudiantes sobre estos conceptos ........ 39 3.3.1 Elaboración test de entrada ............................................................... 39 3.3.2 Confiabilidad del test implementado como instrumento de medida ... 41 3.3.3 Tratamiento de los datos obtenidos a partir de la escala de medida utilizada. ................................................................................................................... 48 3.3.3.1. Cálculo del coeficiente de alfa de Cronbach para el pre test. ............ 48 3.3.3.2. Cálculo del coeficiente de alfa de Cronbach para el post test. ........... 49 3.3.3.3. Normalidad. ........................................................................................ 49 3.4 Elementos y estructura de la estrategia didáctica de enseñanza – aprendizaje por indagación ........................................................................................................ 51 3.5 Desarrollo de la estrategia didáctica de enseñanza – aprendizaje por indagación .............................................................................................................. 51 XIII Contenido 3.5.1 Actividad 1: La caja de colores .......................................................... 51 3.5.1.1. Representación de un átomo. ............................................................ 51 3.5.1.2. Elaboración de tabla guía. ................................................................. 54 3.5.1.3. Refuerzo en cuaderno en torno a la representación de un átomo. .... 56 3.5.1.4. Elaboración de una pregunta de investigación, hipótesis y confirmación o refutación de la hipótesis. ....................................................... 56 3.5.2 Actividad 2: Encontrando las reglas escondidas para asignar los símbolos químicos. .................................................................................................... 57 3.5.2.1. Reglas para asignar símbolos químicos. ........................................... 57 3.5.2.2. Propuesta de actividad para reforzar proceso de aprendizaje. .......... 57 3.5.3 Actividad 3: Propiedades periódicas .................................................. 58 3.5.3.1. Propiedades periódicas ...................................................................... 58 3.5.3.2. Planteamiento de preguntas de investigación e hipótesis. ................. 58 3.5.4 Actividad 4: Formulación y nomenclatura de compuestos binarios. .. 59 3.5.4.1. Formulando y asignando nombres a compuestos binarios. ............... 59 3.5.4.2. Planteamiento de pregunta de investigación e hipótesis ................... 60 3.5.5 Asociación de nombres según la IUPAC con productos de uso cotidiano ................................................................................................................... 61 3.6 Aplicar la estrategia didáctica de enseñanza – aprendizaje por indagación a los estudiantes de grado noveno del colegio Nueva Delhi ......................... 62 3.6.1. Actividad 1: La caja de colores ......................................................... 62 3.6.1.1. Representación física de un átomo y elaboración de la tabla guía. ... 62 3.6.1.2. Refuerzo en cuaderno en torno a la representación de un átomo. .... 65 3.6.1.3. Elaboración de una pregunta de investigación, hipótesis y confirmación o refutación de hipótesis. ........................................................... 70 XIV Contenido 3.6.2 Actividad 2: Encontrando las reglas escondidas para asignar los símbolos químicos ..................................................................................................... 71 3.6.2.1. Reglas para asignar los símbolos químicos. ...................................... 71 3.6.2.2. Propuesta de una actividad para reforzar proceso de aprendizaje. ... 73 3.6.3 Actividad 3: Propiedades periódicas .................................................. 74 3.6.3.1. Propiedades periódicas. ..................................................................... 74 3.6.4 Actividad 4: Formulación y nomenclatura de compuestos binarios. .. 76 3.6.4.1. Formulando y asignando nombres a compuestos binarios. ............... 76 3.6.4.2. Planteamiento de pregunta de investigación e hipótesis. .................. 78 3.7 Metodología de investigación acción como instrumento de control y regulador del proceso de enseñanza – aprendizaje por indagación ....................................... 80 Capítulo 4 ...................................................................................................................................... 86 4. Resultados y Análisis de resultados ...................................................................... 86 4.1 Resultados y análisis extraídos a partir del instrumento de medida aplicado como pre test y post test ......................................................................................... 86 4.1.1 Cálculo del estadístico t-Student a partir de la diferencia entre los resultados finales del post test y el pre test ................................................................. 86 4.2 Efecto de las actividades aplicadas en el concepto deseado ........................... 89 4.2.1 Efecto de la actividad N° 1, la caja de colores, en la comprensión de la organización de la tabla periódica .............................................................. 90 4.2.2 Efecto de la actividad N° 1, la caja de colores, en la comprensión de la numeración de los grupos .......................................................................... 92 4.2.3 Efecto de la actividad N° 1, la caja de colores, sobre la comprensión de la secuencia del número atómico ................................................................... 94 4.2.4 Efecto de la actividad N° 1, la caja de colores, sobre la comprensión de la división de la tabla periódica por bloques ................................................... 96 XV Contenido 4.2.5 Efecto de la actividad N° 2, encontrando las reglas escondidas para asignar los símbolos químicos ................................................................................ 98 4.2.6 Efecto de la actividad N°2, encontrando las reglas escondidas para asignar los nombres a los elementos químicos ....................................................... 99 4.2.7 Efecto de la actividad N° 3, propiedades periódicas, en la asignación de los estados de oxidación a partir de la posición del elemento en la tabla periódica .................................................................................................................101 4.2.8 Efecto de la actividad N° 4, formulación y nomenclatura de compuestos binarios, en la identificación del número de átomos de cada elemento presentes en una formulación química...................................................................... 103 4.2.9 Efecto de la actividad N° 4, formulación y nomenclatura de compuestos binarios, en la identificación del catión y el anión en una formulación química ................................................................................................................. 105 4.2.10 Efecto de la actividad N° 4, formulación y nomenclatura de compuestos binarios, en la identificación de la función química ................................... 107 4.2.11 Efecto de la actividad N° 4, formulación y nomenclatura de compuestos binarios, en la comprensión de la nomenclatura sistemática por prefijos numeradores ............................................................................................ 109 4.2.12 Efecto de la actividad N° 4, formulación y nomenclatura de compuestos binarios, en la comprensión de la nomenclatura sistemática por número de oxidación .................................................................................................. 111 4.2.13 Efecto de la actividad N° 4, formulación y nomenclatura de compuestos binarios, en la comprensión de la formulación química ............................ 112 4.2.14 Efecto de la actividad N° 5, asociación de nombres según la IUPAC con productos de uso cotidiano ....................................................................... 114 4.2.15 Efecto de la actividad N° 3 y N° 4, en la formulación y nomenclatura de compuestos binarios, asignando correctamente los estados de oxidación116 Capítulo 5 .................................................................................................................................... 119 XVI Contenido 5. Conclusiones ....................................................................................................... 119 Capítulo 6 .................................................................................................................................... 122 6. Recomendaciones ............................................................................................... 122 Capítulo 7 .................................................................................................................................... 123 7. Bibliografia .......................................................................................................... 123 ANEXOS .................................................................................................................................... 131 Anexo 1. Consentimiento informado por parte de los padres .................................. 131 Anexo 2. Test utilizado como instrumento de medida .............................................. 135 Anexo 3. Plantilla utilizada para obtener el coeficiente de alfa de Cronbach en el pre test ........................................................................................................................... 140 Anexo 4. Plantilla utilizada para obtener el coeficiente de alfa de Cronbach en el post test ........................................................................................................................... 141 Anexo 5. Plantilla utilizada para obtener el coeficiente de Shapiro Wilk en el pre test ................................................................................................................................. 142 Anexo 6. ¨Plantilla utilizada para obtener el coeficiente de Shapiro Wilk en el post test ................................................................................................................................. 143 Anexo 7. Plantilla utilizada para obtener el coeficiente de Shapiro Wilk entre las diferencias de el post test y el pre test. .................................................................... 144 Anexo 8. Plantilla de muestra utilizada para obtener el coeficiente de Shapiro wilk entre las diferencias de porcentaje de puntuación máxima para cada una de las unidades de la escala en el ítems N° 1. ................................................................... 145 XVII Contenido Lista de tablas Tabla 1. Prefijos numeradores para especies simples y complejas utilizados en nomenclatura Química Inorgánica (Ciriano, 2016, p. 2). ................................................. 12 Tabla 2. Ejemplo de nomenclatura aplicada a especies homoatómicas (Ciriano, et al., 2016, p.3) ................................................................................................................................ 14 Tabla 3. Ejemplos de la aplicación de la nomenclatura sistemática de composición o estequiometrica en sus tres formas. ................................................................................. 17 Tabla 4. Nombres progenitores de los hidruros mononucleares (Ciriano, 2016, p. 6). ....... 18 Tabla 5. Nomenclatura de adición aplicada a diferentes ácidos oxácidos (Ciriano, et al., 2016, p. 9) ...................................................................................................................... 20 Tabla 6. Nomenclatura de hidrógeno aplicada a diferentes ácidos oxácidos (Ciriano, et al., 2016, p.11)...................................................................................................................... 20 Tabla 7. Prefijos y sufijos aplicados en nomenclatura tradicional o vulgar para los ácidos oxácidos y las sales derivadas de los ácidos oxácidos. ....................................................... 21 Tabla 8. Total de sub ítems contenidos en un test de 10 ítems, utilizado como instrumento de medida para evaluar la estrategia didáctica de enseñanza- aprendizaje de la nomenclatura química inorgánica de compuestos binarios. ................................................................... 40 Tabla 9. Conceptos que se quieren indagar a través del test de entrada (ver anexo 2) y criterios referidos. Fuente Autor. .................................................................................... 40 Tabla 10. Clasificación de la confiabilidad de un instrumento de medida según los valores de coeficientes obtenidos (Ruiz, ¿?, p. 14). ....................................................................... 42 Tabla 11. Características de cada una de las respuestas para los sub ítems 1 y 2 y su respectiva valoración en la escala. ................................................................................... 43 Tabla 12. Características de cada una de las respuestas para los sub ítems 3 y 4 y su respectiva valoración en la escala. ................................................................................... 43 Tabla 13. Características de cada una de las respuestas para los sub ítems 5 y 6 y su respectiva valoración en la escala. ................................................................................... 44 Tabla 14. Características de cada una de las respuestas para los sub ítems 7 y 8 y su respectiva valoración en la escala. ................................................................................... 45 XVIII Contenido Tabla 15. Características de cada una de las respuestas para los sub ítems 9 y su respectiva valoración en la escala. ................................................................................................... 45 Tabla 16. Características de cada una de las respuestas para los sub ítems 10 y 11 y su respectiva valoración en la escala. ................................................................................... 46 Tabla 17. Características de cada una de las respuestas para los sub ítems 12 y 13 y su respectiva valoración en la escala. ...................................................................................46 Tabla 18. Características de cada una de las respuestas para los sub ítems 14 y 15 y su respectiva valoración en la escala. ................................................................................... 47 Tabla 19. Distribución electrónica en un átomo obtenida a partir de la caja de colores. .... 55 Tabla 20. Color asignado a cada nivel de energía Tabla 21. Figura geométrica asignada a cada orbital ................................................................................................... 56 Tabla 22. Datos finales obtenidos para el Post-test y el Pre-test a partir del instrumento de medida aplicado a 17 estudiantes de grado noveno del Colegio Nueva Delhi (I.E.D). ........ 87 Tabla 23. Promedio, desviación estándar y estadístico t-student para las diferencias entre los resultados del post- test y pre-tes obtenidos aplicando el instrumento de medida en estudiantes de grado noveno. .......................................................................................... 88 Tabla 24. Valores del estadístico t-Student calculados para cada uno de los sub ítems a partir de las diferencias del post-test y pre – test. ............................................................ 90 XIX Contenido Lista de figuras Figura 1. Tabla periódica de los elementos químicos adaptada de la IUPAC por Carlos Alonso (Román, et al., 2016, p. 7) .................................................................................... 10 Figura 2. Secuencia de los elementos químicos para formular y nombrar los compuestos binarios (Román, et al., 2016, p. 5). ................................................................................. 11 Figura 3. Un modelo de aprendizaje por medio de la Indagación científica (tomada de Harlen, 2015 y presentado en Harlen, 2016, p. 27) ........................................................... 31 Figura 4. Imagen de espiral de ciclos para la metodología de investigación-acción (García, 2009, p. 390) ................................................................................................................... 34 Figura 5. Trabajo 1 (Parte A) Estudiante grado noveno. Colegio Nueva Delhi (I.E.D) ....... 62 Figura 6.Trabajo 1 (Parte B) Estudiante grado noveno. Colegio Nueva Delhi (I.E.D) ........ 62 Figura 7. Trabajo 1 (Parte C) Estudiante grado noveno. Colegio Nueva Delhi (I.E.D) ....... 63 Figura 8. Trabajo 2 (Parte A). Estudiante grado noveno. Colegio Nueva Delhi (I.E.D) ...... 63 Figura 9. Trabajo 2 (Parte B). Estudiante grado noveno. Colegio Nueva Delhi (I.E.D) ...... 63 Figura 10. Trabajo 3. Elaboración de la tabla guía a partir de la representación física de un átomo. ............................................................................................................................ 