Ciencias Exactas y Naturales

Pandilla Juvenil (1ro. 2do. y 3ro. de nivel Secundaria)

Uso de la experimentación como estimulador para la comprensión de las reacciones de oxidación-reducción

Asesor: Gabriela Vela

Autor: ANA DELIA GONZALEZ ORTIZ

Resumen

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

Los cambios químicos se producen de manera continua en la naturaleza: en los seres vivos, en el suelo, en el aire, además que, existen numerosos cambios químicos  (en función de los reactivos que intervienen o de los compuestos que se conforman).

Se ha realizado un estudio sobre la influencia de las TIC en la enseñanza y aprendizaje de las ciencias por parte de la UNAM, particularmente en el caso del aprendizaje de la Química, usando una tabla periódica virtual y una aplicación multimedia o simulador. Las TIC serán empleadas para mejorar la comprensión de uno de los conceptos químicos considerados más difíciles de entender por los estudiantes como son las reacciones de oxidación-reducción (conocidas como reacciones redox). En primer lugar, con ayuda de la tabla periódica los estudiantes han conocido las propiedades más importantes de los elementos que participan en la reacción. En segundo lugar, con ayuda de la aplicación multimedia, se ha podido seguir la reacción redox a través de un video multimedia en el que se ilustra cómo ocurre el proceso redox a nivel microscópico/atómico.

Los resultados obtenidos indicaron que los estudiantes prefieren las herramientas virtuales a las clases convencionales y que, además el empleo de las TIC ofrece un mejor rendimiento que únicamente la explicación teórica clásica del profesor. Los resultados han indicado que el 62% del alumnado consideró que preferían el estudio del proceso redox mediante las herramientas TIC; el 62.5% afirmó que las TIC empleadas resultaban beneficiosas para las clases y el 59% estaba de acuerdo con el hecho de que las TIC resultaban más efectiva que la clase tradicional.

Las reacciones Redox (también conocidas como reacciones de oxidación-reducción), son un fenómeno que ocurre todo el tiempo en nuestra vida diaria. Las podemos encontrar en el funcionamiento de una pila o en el proceso del cuerpo humano para convertir la comida y el oxígeno en energía, agua y CO2.

Estas reacciones implican un proceso de reducción (un elemento capta o gana electrones para reducirse) y de oxidación (un elemento libera o pierde electrones para oxidarse). Estos dos procesos son dos facetas simultáneas, ya que siempre se llevan a cabo en conjunto. Cada vez que hay un elemento que se oxida al liberar electrones, existe otro que los acepta y se reduce.

Los procesos de una reacción redox se representan con dos reacciones medias, que nunca pueden darse una sin la otra. Esta representación conlleva números de oxidación (representación de los números de electrones que un átomo pone en juego cuando forma un compuesto determinado), los cuales se encargan de simplificar el ajuste de las reacciones redox complejas, en otras palabras, se define como la carga que tendría un átomo si los electrones de enlace se asignaran al elemento más electronegativo (quedando así el compuesto constituido por iones). El número de oxidación de un átomo en una molécula es un concepto ficticio.

Antecedentes

A principios del siglo XIX, un físico electrólogo Italiano llamado Alejandro Volta, después de realizar varias investigaciones y descubrimientos acerca del comportamiento de la electricidad; creo el primer prototipo de lo que en la actualidad es conocido como pila voltaica.

Unos años después de que el procedimiento para realizar este prototipo de pila fuera publicado en la Royal Society; un científico Inglés llamado William Nicholson y su amigo Anthony Carlisle, mientras intentaban mejorar el invento de Alejandro Volta, descubrieron por accidente un proceso químico conocido como “electrolisis”.  Tras colocar en un vaso de agua dos electrodos (uno conectado al polo positivo de la pila, y el otro conectado al negativo) [figura 1.1], se dieron cuenta que estos desprendían hidrógeno y oxígeno respectivamente. Después de analizar la situación, comprendieron que esto se debía a que el agua estaba siendo descompuesta por la corriente eléctrica que recibía el agua por medio de los electrodos.

La electrolisis es el procedimiento que consiste en utilizar el voltaje externo para provocar una reacción de oxidación-reducción en la dirección no espontánea. Este fenómeno tiene una importancia primordial en la tecnología ya que se emplea para producir muchos elementos como aluminio, magnesio, cobre, fósforo y silicio, además de numerosos gases como H2, O2 y Cl2. También constituye la base para la electrodeposición de metales.

Para que una electrolisis se lleve a cabo, es necesario conectar dos electrodos mediante un conductor a ambos polos de una pila voltaica. El electrodo que estará cargado positivamente será llamado ánodo debido a que conduce aniones, y el electrodo que reciba carga eléctrica negativa será llamado cátodo debido a su conducción de cationes. También, es necesario que se pueda realizar un flujo de corriente eléctrica entre los electrodos dentro de la celda en donde se encuentra el compuesto químico que se quiere descomponer. La corriente eléctrica se conducirá a base de electrolitos en la sustancia trabajada.

Objetivo

Con base en la hipótesis anteriormente mostrada, los objetivos de esta investigación serán:

Demostrar como la realización de algo pragmático o una experimentación, puede logar facilitar la comprensión de temas y conceptos difíciles de la materia de química en tercer grado de secundaria. El tema en el que nos especializaremos será las Reacciones Redox.

Lograr la separación de varios compuestos químicos para obtener elementos como el H2, O2 y Cl2 mediante el proceso de electrolisis.