64 Figura 11. Trabajo 4. Elaboración de la tabla guía a partir de la representación física de un átomo. ............................................................................................................................ 65 Figura 12. Trabajo 5. Estudiante grado noveno. Colegio Nueva Delhi (I.E.D) ................... 65 Figura 13. Trabajo 6. (Parte A). Estudiante de grado noveno. Colegio Nueva Delhi (I.E.D) ...................................................................................................................................... 66 Figura 14.Trabajo 6 (Parte B). Estudiante de grado noveno. Colegio Nueva Delhi (I.E.D) . 66 Figura 15. . Trabajo 6 (Parte C). Estudiante de grado noveno. Colegio Nueva Delhi (I.E.D) ...................................................................................................................................... 67 Figura 16. Trabajo 7. Estudiante de grado noveno. Colegio Nueva Delhi (I.E.D) ............... 67 Figura 17. Trabajo 8 (Parte A). Estudiante de grado noveno. Colegio Nueva Delhi (I.E.D) 68 Figura 18.. Trabajo 8 (Parte B). Estudiante de grado noveno. Colegio Nueva Delhi (I.E.D) ...................................................................................................................................... 68 Figura 19. Trabajo 8 (Parte C). Estudiante de grado noveno. Colegio Nueva Delhi (I.E.D) 68 Figura 20.Trabajo 9 (Parte A). Estudiante de grado noveno. Colegio Nueva Delhi (I.E.D) 69 XX Contenido Figura 21.Trabajo 9 (Parte B). Estudiante de grado noveno. Colegio Nueva Delhi (I.E.D) . 69 Figura 22. Trabajo 9 (Parte C). Estudiante de grado noveno. Colegio Nueva Delhi (I.E.D) 69 Figura 23. Trabajo 1. Elaboración de pregunta de investigación, hipótesis, confirmación o refutación de hipótesis a partir de la actividad N°1 La caja de colores. ............................ 70 Figura 24. Trabajo 2. Elaboración de pregunta de investigación, hipótesis, confirmación o refutación de hipótesis a partir de la actividad N°1 La caja de colores. ............................ 70 Figura 25. Trabajo 3. Elaboración de pregunta de investigación, hipótesis, confirmación o refutación de hipótesis a partir de la actividad N°1 La caja de colores. ............................ 71 Figura 26. Trabajo 1 (Parte A). Encontrando reglas escondidas para asignar los símbolos químicos......................................................................................................................... 72 Figura 27. Trabajo 1 (Parte B). Encontrando reglas escondidas para asignar los símbolos químicos ........................................................................................................................ 72 Figura 28.Trabajo 1 (Parte C). Encontrando reglas escondidas para asignar los símbolos químicos......................................................................................................................... 73 Figura 29. Trabajo 1 Rompecabezas, como estrategia para reforzar proceso de aprendizaje. ...................................................................................................................................... 73 Figura 30.Trabajo 2. Estrategia para reforzar proceso de aprendizaje. ............................ 74 Figura 31. Organización de fichas y posterior identificación de similitudes para cada uno de los grupos representativos. ............................................................................................. 74 Figura 32.Trabajo 1. Elaboración de pregunta de investigación, hipótesis, confirmación o refutación de hipótesis a partir de la actividad N°3 Propiedades Periódicas. .................... 74 Figura 33. Trabajo 2. Elaboración de pregunta de investigación, hipótesis, confirmación o refutación de hipótesis a partir de la actividad N°3 Propiedades Periódicas. .................... 75 Figura 34. Trabajo 3. Elaboración de pregunta de investigación, hipótesis, confirmación o refutación de hipótesis a partir de la actividad N°3 Propiedades Periódicas. .................... 75 Figura 35. Trabajo 1. Algunas estructuras utilizadas para formulación y nomenclatura .. 76 Figura 36. Trabajo 2. Algunas estructuras utilizadas para formulación y nomenclatura ... 76 Figura 37. Formulación y nomenclatura del compuesto binario 1. .................................... 76 Figura 38. Formulación y nomenclatura del compuesto binario 2. .................................... 77 Figura 39. Formulación y nomenclatura del compuesto binario 3. ................................... 77 Figura 40. Formulación y nomenclatura del compuesto binario 4. .................................... 78 XXI Contenido Figura 41. Trabajo 1. Elaboración de pregunta de investigación, hipótesis, confirmación o refutación de hipótesis a partir de la actividad N°4 formulación y nomenclatura de compuestos binarios. ...................................................................................................... 78 Figura 42. Trabajo 2. Elaboración de pregunta de investigación, hipótesis, confirmación o refutaciónde hipótesis a partir de la actividad N°4 formulación y nomenclatura de compuestos binarios. ...................................................................................................... 79 Figura 43. Trabajo 3. Elaboración de pregunta de investigación, hipótesis, confirmación o refutación de hipótesis a partir de la actividad N°4 formulación y nomenclatura de compuestos binarios ....................................................................................................... 79 Figura 44. Imagen de espiral de ciclos modificada a partir de García (2009) aplicada a la metodología de investigación-acción. .............................................................................. 80 XXII Contenido Lista de gráficas Gráfica 1. Resultados obtenidos de la aplicación del instrumento de medida como pre – test y post – test a estudiantes de grado noveno...................................................................... 89 Gráfica 2. Resultados obtenidos de la aplicación de la actividad N° 1, la caja de colores en el sub ítems N° 3, para mejorar la comprensión de la estructura de la tabla periódica. ........ 91 Gráfica 3. Porcentaje de estudiantes según la escala de medida alcanzada antes y después de aplicar la actividad N° 1, la caja de colores en el sub ítems N° 3, que busca mejorar la comprensión de la estructura de la tabla periódica. ......................................................... 92 Gráfica 4. Resultados obtenidos de la aplicación de la actividad N° 1, la caja de colores en el sub ítems N° 4, para mejorar la comprensión de la numeración de los grupos en la tabla periódica ........................................................................................................................ 93 Gráfica 5. Porcentaje de estudiantes según la escala de medida alcanzada antes y después de aplicar la actividad N° 1, la caja de colores en el sub ítems N° 4, que busca mejorar la comprensión de la numeración de la tabla periódica. ...................................................... 94 Gráfica 6. Resultados obtenidos de la aplicación de la actividad N° 1, la caja de colores en el sub ítems N° 5, para mejorar la comprensión de la secuencia del número atómico en la tabla periódica. .............................................................................................................. 95 Gráfica 7. Porcentaje de estudiantes según la escala de medida alcanzada antes y después de aplicar la actividad N° 1, la caja de colores sub ítems N°5, que busca mejorar la comprensión de la secuencia del número atómico en la tabla periódica. ........................... 96 Gráfica 8. Resultados obtenidos de la aplicación de la actividad N° 1, la caja de colores en el sub ítems N° 6, para mejorar la comprensión de la organización de la tabla periódica por bloques. ......................................................................................................................... 97 Gráfica 9. Porcentaje de estudiantes según la escala de medida alcanzada antes y después de aplicar la actividad N° 1, la caja de colores en el sub ítems N° 6, que busca mejorar la comprensión de la organización de la tabla periódica por bloques. .................................. 97 Gráfica 10. Resultados obtenidos de la aplicación de la actividad N° 2, encontrando las reglas escondidas para asignar los símbolos químicos en el sub ítems N° 1, que busca facilitar la enseñanza – aprendizaje de la nomenclatura. ................................................. 99 XXIII Contenido Gráfica 11. Porcentaje de estudiantes según la escala de medida alcanzada antes y después de aplicar la actividad N° 2, encontrando las reglas escondidas para asignar los símbolos químicos en el sub ítems N° 1, que busca facilitar la enseñanza – aprendizaje de la nomenclatura. ................................................................................................................ 99 Gráfica 12. Resultados obtenidos de la aplicación de la actividad N° 2, encontrando las reglas escondidas para asignar los símbolos químicos en el sub ítems N° 2 ..................... 100 Gráfica 13. Porcentaje de estudiantes según la escala de medida alcanzada antes y después de aplicar la actividad N° 2, encontrando las reglas escondidas para asignar los símbolos químicos en el sub ítems N° 2. ....................................................................................... 101 Gráfica 14. Resultados obtenidos de la aplicación de la actividad N° 3, propiedades periódicas en el sub ítems N° 12, que busca mejorar la comprensión en la asignación de los estados de oxidación ..................................................................................................... 102 Gráfica 15. Porcentaje de estudiantes según la escala de medida alcanzada antes y después de aplicar la actividad N° 3, propiedades en el sub ítems N° 12, que busca mejorar la comprensión en la asignación de los estados de oxidación. ............................................. 103 Gráfica 16. Resultados obtenidos de la aplicación de la actividad N° 4, formulación y nomenclatura de compuestos binarios sub ítems N°7, que busca mejorar la comprensión en la identificación del número de átomos de un elemento químico presentes en una formulación química .................................................................................................... 104 Gráfica 17. Porcentaje de estudiantes según la escala de medida alcanzada antes y después de aplicar la actividad N° 4, formulación y nomenclatura de compuestos binarios sub ítems N°7, que busca mejorar la comprensión en la identificación del número de átomos de un elemento químico presentes en una formulación ........................................................... 105 Gráfica 18. Resultados obtenidos de la aplicación de la actividad N° 4, formulación y nomenclatura de compuestos binarios sub ítems N°8, que busca mejorar la comprensión en la identificación del catión y anión presentes en una formulación química ............................... 106 Gráfica 19. Resultados obtenidos de la aplicación de la actividad N° 4, formulación y nomenclatura de compuestos binarios sub ítems N°8, que busca mejorar la comprensión en la identificación del catión y anión presentes en una formulación química ........................... 107 XXIV Contenido Gráfica 20. Resultados obtenidos de la aplicación de la actividad N° 4, formulación y nomenclatura de compuestos binarios sub ítems N°9, que busca mejorar la comprensión en la identificación de la función química en una formulación química. ............................. 108 Gráfica 21. Porcentaje de estudiantes según la escala de medida alcanzada antes y después de aplicar la actividad N° 4, formulación y nomenclatura de compuestos binarios sub ítems N°9, que busca mejorar la comprensión en la identificación de la función química en una formulación química. ................................................................................................... 108 Gráfica 22. Resultados obtenidos de la aplicación de la actividad N° 4, formulación y nomenclatura de compuestos binarios sub ítems N°10, que busca mejorar la comprensión de la nomenclatura sistemática por prefijos numeradores ............................................. 110 Gráfica 23. Porcentaje de estudiantes según la escala de medida alcanzada antes y después de aplicar la actividad N° 4, formulación y nomenclatura de compuestos binarios sub ítems N°10, que busca mejorar la comprensión de la nomenclatura sistemática por prefijos numeradores. ............................................................................................................... 110 Gráfica 24. Resultados obtenidos de la aplicación de la actividad N° 4, formulación y nomenclatura de compuestos binarios sub ítems N°11, que busca mejorarla comprensión de la nomenclatura sistemática por número de oxidación .............................................. 112 Gráfica 25. Porcentaje de estudiantes según la escala de medida alcanzada antes y después de aplicar la actividad N° 4, formulación y nomenclatura de compuestos binarios sub ítems N°11, que busca mejorar la comprensión de la nomenclatura sistemática por número de oxidación...................................................................................................................... 112 Gráfica 26. Resultados obtenidos de la aplicación de la actividad N° 4, formulación y nomenclatura de compuestos binarios sub ítems N°13, que busca mejorar la comprensión del proceso de formulación ........................................................................................... 113 Gráfica 27. Porcentaje de estudiantes según la escala de medida alcanzada antes y después de aplicar la actividad N° 4, formulación y nomenclatura de compuestos binarios sub ítems N°13, que busca mejorar la comprensión del proceso de formulación ............................ 114 Gráfica 28. Resultados obtenidos de la aplicación de la actividad N° 5, asociación de nombres según la IUPAC con productos de uso cotidiano sub ítems N°14, que busca mejorar la relación entre la nomenclatura y productos de uso cotidiano ........................ 115 XXV Contenido Gráfica 29. Porcentaje de estudiantes según la escala de medida alcanzada antes y después de aplicar la actividad N° 5, asociación de nombres según la IUPAC con productos de uso cotidiano sub ítems N°14, que busca mejorar la relación entre la nomenclatura y productos de uso cotidiano ........................................................................................... 115 Gráfica 30. Resultados obtenidos de la aplicación de la actividad N° 3 y N° 4, sub ítems N°15, que busca comprender criterios para asignar estados de oxidación. ..................... 117 Gráfica 31. Porcentaje de estudiantes según la escala de medida alcanzada antes y después de aplicar la actividad N° 3 y N° 4, sub ítems N°15, que busca comprender criterios para asignar estados de oxidación. ........................................................................................ 117 1 Introducción Introducción El uso adecuado de los símbolos químicos y del lenguaje en química, formulación y nomenclatura, es de estricta obligatoriedad, no solamente a nivel de la comunidad científica, sino de todos los actores que estén conectados con esta ciencia; entre estos cabe mencionar, editores de libros de texto escolar, educadores y sin excluir, los educandos. Para dar un ejemplo, en investigaciones realizadas sobre el lenguaje químico utilizado en cinco libros de texto Mi – Ja Nam y Hee K Chae (2007) expresaron: “que el ácido clorhídrico fue descrito como HCl, HCl (ac), cloruro de hidrógeno (ac) y cloruro de hidrógeno acuoso” (p.4). Este ejemplo permite deducir, que a pesar de que la Unión Internacional de Química Pura y aplicada (IUPAC), está revisando y publicando constantemente las sugerencias para unificar el lenguaje químico, en la práctica, no hay unificación en el uso del lenguaje químico. Así, como no hay unificación en el uso correcto del lenguaje químico, que se hace evidente en la aplicación de la formulación y nomenclatura de compuestos inorgánicos en libros de texto, también es importante tener en cuenta la dinámica de la enseñanza en la educación básica secundaria sobre esta temática. García y Bertomeu (1998) indican que al comparar libros del siglo XX con libros del siglo XIX, son escasas las novedades introducidas en este largo periodo de enseñanza. Básicamente, la metodología consiste en presentar listas de reglas para nombrar diferentes compuestos químicos inorgánicos y orgánicos. Sin embargo, si se han venido desarrollando estrategias de trabajo que buscan cambiar las dinámicas monótonas, y poco eficientes de la enseñanza en el aula. Para mencionar un ejemplo, Jones y Ball (como se citó en Bradley y Steenberg ,¿?) proponen el uso de tarjetas de cartón como ayudas visuales con el fin de que, a los estudiantes se les facilitara realizar formulaciones. Unido a las diferentes estrategias para desarrollar en el aula de clase, se encuentran trabajos que involucran diversidad de metodologías, que además de facilitar el proceso de enseñanza – aprendizaje de la nomenclatura, también persiguen que el estudiante sea capaz de reconstruir su propio conocimiento y desarrollar aprendizaje significativo. Dentro de estos trabajos se pueden citar: López, Porcel, Salinas y Montilla (2015), Valero y Mayora (2009), Uzcátegui y Betancourt (2013), Camacho, Casilla y Finol (2008), entre otros. 2 Introducción En general, las dificultades presentadas anteriormente con respecto a la unificación del lenguaje químico, las estrategias de enseñanza de esta temática en el aula de clase, y las diferentes metodologías de enseñanza no son ajenas al Colegio Nueva Delhi (I.E.D). Este, se encuentra ubicado en la localidad cuarta de San Cristóbal, es de género mixto y de naturaleza urbana, cuenta con dos jornadas (mañana y tarde), con los niveles educativos: preescolar-básica, primaria-básica, secundaría y media así como el programa: volver a la escuela modalidad académica. En esta institución, se ha observado que al abordar la temática de nomenclatura, esta se torna aburrida, monótona, y no hay relación positiva entre los procesos de enseñanza – aprendizaje y los resultados obtenidos. Para afrontar esta problemática, se desarrolló una estrategia didáctica de enseñanza – aprendizaje por indagación con educandos de grado noveno y se aplicó la metodología de investigación acción, la cual involucra una serie de pasos que se deben repetir de forma cíclica como son: planificar, actuar, observar y reflexionar (García, 2009). Estos pasos, permiten garantizar un seguimiento constante del trabajo realizado por el docente en el aula de clase. La estrategia didáctica de enseñanza – aprendizaje por indagación permitió contribuir al educando en el desarrollo de las habilidades como planteamiento de preguntas, formulación de hipótesis, observación, clasificación y deducción. Por último, el documento final, resultado de la aplicación de la estrategia – didáctica se encuentra dividido en ocho capítulos. Capítulo 1, Planteamiento del problema; Capítulo 2, Marco teórico; Capítulo 3, Marco metodológico; Capítulo 4, Resultados; Capítulo 5: Conclusiones; Capítulo 6, Recomendaciones; Capítulo 7, Bibliografía; Capítulo ocho, los Anexos. 3 Capítulo 1 Planteamiento del problema Capítulo 1 1. Planteamiento del problema Según Ben – Zvi y Hofstei (como se citó en Mi – JaNam y Hee k. Chae, 2007) una de las dificultades de los procesos de aprendizaje, es el problema de la comunicación por falta de uso adecuado del lenguaje. Además; no es desconocido, que una de las problemáticas que más afecta el proceso de enseñanza de la nomenclatura a nivel de educación básica secundaria, es la tendencia a una enseñanza lineal, que se traduce en intentar memorizar reglas para dar el nombre a las diferentes formulaciones químicas; sin ahondar, en las diferentes estrategias didácticas que se hayan desarrollado para, no solamente, facilitar el proceso de enseñanza aprendizaje de la nomenclatura; sino además, aprovechar la riqueza que se esconde en el aprendizaje de otros conceptos. (García y Bertomeu, 1998; Valero y Mayora, 2009). El colegio Nueva Delhi I.E.D, no es ajeno a esta problemática, ya que se evidencia en los educandos, la dificultad y desinterés por comprender esta temática. Particularmente, en el grado noveno de la jornada mañana (en la asignatura de Química), se ha observado que al abordar la temática de nomenclatura en compuestos inorgánicos, losestudiantes muestran dificultad en identificar y comprender quién es el catión y quién es el anión; identificación de grupos funcionales; entender cómo se formulan los diferentes compuestos, todo esto desencadena, en que el proceso de aprendizaje se vuelva memorístico, generando apatía y falta de interés. Esta problemática puede derivarse de la aplicación de metodologías de enseñanza no acordes; además, de la falta de hábitos de estudio. 1.1 Pregunta de investigación 4 Capítulo 1 Planteamiento del problema ¿Cuál puede ser una estrategia didáctica de enseñanza - aprendizaje por indagación, que permita aprehender la estructuración de las fórmulas químicas como representación de los compuestos inorgánicos binarios y su forma de nombrarlos, con estudiantes de grado noveno, desde la perspectiva de la investigación-acción? 1.2 Justificación “El verdadero aprendizaje se basa en el descubrimiento guiado por un tutor más que en la simple transmisión de conocimientos” John Dewey El desarrollo del lenguaje es fundamental para la comunicación entre los diferentes individuos, y es de vital importancia a nivel de las comunidades científicas (Díaz, Vargas y Pérez, 2009); ahora bien, en una sociedad cada vez más inmersa en los desarrollos científicos y tecnológicos que afectan su diario vivir, es necesario que sea alfabetizada científicamente; es decir, que este en capacidad de interpretar y comprender procesos, sucesos, hechos y consecuencias de los nuevos desarrollos. El aprendizaje de la nomenclatura química inorgánica, cobra gran importancia, ya que el uso y comprensión del lenguaje químico, es la puerta de entrada que permite la comunicación y posterior relación entre el conocimiento que engloba esta ciencia, química, y el mundo en el cual se encuentra el educando. El proceso de enseñanza- aprendizaje de la formulación y nomenclatura de los diferentes compuestos inorgánicos, a través de la metodología de indagación, permite contribuir en la comprensión e interpretación de su mundo; esto le permitirá, no solo interpretar las diferentes sustancias con las que se encuentran en contacto día a día, sino que con una búsqueda más profunda, que nazca del interés del educando, podrá interpretar la importancia; además de, la desventaja de algunos compuestos, buscando que sea el estudiante quien reconstruya su nuevo conocimiento. 5 Capítulo 1 Planteamiento del problema 1.3 Objetivos 1.3.1 Objetivo General Desarrollar una estrategia didáctica de enseñanza - aprendizaje por indagación de las fórmulas químicas como representación de los compuestos inorgánicos y su forma de nombrarlos desde la perspectiva de la investigación-acción con estudiantes de grado noveno del Colegio Nueva Delhi. 1.3.2 Objetivos específicos - Seleccionar los conceptos de la química relacionados con la representación de los compuestos inorgánicos mediante fórmulas y su nomenclatura. - Identificar los saberes previos de los estudiantes sobre estos conceptos. - Definir los elementos y la estructura de la estrategia didáctica de enseñanza – aprendizaje por indagación. -Desarrollar la estrategia didáctica de enseñanza – aprendizaje por indagación. -Aplicar la estrategia didáctica de enseñanza – aprendizaje por indagación a los estudiantes de grado noveno del Colegio Nueva Delhi. - Utilizar la metodología de investigación – acción como instrumento de control y regulador del proceso de enseñanza – aprendizaje por indagación. 6 Capítulo 2 Marco Teórico Capítulo 2 2. Marco Teórico 2.1 Aspecto Epistemológico La nomenclatura química inorgánica tiene sus orígenes en la edad antigua con aportes de civilizaciones como Egipto, Mesopotamia, China, India y Grecia; es así, que metales como el oro y la plata eran ya ampliamente conocidos y utilizados como decorativos de lugares (Templos) y directamente aplicados en el cuerpo de personas de alto rango social (Díaz, Vargas y Perez,2009). Para el año 2500 a.c en Egipto, el oro era llamado NUB y la plata “elektron”, civilizaciones primitivas le otorgaron al cobre nombres como Kalkos y AES Chyprium, y a las aleaciones de cobre se le dio el nombre de CHOMT. Civilizaciones de Grecia también conocían y utilizaban oro mezclado con altas proporciones de plata, mezcla llamada ASEM o electrum (Díaz et al., 2009). En este paso histórico, los alquimistas, a pesar de utilizar una ciencia ocultista jugaron un papel importante ya que constituyeron el primer paso para la consolidación de un lenguaje propio de la química. Para el siglo XV Paracelsus logra diferenciar entre alumbres y vitriolos e introduce por primera vez la palabra “alcohol” para denominar una sustancia conocida como “espíritu de vino” (Díaz et al., 2009). Van Helmont, introduce la palabra “gas” y designa a la sustancia que se desprende de la quema de carbón vegetal con el nombre de espíritu silvestre; Glauber, distinguió entre los ácidos sulfuroso “SPIRITUS VOLATILIS VITRIOLI” y ácido sulfúrico “OLEUM ACIDUM VITRIOLI”, además de preparar los ácidos nítrico “SPIRITUS NITRI” y el ácido clorhídrico “ácido muriático” (Díaz et al., 2009). Posteriormente, Mosquera (como se citó en Díaz et al., 2009) afirma que Geoffroy retoma los símbolos alquimistas para designar ácidos y bases; este trabajo, le sirve de inspiración a Bergman cuyos aportes “tienen gran importancia para la creación de una nueva terminología química basada en la visión moderna de la composición” (Díaz et al., 2009, p.1012). Para el siglo XVIII, Antoine Laurent 7 Capítulo 2 Marco Teórico Lavoisier y sus seguidores Louis Bernard Guyton, Claude Louis Berthollet, Antoine Fourcroy, G Monge, A. Seguin y N. L. Vauquelin se mostraron preocupados por el lenguaje químico utilizado hasta esa fecha y el cual no contaba con unas normas claras (Díaz et al., 2009). Fue “Guyton de Morveau quien desarrolló un sistema de nomenclatura química en 1782” (Connelly, Damhus, Hartshorn y Hutton, 2005, p. 13). Guyton postuló su sistema de nomenclatura en compañía de sus colaboradores en el libro “Methode de Nomenclature Chimie”. En este libro las sustancias simples, se les asignan nombres que pueden incluir el lugar de origen, propiedades químicas de los elementos, nombres de quien los descubren; mientras que, las sustancias compuestas se nombran mediante un sistema binario que involucra las raíces de los elementos que forman el compuesto; por ejemplo, “arcanum duplicatum” se empezó a denominar sulfato de potasa (García y Bertomeu, 1998). Para aquellos nombres que no permitían diferenciar entre diferentes compuestos se introdujo el uso de sufijos, así el ácido sulfúrico se utilizó para un compuesto de azufre saturado de oxígeno y para sus sales se utilizó el término sulfato; mientras que, el ácido sulfuroso se utilizó para designar un compuesto de azufre unido a menor cantidad de oxígeno y para sus sales se utilizó el término sulfito (Garcia y Bertomeu, 1998). Para el año 1808 John Dalton, Químico y Físico, publicó en su libro “Nuevo sistema de filosofía Química” el primer sistema basado en símbolos para representar los átomos y las moléculas pero este sistema no perduro (Díaz et al., 2009). En el año 1813 el químico sueco, Juan Jacobo Berzelius, crea un lenguaje científico nuevo basado en la primera letra del nombre del elemento en latín y en mayúscula. Para aquellos elementos que les correspondía la misma letra, tomó las dos primeras letras de las cuales la segunda se escribe en minúscula (Díaz.et al., 2009). Para representar los compuestos Berzelius (como se citó en Diaz et al., 2009) colocó los dos símbolos químicos uno junto al otro y el signo más entre ellos, por ejemplo, El óxido de cobre (Cu + O) ó el agua (2H + O), donde el elemento electropositivo era el que aparecía en primer lugar. Más adelante, Berzeliusprescindió del signo más y puso los dos elementos uno junto al otro. Los diferentes números de los elementos estaban, entonces, indicados por superíndices, por ejemplo, S2O3, este simbolismo 8 Capítulo 2 Marco Teórico algebraico solo empezó a ser usado en la década de 1830, sin embargo, en la actualidad se utilizan los simbolismos propuestos por Liebig (1803-1873). (p. 1013) Treinta años después, en 1860, se celebró el primer congreso de Química en Karlsruhe (Alemania), convocado por Kekule, Wurtz y Karl Weltzien que tuvo gran significado en la construcción de la química como ciencia moderna. Los objetivos fundamentales de este congreso fueron la definición de importantes conceptos químicos, tales como los expresados por las palabras átomo, molécula, equivalente, atomicidad, basicidad, etc.; discusión de los equivalentes verdaderos de los cuerpos y sus fórmulas; la institución de una notación uniforme y una nomenclatura racional (Cid, 2009). Dentro de las consecuencias a largo plazo que se derivaron de este congreso se pueden mencionar adopción de nuevos pesos atómicos (…); mejora en la representación de los compuestos químicos propuesta por Kekule (…); reconocimiento de que ciertos elementos como el hidrógeno, oxígeno, nitrógeno o cloro son sustancias formadas por moléculas diatómicas y no átomos individuales; la importante aportación realizada por el químico inglés Edward Frankland en relación a sus estudios sobre el concepto de valencia. (Cid, 2009, p. 400) A raíz de este congreso, surgió la necesidad de que los científicos se sigan reuniendo para discutir diferentes conceptos, teorías, leyes; para que de esta manera, se permita la evolución de la ciencia. Es así, que 32 años después, “en 1892 se celebró otro encuentro nacional de química en Ginebra (Suiza) que supuso el primer intento de sistematización de la nomenclatura orgánica” (Cid, 2009, p. 402). Para el año 1911, se crea la Asociación Internacional de Sociedades Químicas, considerada como la predecesora de la actual Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) establecida en 1919. Díaz et al. (2009) indicó que: En 1913, El Consejo de la Asociación Internacional de Sociedades Químicas nombró una comisión de nomenclatura para compuestos inorgánicos y orgánicos, pero la Primera Guerra Mundial terminó abruptamente sus actividades. El trabajo fue 9 Capítulo 2 Marco Teórico reanudado en 1921, cuando la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada) en su segunda conferencia nombró comisiones para la nomenclatura de los compuestos inorgánicos, orgánicos, químicos y biológicos tales como la Comisión de la nomenclatura de química orgánica (CNOC) y la Comisión de la nomenclatura química inorgánica (CNIC) y generó publicaciones que se dan en cierto tiempo donde se refleja información de las nuevas correcciones. (p.1013-1014) Es así, que el primer informe de la comisión de nomenclatura para compuestos inorgánicos en 1940, generó conciencia sobre la necesidad de un desarrollo más sistemático en la nomenclatura. Algunas de las características más importantes de ese informe fue la aprobación del sistema Stock para indicar los estados de oxidación, el establecimiento para citar los compuestos binarios en las formulas y en los nombres, y el desarrollo de prácticas uniformes para nombrar diferentes compuestos. Estas revisiones de la IUPAC fueron examinadas y publicadas en un pequeño libro en 1959, seguida de una revisión en 1971 y un suplemento titulado como nombrar las sustancias inorgánicas en 1977. En 1990 las recomendaciones de la IUPAC, fueron revisadas nuevamente con el fin de reunir los cambios que se habían realizado en los últimos 20 años y en el año 2001 se publicó el libro titulado Nomenclatura de Química Inorgánica. Recomendaciones de 1990 (Libro Rojo I), y el cual, es reemplazado actualmente por el libro de Nomenclatura de Química Inorgánica: Recomendaciones de la IUPAC 2005. Este último además, reemplaza donde sea procedente al libro Nomenclatura de Química Inorgánica II. Recomendaciones de la IUPAC de 2000 (Libro Rojo II). El libro de Nomenclatura de Química Inorgánica: Recomendaciones de la IUPAC 2005 se considera la guía definitiva para los científicos que trabajan en el mundo académico o en la industria, para los editores de libros, revistas científicas y bases de datos (Connelly et al., 2005). 2.2 Aspecto Disciplinar El proceso de aprendizaje de nomenclatura química inorgánica está relacionado con unos conceptos previos, entre ellos se encuentra, apropiación de la tabla periódica (Ver Figura N° 1). Para esto, es necesario que el estudiante reconozca el esqueleto de la tabla periódica; que 10 Capítulo 2 Marco Teórico aplique la nueva numeración de los grupos utilizando números arábigos del 1 hasta el 18; que comprenda que los elementos del grupo 1 y 2 pertenecen al bloque s, los elementos del grupo 3 al 12 corresponden al grupo d (elementos de transición, se exceptúan los del grupo 12), los elementos del grupo 13 al 18 corresponden al bloque p (con excepción del He), y los del bloque f (algunas veces denominados elementos de transición interna) se buscan en la serie de lantánidos y actínidos; que distinga las dos casillas asignadas para los lantánidos y los Actínidos (Olivares, 2011-2014); tener en cuenta acuerdos en el uso de símbolos químicos y algunos nombres de Figura 1. Tabla periódica de los elementos químicos adaptada de la IUPAC por Carlos Alonso (Román, et al., 2016, p. 7) elementos químicos como, por ejemplo, el símbolo químico del elemento Laurencio es Lr y puede ser llamado Laurencio o Lawrencio, los nombres de I y At son respectivamente yodo y Astato o Ástato, Teluro o Telurio son aceptados para el símbolo químico Te, así como Tántalo o Tantalio son aceptados para el símbolo químico Ta (Olivares, 2011-2014); comprender los criterios para formular un compuesto (Román, Barandika, Martín y Perez, 11 Capítulo 2 Marco Teórico 2016) y la aplicación de las simbologías adaptadas como puntos, comas, corchetes, paréntesis y llaves (Connelly, et al.,2005). Además de lo anterior, se debe tener en cuenta las recomendaciones sugeridas en el libro de Nomenclatura de Química Inorgánica del año 2005 (Connelly, et al., 2005). En estas recomendaciones se indica que los compuestos binarios están formados por átomos de dos elementos químicos diferentes y para formular estos compuestos, ya no se tiene en cuenta la electronegatividad, como se venía haciendo, sino el orden de los elementos químicos (o su equivalente a electronegatividades convencionales) como se muestra en el esquema de la figura N°2. En este esquema, el Hidrógeno, lo han localizado entre el Nitrógeno y el Oxígeno (Grupos Figura 2. Secuencia de los elementos químicos para formular y nombrar los compuestos binarios (Román, et al., 2016, p. 5). 15 y 16) y los gases nobles han sido ubicados antes del grupo de los metales alcalinos (Ciriano, Borrás y de Jesús, 2016, p. 1). Para formular los compuestos binarios, el elemento que se escribe a la derecha; es decir, el más electronegativo (anión) es el que se encuentran iniciando la flecha y el elemento que se escribe a la izquierda; es decir, el más electropositivo (catión) es el que se encuentra finalizando la flecha, luego, se escribe el número de átomos de cada elemento en la molécula, con números arábigos, escritos a la derecha del símbolo químico y como subíndice. Por último, las sugerencias para nomenclatura también afectan los nombres de los iones, la nomenclatura de oxoácidos y oxosales y la nomenclatura del hidrógeno; se introducen 12 Capítulo 2 Marco Teórico nuevos nombres en los hidruros y definitivamente se eliminan los nombres de fosfina, arsina y estibina (Ciriano, et al., 2016). Actualmente, la nomenclaturaquímica inorgánica se clasifica en tres tipos: sistemática, semisistemática y tradicional o vulgar. 2.2.1 Nomenclatura Sistemática Permite inferir al menos la composición química del compuesto. Esta puede ser de tres tipos: de composición o estequiométrica, sustitución y adición. 2.2.1.1 Nomenclatura sistemática de composición o estequiométrica. Esta nomenclatura es la más importante en bachillerato. Está basada en la composición y no en la estructura. Presenta el nombre del compuesto basado en el tipo de elementos químicos presentes y se puede expresar de tres formas: por prefijos numeradores, números de oxidación y números de carga -estrictamente para compuestos iónicos- (Román, et al., 2016). Para efectos prácticos, la nomenclatura que hace uso de prefijos numeradores se aplica a especies homoatómicas y especies heteropoliatómicas como los compuestos binarios formados entre hidrógeno, oxígeno y elementos del grupo de los halógenos con otros elementos químicos de la tabla periódica. Los prefijos utilizados se indican en la Tabla 1 (Ciriano, et al., 2016, p. 2). Tabla 1. Prefijos numeradores para especies simples y complejas utilizados en nomenclatura Química Inorgánica (Ciriano, 2016, p. 2). N° SIMPLE COMPLEJAS N° SIMPLE COMPLEJAS 2 di bis 8 octa octakis 3 tri tris 9 nona nonakis 4 tetra tetrakis 10 deca decakis 5 penta pentakis 11 undeca undecakis 6 hexa hexakis 12 dodeca dodecakis 7 hepta heptakis 13 icosa icosakis 13 Capítulo 2 Marco Teórico El prefijo mono se utiliza, estrictamente, cuando no se distingue de qué compuesto se está hablando; ejemplo, monóxido de carbono. No se admiten contracciones entre vocales; ejemplo, pentaóxido es la forma correcta como se debe escribir; mientras que, pentóxido es la forma incorrecta de escribir, con excepción de monóxido de carbono (Ciriano, et al., 2016, p. 2). 2.2.1.1.1. Nombre de especies homoatómicas. Formadas únicamente por átomos de un elemento, el nombre se forma combinando el nombre del elemento con el prefijo multiplicador que corresponde al número de átomos de este elemento en la molécula. El prefijo 'mono' se usa únicamente cuando el elemento no se presenta en la naturaleza en estado monoatómico, en el caso de las moléculas de los gases nobles, estas son monoatómicas, por lo tanto no se les coloca el prefijo (Ciriano, et al., 2016). Para el caso de los iones se puede hacer uso de la nomenclatura sistemática de composición por número de carga, recordando, que cuando estos sean cationes, se nombran añadiendo los números de carga entre paréntesis, sin espacio y con el formato (n+), ejemplo, (1+), (3+), (2+) (Ciriano, et al., 2016) y cuando la especie iónica es un anión, el nombre de este se genera añadiendo el sufijo '‒uro' en lugar de las terminaciones de los nombres de los elementos: '‒eso', '‒ico', '‒o', '‒io', '‒ogeno', '‒ono', u '‒oro' (Connelly, et al., 2005; Ciriano, et al., 2016), seguido del número de carga en paréntesis y escrito a la derecha , sin espacio y con el formato (n-). La excepción más importante es el oxígeno, para el que el nombre del anión más simple (O 2_) es óxido (Ciriano, et al., 2016). Para algunos elementos como el azufre (S), el hierro (Fe), la plata (Ag), el oro (Au), se usa la raíz del nombre en latín y a la cual se le cambia la terminación um por la terminación '‒uro', así, “plata, argentum, argenturo; oro, aurum, aururo; cobre, cuprum, cupruro; hierro, ferrum, ferruro; plomo, plumbum, plumburo; estaño, stannum, estannuro” (Connelly, et al., 2005, p. 74). “Algunos aniones pueden tener nombres tradicionales aceptables (que se usan sin números de carga). Por ejemplo, N3 -, azida; O2-, óxido; O2 2-, peróxido; O2 -, superóxido; S2-, sulfuro; S2 2-, disulfuro; Cl-, cloruro; etc” (Ciriano, et al., 2016, p. 3). Tabla N 2. 14 Capítulo 2 Marco Teórico 2.2.1.1.2. Nombre de compuestos binarios. Se debe tomar el nombre del elemento que quedó escrito a la derecha; es decir, el elemento más electronegativo o anión y se modifica su nombre adicionando el sufijo “uro”, seguido de la preposición de, por último se nombra el elemento escrito a la izquierda; es decir, el elemento más electropositivo o catión (Ciriano, et al., 2016). Este nuevo punto de referencia hace que los compuestos generados entre los halógenos y el átomo de oxígeno no se nombren como óxidos Tabla 2. Ejemplo de nomenclatura aplicada a especies homoatómicas (Ciriano, et al., 2016, p.3) FÓRMULA NOMBRE FÓRMULA NOMBRE FÓRMULA NOMBRE O2 dioxígeno Na+ Sodio(1+) Cl- Cloruro(1-) o cloruro S8 octaazufre Fe2+ Hierro(2+) I3- Triyoduro(1-) P4 tetrafósforo Hg22 dimercurio(2+) O22- Dioxigeno(2-) o peróxido H2 dihidrógeno Cu2+ cobre(2+) N3- Trinitruro(1-) o azida Ag plata Cu1+ cobre(1+) P3- Fosfuro(3-) o fosfuro N mononitrógeno Mn2+ Manganeso(2+) C22- Dicarburo(2-) o acetiluro sino como halogenuros de oxígeno (Olivares, 2011-2014). Es importante inferir que para los compuestos binarios formados con oxígeno, solamente para el compuesto OF2 se sigue cumpliendo que el catión se escribe a la izquierda y el anión a la derecha (recordando que el Fluor es el elemento más electronegativo de la tabla periódica); sin embargo, si se sigue a cabalidad las recomendaciones de la IUPAC esto implica, hoy en día, asumir que el oxígeno actúa como un catión y por lo tanto adquiere un estado de oxidación de +2; esto es cuestionable, ya que el oxígeno es el segundo elemento más electronegativo, por lo tanto, en este trabajo se asumió que para el caso de los otros haluros formados entre oxígeno con cloro, bromo, yodo y astato debe presentarse una excepción a la regla (el oxígeno se sigue comportando como anión y se debe escribir a la derecha y el halógeno a la izquierda) y su naturaleza química se conserva; es decir, son óxidos. Para el caso de los compuestos binarios formados por un elemento químico y el hidrógeno, los hidruros, siguiendo el esquema de la 15 Capítulo 2 Marco Teórico figura N° 2, que presenta la secuencia para escribir los símbolos químicos en una fórmula, se deduce, la formación de dos grupos de hidruros. El primer grupo, estará formado por los hidruros constituidos por elementos químicos que se encuentran desde el grupo 1 hasta el grupo 15 y el átomo de hidrógeno. En este grupo de hidruros, el átomo de hidrógeno, se escribe a la derecha y es el elemento electronegativo o anión y por lo tanto su estado de oxidación es -1 y el elemento que acompaña al átomo de hidrógeno, se escribe a la izquierda y será el elemento electropositivo, su estado de oxidación será n+. El segundo grupo, estará formado por los hidruros constituidos por elementos químicos que se encuentran desde el grupo 16 hasta el grupo 17 y el átomo de hidrógeno. En este grupo de hidruros, el átomo de hidrógeno se escribe a la izquierda y es el elemento electropositivo o catión; por lo tanto, su estado de oxidación es +1 y el elemento que acompaña al átomo de hidrógeno, se escribe a la derecha y será el elemento electronegativo o anión, su estado de oxidación será -n. Para los hidruros que se encuentran en el primer grupo, se utiliza la palabra hidruro de y el nombre del elemento que lo acompaña y para el caso de los hidruros del segundo grupo, se modifica el nombre del elemento electronegativo y se adiciona el sufijo “uro”, respetando las reglas previamente establecidas. En este trabajo se asumió, que para el caso de los hidruros del primer grupo, aquellos formados con los átomos de boro (B), carbono (C), silicio (Si), nitrógeno (N), fósforo (P) y arsénico (As), que son más electronegativos que el hidrógeno, realmente son aniones y por lo tanto su estado de oxidación debe ser negativo, a pesar de que según las sugerencias de la IUPAC, al escribirse a la izquierda, su estado de oxidación sería positivo; de igual forma para el átomo de hidrógeno,que a pesar de estar escrito a la derecha, es un catión y su estado de oxidación debe ser +1. Además del uso de prefijos numeradores adecuados, los compuestos binarios, también se pueden nombrar utilizando la nomenclatura Stock que utiliza el número de oxidación escrito en números romanos, a la derecha y dentro de paréntesis sin dejar espacios. Este paso puede omitirse con los elementos más comunes con número de oxidación único (Ciriano, et al., 2016). Para los compuestos binarios de naturaleza iónica se puede hacer uso de la nomenclatura de composición utilizando el número de carga y recordando lo siguiente: 16 Capítulo 2 Marco Teórico Como el número de carga de los aniones no suele dar lugar a confusión, es suficiente señalar sólo el de los cationes. Además, la carga de algunos cationes puede omitirse cuando no hay duda, como es el caso de los alcalinos (grupo 1, siempre 1+) y los alcalinotérreos (grupo 2, siempre 2+), así como los elementos más comunes con número de oxidación único (caso del aluminio 3+, por ejemplo). Este método sólo es válido para los compuestos iónicos. (Ciriano, et al., 2016, p. 4) Como aclaración, se acepta el nombre tradicional de amoniaco (NH3) y agua (H2O), no se aceptan los nombres de ácido clorhídrico y sus similitudes, ya que estos, son nombres de mezclas y no de los compuestos. Tampoco se aceptan los sufijos oso, ico, ni los nombres tradicionales de fosfina, estibina, arsina. (Ciriano, 2016). Ver tabla N° 3. 2.2.1.2. Nomenclatura sistemática de sustitución. Este tipo de nomenclatura es poco utilizada a nivel de enseñanza en bachillerato, ampliamente utilizada en química orgánica y restringida en química inorgánica. Utilizada para dar el nombre a los hidruros formados con los elementos del grupo 13 al 17. Para generar el nombre del compuesto se tiene en cuenta el átomo o grupo de átomos que sustituyen uno o varios átomos de hidrógeno y estos se nombran utilizando prefijos o sufijos adecuados para indicar la cantidad, unido sin espacios al nombre del hidruro progenitor (Román, et al., 2016). Los elementos se escriben según el siguiente orden: elemento representativo, hidrógenos sin sustituir y sustituyentes. “Los nombres de los hidruros progenitores se construyen con la raíz del nombre del elemento y el sufijo '–ano' salvo los del carbono (…) son aceptados los nombres no sistemáticos amoníaco y agua, pero los nombres fosfina, arsina y estibina no se deben utilizar” (Ciriano, 2016, p. 6). Ver tabla 4. 2.2.1.3. Nomenclatura sistemática de adición. Aplicada en aquellos compuestos en los que a un átomo central se le unen otros átomos o grupos como si fuesen ligandos. Aplicada en química inorgánica, específicamente, en la 17 Capítulo 2 Marco Teórico nomenclatura de oxoácidos, sus sales, oxoaniones y compuestos heteropoliatómicos (Ciriano, et al., 2016). Para generar el nombre de los compuestos, se coloca el nombre de los ligandos como prefijos del nombre del átomo central. “Las desinencias ido, uro, ato e ito de los ligandos aniónicos no cambian al generar estos prefijos” (Ciriano, et al., 2016, p. 7). El átomo central debe ser un átomo metálico o si hay varias opciones, se debe dar prelación, al elemento metálico que se encuentre al final de la flecha según la Figura 2 (Ciriano, et al., 2016). Para dar el nombre a los iones y compuestos mononucleares se debe proceder Citando los nombres de los ligandos en orden alfabético y delante del nombre del átomo Tabla 3. Ejemplos de la aplicación de la nomenclatura sistemática de composición o estequiometrica en sus tres formas. NOMENCLATURA SISTEMÁTICA DE COMPOSICION O ESTEQUIOMETRICA COMPUESTO PREFIJOS NUMERADORES NOMENCLATURA STOCK N° DE CARGA NaCl cloruro de sodio cloruro de sodio Cloruro de sodio PCl3 tricloruro de fosforo cloruro de fósforo (III) Cloruro de fósforo(3+) GaAs arsenuro de Galio arsenuro de galio CO2 dióxido de carbono oxido de carbono(IV) CaF2 difluoruro de calcio fluoruro de calcio Fluoruro de calcio FeCl2 dicloruro de hierro cloruro de hierro(II) Cloruro de hierro(2+) H2O2 dióxido de dihidrógeno Peróxido de hidrógeno Dioxígeno(2-) de hidrógeno AgBr bromuro de plata bromuro de plata bromuro de plata CCl4 tetracloruro de carbono cloruro de carbono(IV) Cloruro de carbono(4+) FeH2 dihidruro de hierro hidruro de hierro(II) Hidruro de hierro(2+) LiH hidruro de litio hidruro de litio Hidruro de litio PH3 trihidruro de fósforo hidruro de fósforo No tiene carácter iónico 18 Capítulo 2 Marco Teórico H2S sulfuro de dihidrógeno sulfuro de hidrógeno No tiene carácter iónico Na2O oxido de disodio oxido de sodio Óxido de sodio PbO2 dióxido de plomo óxido de plomo(IV) Óxido de plomo(4+) Ni2O3 trióxido de diniquel óxido de niquel(III) Óxido de niquel(3+) Cl2 O5 Pentaóxido de dicloro Óxido de cloro(V) Óxido de cloro(5+) I2 O7 Pentaóxido de diyodo Óxido de yodo(VII) Óxido de yodo(7+) H2Se selenuro de dihidrógeno Selenuro de hidrógeno Selenuro de hidrógeno Cu2Te telururo de dicobre Telururo de cobre (I) Telururo de cobre(1+) AlCl3 tricloruro de aluminio Cloruro de Aluminio Cloruro de aluminio Tabla 4. Nombres progenitores de los hidruros mononucleares (Ciriano, 2016, p. 6). FÓR NOM. FÓR NOM. FÓR NOM. FÓR NOM. FÓR NOM B2H6 Borano CH4 Metano NH3 Azano H2O oxidano HF Fluorano AlH3 Alumano SiH4 Silano PH3 Fosfano H2S sulfano HCl clorano GaH3 Galano GeH4 Germano AsH3 Arsano H2Se selano HBr bromano InH3 Indigano SnH4 estannano SbH3 Estibano H2Te telano HI yodano TlH3 Talano PbH4 Plumbano BiH3 Bismutano H2Po polano HAt astatano central sin espacios entre ellos. Cuando hay varios ligandos iguales, se reúnen en el nombre mediante prefijos multiplicadores, es decir, 'di', ‘tri’, 'tetra', etc., en el caso de que sean ligandos sencillos, y 'bis', 'tris', 'tetrakis', etc., cuando se trata de ligandos más complicados, o para evitar cualquier ambigüedad que podría producir el uso de 'di', 'tri', etc. Los prefijos multiplicadores que no son parte inherente del nombre del ligando no afectan al orden alfabético (…). En las fórmulas se escribe primero el átomo central y le siguen los ligandos por orden alfabético independientemente de su carga. Los símbolos de una letra preceden a los de dos. Dentro de la fórmula se utilizan signos de inclusión (paréntesis, llaves, etc.) cuando sea necesario y la entidad de coordinación se escribe entre corchetes (Ciriano, et al., 2016, p. 7,8). 2.2.1.3.1. Nomenclatura sistemática de adición aplicada a los oxácidos y sus derivados. 19 Capítulo 2 Marco Teórico Nombres como ácido bórico, ácido metabórico, ácido fosfórico, ácido difosfórico, ácido ditionoso, ácido peroxidisulfúrico, ácido sulfúrico, ácido perclórico etc, son únicos en la nomenclatura moderna y permitida por la IUPAC. A este tipo de compuestos se le puede aplicar la nomenclatura de adición o de sustitución, pero no es práctica su utilización. A pesar de lo anterior, es importante tener en cuenta que los citados ácidos se usan como estructuras progenitoras en la nomenclatura de algunos derivados orgánicos (Ciriano, et al., 2016). Ver Tabla 5. 2.2.1.3.2. Nomenclatura de Hidrógeno. Aplicada a los ácidos oxácidos y sus aniones “cuando la conectividad (las posiciones de unión de los hidrones) en un compuesto o ión que contiene hidrones es desconocida o no se especifica” (Ciriano, et al., 2016, p.11). En está nomenclatura, se utiliza “la palabra ´”hidrogeno” (escrita sin acento, pero leída con el énfasis en la sílaba “dro”) con un prefijo multiplicador, si es relevante, se une (sin espacio) al nombre de un anión obtenido por la nomenclatura de adición y colocada dentro de los signos de inclusión pertinentes” (Ciriano, et al., 2016, p. 11), seguido del número de carga en paréntesis. Tabla 6 2.2.2 Nomenclatura