Producir nuevos compuestos químicos como el NaOH, FeCl3 y MgCl2 por medio de reacciones oxidación-reducción.

Evaluar el conocimiento adquirido por algunos observadores de los experimentos realizados para comprobar si esta técnica pedagógica es realmente efectiva.

Justificación

El acercamiento a la química a los estudiantes de nivel secundaria, es de gran importancia para ayudarles a facilitar el proceso de aprendizaje, de modo que los alumnos puedan identificar y entender los fenómenos que ocurren en su vida diaria y a su alrededor.

El tema de las reacciones redox, al tener conceptos complejos de entender (como: oxidación, reducción, electrodo, cátodo, ánodo, agente oxidante, agente reductor, electrolisis, etcétera), es uno de los más difíciles de comprender y aprender para los estudiantes.

La SEP (Secretaria de Educación Pública) al estar consciente de la complejidad de este tema, lo incluye en el cuarto bimestre (tercer trimestre) del tercer grado de secundaria, pues entiende que el estudiante ya ha desarrollado las competencias y aprendizajes esperados para representar correctamente una reacción química, emplear la estequiometria (balanceo de reacciones), manejar correctamente la tabla periódica y la simbología química en general.

Dentro de los aprendizajes esperados se busca que el alumno:

  • Analice los procesos de transferencia de electrones en algunas reacciones sencillas de óxido-reducción en la vida diaria y en la industria.
  • Proponga preguntas y alternativas de solución a situaciones problemáticas planteadas, con el fin de tomar decisiones relacionadas con el desarrollo sustentable.
  • Sistematice la información de su proyecto a partir de gráficas, experimentos y modelos, con el fin de elaborar conclusiones y reflexionar sobre la necesidad de contar con recursos energéticos aprovechables.
  • Comunique los resultados de su proyecto de diversas formas, proponiendo alternativas de solución relacionadas con las reacciones químicas involucradas.
  • Evalúa procesos y productos de su proyecto considerando eficacia, viabilidad e implicaciones en el ambiente.

Según algunos estudios realizados por la UNAM (Universidad Nacional Autónoma de México), el uso de experimentos, recursos gráficos, las TIC, o las prácticas en el laboratorio, puede ayudar a agilizar el aprendizaje de diversos temas de química tan complejos como lo son las reacciones redox, ya que estos recursos sirven como estímulos para recordar el tema. Es por el argumento anterior que hemos decidido optar por utilizar varios experimentos relacionados con la electrolisis para ayudar a los estudiantes a comprender las reacciones de oxidación-reducción y debido a que realizar la electrolisis no es peligroso y requiere materiales muy sencillos de conseguir.

También, proponemos la evaluación del aprendizaje después de la experimentación y enseñanza del tema con el propósito de mejorar las actividades de enseñanza y aprendizaje utilizadas, haciendo que los estudiantes realicen de forma individual o cooperando entre ellos, la búsqueda, análisis, reflexión de situaciones en las que las reacciones redox juegan un papel importante en su formación y en su vida.

Hipótesis

Las reacciones redox son un tema complejo y difícil de explicar y/o entender con la enseñanza teórica, por lo que es más fácil de comprender cuando se apoya la teoría con la práctica por medio de reacciones que las demuestren.

Método (materiales y procedimiento)

Indicando que se formó el hidróxido de sodio. Al utilizar los electrodos de hierro (Fe) el cloro reaccionará directamente con el electrodo produciendo FeCl2 que se verá como una solución verdosa, mientras en el otro electrodo se producirá hidrógeno. Al usar los electrodos de magnesio (Mg) se formará cloruro de magnesio (MgCl2) en uno de los electrodos mientras que en el otro electrodo se formará hidrógeno.

Galería Método

Resultados

Galería Resultados

Discusión

Tomando en cuenta estas consideraciones podemos concluir que para tener un mejor aprendizaje de los temas de química (en partículas las reacciones redox) es indispensable apoyar el trabajo teórico con las actividades prácticas, que sean fáciles de realizar pero que permitan al alumno comprender los conceptos como oxidación, reducción, electrodo, cátodo, ánodo, electrolito, agente reductor, agente oxidante, etcétera, así como comprender de manera efectiva el proceso de electrolisis. Otro beneficio será que el alumno podrá darse cuenta de que las reacciones redox tienen una aplicación en la industria, en la producción de metales o para producir oxígeno medicinal, o la forma de cómo se aislaron elementos químicos cuando se descubrieron

Conclusiones

Bibliografía

-Química. Chappin R. Gregory/Summarlin R. Lee, (1978) Estados Unidos. Primera reedición. Publicaciones CULTURALES. Pp 394-396.

  • APRENDIZAJES CLAVE PARA LA EDUCACIÓN INTEGRAL. FLACSO/SEP, (2018). Estados Unidos Mexicanos. Primera edición. Secretaría de Educación Pública. Pp . 380.
  • QUÍMICA I. Colegio de Bachilleres del estado de Sonora, (2014) Hermosillo, Sonora, México. Primera edición. Pp. 237-243.
  • Ciencias Química, López Tercero Caamaño José Antonio, (2014) Primera Edición. Santillana.Ciudad de México, México.
  • López Guerrero, (2018) Uso de un simulador para Facilitar el aprendizaje de las reacciones de Óxido-Reducción. Estudio de caso en la Universidad de Málaga. Revistas UNAM. Vol. 29, No. 3 https://www.revistas.unam.mx/index.php/req/article/view/63728/55962 12/4/2019.

 

 

 

 

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography