concepto de estructura como constructo aportante...

Concepto de estructura como constructo aportante a la identidad y autonomía de la Química desde principios Filosóficos, Históricos y Didácticos | Roa, D & Ochoa, L. 2018

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CONCEPTO DE ESTRUCTURA COMO CONSTRUCTO APORTANTE A LA IDENTIDAD Y AUTONOMÍA DE LA

QUÍMICA DESDE PRINCIPIOS FILOSÓFICOS, HISTÓRICOS Y DIDÁCTICOS.

DIANA CAROLINA ROA GARCIA

LUIS ALFREDO OCHOA CONTRERAS

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD DE CIENCIAS Y EDUCACIÓN

PROYECTO CURRICULAR DE LICENCIATURA EN QUÍMICA

BOGOTÁ, 2018


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Trabajo de grado presentado como requisito para optar al titulo

Licenciado en química

DIANA CAROLINA ROA GARCIA

20121150105

LUIS ALFREDO OCHOA CONTRERAS

20122150046

DIRECTORA: LIZ MAYOLY MUÑOZ ALBARRACÍN

DOCTORA EN EDUCACIÓN PARA LA CIENCIA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS

FACULTAD DE CIENCIAS Y EDUCACIÓN

PROYECTO CURRICULAR DE LICENCIATURA EN QUÍMICA

BOGOTÁ, 2018


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Nota de aceptación

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___________________________

___________________________

Jurado

___________________________

Jurado

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Bogotá,2018


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AGRADECIMIENTO

A la Doctora Liz Mayoly Muñoz Albarracín, sin cuyos aportes este trabajo no hubiera sido culminado.

A La ingeniera Irma Benilda García por las correcciones de estilo que perfilaron el trabajo.

A la Universidad Distrital Francisco José de Caldas por abrirnos el espacio para nuestro crecimiento

personal y académico, al contribuir a nuestra formación con los mejores docentes.


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DEDICATORIA

A Dios que me ha permitido el caminar por este proceso y mis padres, Leonardo e Irma, que han dado lo

mejor de sus vidas. A mis hermanos Daniel y Laura, que no se han rendido como hermanos e hijos y han

sabido apreciar las dificultades en las que hemos crecido y madurado para ser lo que hoy somos. A mi

abuela Vidalia, por demostrar cada día el legado de ser una mujer integral. A Jonathan que me ha

acompañado en este último tiempo, animándome para creer y ver en mí lo que muchas veces no creo. A

mi sobrina Susana, por las interminables sonrisas que me motivaron durante la escritura de este trabajo.

Diana Carolina Roa García.

Al finalizar este trabajo de grado quisiera agradecer a mis padres por darme la fuerza de salir adelante,

por ser un ejemplo de principios y valores. A mi madre que, aunque no está en estos momentos, fue mi

brújula para direccionar mi camino, aquella mujer que me demostró valentía y fuerza al tratar su

enfermedad y quien me enseño que la felicidad puede estar en los momentos más cortos y que, aunque

el dolor este en nuestra vida, solo el valor nos permite salir de los más profundos abismos. A mi padre

que siempre ha creído en mí, en mis capacidades de discernimiento y aunque en algunos casos no

estemos de acuerdo, me enseña la paciencia que hay que tener en esta larga travesía que es la vida. A

Diana por acompañarme en este largo camino, de angustias, dudas y aciertos que nos permite culminar

esta etapa de nuestras vidas, espero seguir contando con esta espectacular persona que posee una

mirada objetiva, critica y con grandes virtudes

Luis Alfredo Ochoa Contreras.


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Tabla de contenido 1. INTRODUCCIÓN..................................................................................................................................... 11

2. JUSTIFICACIÓN ...................................................................................................................................... 11

3. ENFOQUE FILOSÓFICO .......................................................................................................................... 12

3.1 Definición de Filosofía Química ....................................................................................................... 12

3.2 Puntos de debate actual en la Filosofía de la Química .................................................................... 14

3.3 Autonomía Química ........................................................................................................................ 14

3.4 Autonomía de la Química desde un Pluralismo Ontológico ............................................................ 15

3.5 Estructura de las ciencias e implicaciones filosóficas en el concepto de Estructura Química ......... 17

3.6 Estado Ontológico de la Estructura Química ................................................................................... 19

3.7 Modelos en la ciencia ...................................................................................................................... 20

3.8. Identidad Química .......................................................................................................................... 23

3.8.2 Lenguaje Químico, Modelos y Niveles de Representación ....................................................... 23

3.9.1 Modelos de Representación de la Estructura Química ................................................................ 26

3.9.1.1 Diagramas de Dalton ............................................................................................................. 26

3.9.1.2 Berzelius- Fórmula molecular ................................................................................................ 27

3.9.1.3 Van’t Hoff- Le Bel .................................................................................................................. 28

3.9.1.4 Fischer ................................................................................................................................... 28

3.9.1.5 Proyecciones de Newman ..................................................................................................... 29

4. ENFOQUE DESDE LA HISTORIA .............................................................................................................. 29

4.1 Definición de Historia ...................................................................................................................... 29

4.2 Necesidad de la historia para la enseñanza del concepto de Estructura Química .......................... 30

4.3 Historia de la Química Estructural ................................................................................................... 31

4.3.1 Formula empírica ......................................................................................................................... 31

4.3.2 Teoría de tipos, radicales y estructura ......................................................................................... 32

4.3.3 Valencia y Estructura ................................................................................................................... 33

4.3.4 Fórmula Estructural...................................................................................................................... 33

5.3.5 Enlace y Estructura ....................................................................................................................... 33

4.3.6 Isómeros Ópticos ......................................................................................................................... 33

4.3.7 Estereoquímica, Quiralidad y Estructura ...................................................................................... 34

4.3.8 Química Estructural y los Colorantes ........................................................................................... 34

4.3.8.1 Teoría Estructural Clásica .......................................................................................................... 35

4.3.8.1.1 ESTRUCTURA DEL BENCENO .............................................................................................. 36


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5. CONCEPTO DE ESTRUCTURA ACTUAL ................................................................................................... 40

6. ENFOQUE DESDE LA DIDÁCTICA ........................................................................................................... 41

6.1 OBSTACULOS FRENTE A LA ENSENANZA DE LA QUÍMICA ............................................................... 42

6.1.1 Dificultades de la enseñanza de la Estructura en los diferentes niveles escalas y dimensiones.

.......................................................................................................................................................... 42

6.1.2 Propiedades Emergentes ......................................................................................................... 44

6.2 Los modelos en la enseñanza de la Química ................................................................................... 44

6.3 Errores cometidos en la enseñanza de Estructura Química ............................................................ 49

6.4 Dificultades de enseñanza del concepto de enlace. ........................................................................ 50

6.4.1 Explicación de la sustancia a través de la Estructura y el Enlace. ............................................. 51

6.5 Representaciones en la enseñanza ................................................................................................. 53

6.5.1 Representaciones icónicas ....................................................................................................... 54

6.6 Lenguaje .......................................................................................................................................... 54

7. METODOLOGÍA ..................................................................................................................................... 55

7.1 Investigación con Enfoque Hermenéutico-Interpretativo ............................................................... 55

7.1.1 Enfoque Interpretativo ............................................................................................................. 56

7.1.2 Enfoque Hermenéutico ............................................................................................................ 56

7.2 OBJETIVO ........................................................................................................................................ 58

7.2.1OBJETIVOS ESPECÍFICOS................................................................................................................ 58

7.2.2 Población Objeto de estudio ........................................................................................................ 58

7.3 Fases de investigación ......................................................................................................................... 58

7.3.1 Primera fase: Preguntas iniciales ................................................................................................. 58

7.3.2 Segunda fase: Investigación de textos y autores .......................................................................... 59

7.3.3 Tercera fase: Lectura y Dialogo con los textos y autores ............................................................. 59

7.5.1 Descripción de actividades ....................................................................................................... 64

7.6 Cuarta Fase: Interpretación y comprensión de los discursos (Resultados) ..................................... 67

7.6.1Actividad de iniciación .............................................................................................................. 67

7.6.2 Actividad de introducción 1 ..................................................................................................... 70

7.6.3 Actividad de introducción 2 ..................................................................................................... 75

7.6.4 Actividad de síntesis 1 .............................................................................................................. 86

7.6.5 Actividad de síntesis 2 .............................................................................................................. 90

7.6.6 Actividad de generalización ..................................................................................................... 93

7.7 Conclusiones ................................................................................................................................... 99


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8. Anexos ...................................................................................................... ¡Error! Marcador no definido.

Anexo 1, Actividad de iniciación. .............................................................. ¡Error! Marcador no definido.

Anexo 2, Actividad de introducción 1 ....................................................... ¡Error! Marcador no definido.

Anexo 3. Actividad de introducción 2 ....................................................... ¡Error! Marcador no definido.

Anexo 4, Actividad de síntesis 1 ................................................................ ¡Error! Marcador no definido.

Anexo 5, Actividad de sintesis 2 ................................................................ ¡Error! Marcador no definido.

Anexo 6, Actividad de generalización ....................................................... ¡Error! Marcador no definido.

Anexo 7. Matriz didáctica ......................................................................... ¡Error! Marcador no definido.

Anexo 8. Matriz Filosofía .......................................................................... ¡Error! Marcador no definido.

Anexo 9. Resultados originales ................................................................. ¡Error! Marcador no definido.

Bibliografía .............................................................................................................................................. 100


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Índice de Figuras

Ilustración 1. Diagrama de Dalton (2018). Recuperada de http://flavorsome.info/periodic-table-of-

elements-john-dalton ............................................................................................................................... 27

Ilustración 2. Formula Molecular- Berzelius. Recuperada de http://www.chemistry-blog.com/wp-

content/uploads/2013/08/progression_of_formula.png ......................................................................... 27

Ilustración 3. Diagrama de Van’t Hoff-Le Bel. Recuperada de http://sciencepenguin.com/jacobus-

henricus-van-t-hoff/ ................................................................................................................................. 28

Ilustración 4. Proyeccion de Fischer. Recuperada de http://organica1.org/nomencla/estereo4.htm ...... 28

Ilustración 5. Proyecciones de Newman. Recuperada de

http://www.quimicaorganica.org/estereoquimica/540-paso-de-newman-a-fischer.html ....................... 29

Ilustración 6. Algunas propuestas de formulas para definir la estructura del benceno segun sus autores.

(T.A.Geissman, 1974, p. 577) .................................................................................................................... 37

Ilustración 7. Cuarto isómero inexistente (derecha), derivado 1,6 unido por enlace simple no

superponible en el derivado 1,2 unido por enlace doble. (Roa,2017) ...................................................... 37

Ilustración 8. Modelo propuesto por Johnston (1997) en el que muestra como los aprendizajes

anteriores condicionan los nuevos tomado de Galagovsky y colaboradores 2003 .................................. 45

Ilustración 9 representación grafica de los diversos pasos a considerar al modelizar un fenómeno

tomado de los modelos y proceso de enseñanza/ aprendizaje de Gutiérrez............................................ 48

Ilustración 10 niveles macroscópicos, molecular, multimolecular grande y macroscópico de las moléculas

sólidas y estructura gigantes imagen tomada de Caamaño 2015 ............................................................. 52

Ilustración 11. Tipos de lenguaje. ............................................................................................................. 55


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Índice de Tablas

Tabla 1. Comparacion entre métodos de modelización molecular usada por los Químicos en la actualidad

.................................................................................................................................................................. 18

Tabla 2. Seis características clave de los modelos científicos, y la manera en que estas aparecen

recogidas en los artículos de Chamizo (2006)y Oh y Oh (2011). ............................................................... 21

Tabla 3. Comparación entre las posibles estructuras propuestas para el Benceno. ................................. 38

Tabla 4. Estructura, partículas constituidas y los diferentes tipos de interacciones de las sustancias

solidas en estructura multimolecular y gigante tomada de (Caamaño, 2015) .......................................... 52

Tabla 5. Categorías de análisis desde principios didácticos ...................................................................... 60

Tabla 6. Categorías de análisis desde principios filosóficos ...................................................................... 61

Tabla 7. Descripción y clasificación de actividades según las categorías de análisis. ................................ 63

Tabla 8. Resultados de la actividad de introduccion1. Preguntas de lectura del artículo "Química, ¿Quién

eres, a donde vas y como te alcanzamos?" Vicente Talanquer. ................................................................ 71

Tabla 9. Resultados obtenidos en la actividad introductoria 2, preguntas 1 y 2 ....................................... 76

Tabla 10. Resultados obtenidos en la actividad introductoria 2, pregunta 3 ............................................ 83

Tabla 11. Resultados obtenidos en la actividad de síntesis 1,preguntas 1,2 y 3. ...................................... 87

Tabla 12. Resultados obtenidos en la actividad de síntesis 2, preguntas 4 y 5 ......................................... 91

Tabla 13. Resultados obtenidos en la actividad de generalización. .......................................................... 94


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1. INTRODUCCIÓN El presente trabajo busca justificar la importancia del concepto estructura en el campo de la química, a

través de tres marcos de referencia filosófico, histórico y didáctico. El propósito de estos tres enfoques es

el de reconocer a la estructura química como un constructo base de la química a través del cual se

explicitan las relaciones directas que justifican las propiedades de un material y la naturaleza de la ciencia

química autónoma, desde principios filosóficos.

El primer marco de referencia partirá desde la definición de la filosofía química como instrumento de

critica conceptual de los fundamentos, propósitos y prácticas de la ciencia para una mejor comprensión

de los problemas cruciales para la química (Orozco Cruz, 1998) identificando el inicio, implicaciones y

actuales disertaciones para defender la autonomía de la química desde la que se prestará especial

atención a la ontología química.

El segundo marco referencial corresponde a la revisión histórica del concepto de estructura desde la visión

del autor Gastón Bachellard que propone la historia como una ruptura y que otorgara sentido al

nacimiento y crecimiento de la química estructural desde el caso del benceno.

El tercer marco correspondiente a la didáctica, sitúa la enseñanza del concepto de estructura química y

los conceptos asociados en una actualidad que responde a unos objetivos claros basados en las

dificultades de enseñanza.

2. JUSTIFICACIÓN La razón de la escogencia del marco de referencia de la filosofía química responde a que este puede

otorgar nuevos recursos para la enseñanza de la química y formación de los docentes, así mismo, facilita

el aprendizaje conceptual de los estudiantes formados por dichos docentes que los introducirán en el

estudio y reflexión formal de la propia naturaleza de la disciplina química, en cuanto que se formarán en

un pensamiento científico actual, abarcativo y profundo (Labarca, 2005). Adicionalmente (Cabrera &

García, 2014) manifiestan en concordancia con Labarca que la filosofía y a su vez la historia, son recursos

indispensables en la formación de los docentes: “recurrir a la historia y filosofía de las ciencias en la

formación del profesorado es un recurso para afrontar la mejora del interés por la ciencia, para despertar

el espíritu crítico ante los hechos en que la ciencia está involucrada y para manifestar que es una forma

más de la cultura”. (Cabrera & Garcia, 2014, p. 301). Vicente Talanquer no solo resalta la importancia de

la reflexión filosófica, sino que enuncia que la didáctica es un recurso adicional a los nombrados por los

autores precedentes y que esta es de vital importancia, si el fin último de la educación es desarrollar

razonamientos lógicos en los estudiantes.

“la reflexión filosófica y didáctica de las ideas y formas de pensar que son centrales en el pensamiento

químico actual es urgente si queremos que nuestros estudiantes, más que aprender fragmentos de lo que

sabemos sobre las propiedades de las sustancias, desarrollen formas de razonamiento que les permitan

construir modelos y explicaciones, diseñar experimentos o hacer predicciones sobre el comportamiento de

sistemas químicos relevantes, tales como la atmosfera, el cuerpo humano o los múltiples materiales que

nos rodean” (Talanquer (A), 2010, p. 154)


12

Abarcar el concepto de estructura desde el segundo marco de referencia histórico corresponderá al

entendimiento de la búsqueda de identidad de la química y al reconocimiento de las intersecciones de la

misma con otras disciplinas ,desde esta perspectiva se reconoce entonces, una ciencia como producto de

procesos “flexible y cambiante” (Nieto-Galan, 2010, p. 19) y no como “una joven ciencia que surgió como

victoriosa de una nueva cultura experimental” (Nieto-Galan, 2010, p. 19), casi surgida de forma innata. Es

indiscutible que la historia posibilita superar dificultades de sentido cultural a la enseñanza científica, de

su eficacia depende la reivindicación del sentido de la ciencia (Cabrera & Garcia, 2014).

Así mismo, el enfoque desde la didáctica ha sido pensado para este trabajo, porque otorga a los docentes

de la disciplina, repensar el conocimiento pedagógico para desarrollar las herramientas intelectuales que

los estudiantes necesitan para alcanzar las metas propuestas, por una parte, permite establecer los

propósitos del quehacer químico y procura por la comprensión de las dificultades de los estudiantes al

enfrentarse ante el conocimiento científico. Según (Talanquer (A), 2010) la elección de ideas centrales en

la enseñanza de la química define la conceptualización de la materia, porque de forma natural la

comprensión y enseñanza de dichas ideas es foco de atención de los investigadores educativos y por ende

influyen directamente en el aula. La identificación de estas ideas fue abordada por primera vez por Ronald

Gillespie 1997 y Peter Askins (1999-2005) pero lamentablemente tenían un corte reduccionista que

contemplaba solo temas abordados desde una perspectiva físico-química y que no reflejaban como los

químicos generan explicaciones o interpretan la naturaleza, que en ultimas, es el objetivo que todo

docente persigue al enseñar su disciplina en el aula, para desarrollar procesos de pensamiento en los

estudiantes.

La tarea más importante al re-pensar la enseñanza de la química debería estar centrada en cómo

identificar ideas centrales y no conceptos o temas bajo tres premisas; cuales son las preguntas esenciales

en la química o de forma más clara, que preguntas son las que los químicos desde su trabajo buscan

responder, la siguiente premisa sería la de identificar cuáles son las formas de razonamiento,

argumentación y explicación de un químico y por último que suposiciones se permiten los químicos acerca

del comportamiento del mundo. En ultimas “el acto de re-pensar la química es imprescindible si más que

enseñar lo que sabemos, nos interesa enseñar como pensamos” (Talanquer (A), 2010, p. 154) con este

argumento se buscarían no sesgar la reflexión, discusión y análisis sobre la disciplina contextualizada. Las

preguntas de ¿Qué es esto? ¿Cómo lo hago? ¿Cómo lo cambio? o ¿Cómo lo explico o predigo? han

desarrollado el pensamiento químico a lo largo de los siglos (análisis, síntesis, transformación y modelaje)

(Talanquer (A), 2010) y que los estudiantes entiendan esas dinámicas, dan soporte al quehacer docente.

Por último, pero no por ello de menor nivel de importancia, el enfoque desde la química que se encontrará

implícito en los tres enfoques propuestos por el presente trabajo, otorgará el acceso al lenguaje propio

de la química y abrirá la puerta para la asociación de escalas y dimensiones de los modelos químicos.

3. ENFOQUE FILOSÓFICO

3.1 Definición de Filosofía Química Para comenzar a hablar del enfoque filosófico que contiene este trabajo, primero se debe entender que

la filosofía es una disciplina constituida para el tratamiento de las ideas y de las conexiones sistemáticas


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entre ellas. En ese sentido la filosofía de las ciencias tiene por objeto el análisis de ideas fundamentales

en ciencias y siguiendo la misma línea lógica; la filosofía de la química estudia las ideas que articulan los

conceptos de la misma.

La filosofía de la química en un principio ha tenido fuertes impedimentos para conformarse como un

campo de estudio formal y de gran interés en la filosofía de las ciencias, parece incluso quedar relegada

por la misma química y la historia. Existen numerosas razones que explican este rezago , Anna Stanny por

ejemplo lo explica principalmente desde un orden epistemológico que en los años 30 a 60s estuvo

fuertemente influenciado por un empirismo lógico en el que se daba una mayor importancia a la ciencia

teórica (no meramente experimental) (Stanny, 2011) lo llamado según Kant, como ciencia propia (ver más

adelante). También Stanny asocia este hecho al esquema de explicación en ciencias propuesto por Carl

Henpel y Paul Oppenheim quienes argumentaban que un hecho es explicado si es deducido a partir de

una ley y unas condiciones iniciales, modelo de explicación científica nomológico-deductivo o bien el

modelo causal en el que se incluye supuestos sobre la constitución del mundo y una causa, nuevamente

aparecen las condiciones que dotan a una ciencia como pura (ley natural, deducible). Cabe destacar que

esta visión pudo ser la más influyente para que la química y su filosofía sea invisibilizada, pues la filosofía

de las ciencias fue establecida por físicos en el círculo de Viena, posiblemente sus intereses estaban

permeados. Lombardi y Pérez explican lo mismo debido a los intereses de los filósofos desde incluso

Aristóteles, que ambicionaban ofrecer explicaciones o teorías generales, omniabarcantes y unificantes

(Baird, Scerri, & McIntyre, 2011), mientras que la investigación en química tiene dominios acotados y

objetivos muy específicos. (Lombardi&Perez, 2010).

Se percibe también que los filósofos solo se centran en las ciencias “puras” (Stanny, 2011) así como, los

prejuicios que asumen a la física como ciencia fundamental del mundo material ya que esta estudia los

últimos componentes de la realidad (Lombardi&Perez, 2010), así como que la química solo es una física

aplicada ,corriente conocida como fisicalismo (Villaveces J. L., 2000), aceptándose sin mayor reflexión que

la disciplina química y por tanto la filosofía de la misma pueden ser reducidas a la física por ser una

disciplina meramente fenomenológica, secundaria y con prestigio inferior a la misma (Labarca, 2005),

que se centra solo en las aplicaciones y transformaciones de la realidad (Stanny, 2011). Si se quiere una

mayor comprensión del mundo material, hecho que se atribuye la física, resulta un obstáculo tener

incertidumbre en la existencia del estado epistemológico y ontológico de la estructura molecular y los

conceptos relacionados (Del Re, 1998, p. 81)

Con el surgimiento de la mecánica cuántica, la química experimento una crisis que le suponía la pérdida

de su identidad como ciencia descriptiva (Stanny, 2011). Estos hechos según La Barca han derivado en

poner en contra dicho la autonomía de la química desde una postura reduccionista, pues se asume

ingenuamente un realismo de corte externalista que sugiere la existencia de una sola ontología verdadera,

que parece inalcanzable a la química, es decir, que un objeto existe independientemente de nuestro

conocimiento, que es a su vez fijo y que cuenta entonces con una única descripción verdadera y completa

del mundo, dada por la cuántica; en este punto no se reconsidera la relación de correspondencia entre la

palabra que lo designa y el objeto, pues no hay cabida al error (Lombardi O. , 2013) . En orden a todo lo

anterior autores como LaBarca y Lombardi en la última década, han sugerido una importante


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reformulación de lo que se concibe como filosofía química pues es de todo ejercicio de pensamiento

científico el cuestionarse las concepciones tradicionales de una disciplina para así generar nuevos tópicos

de reflexión filosófica.

3.2 Puntos de debate actual en la Filosofía de la Química Los principales puntos de debate en el campo investigativo de la filosofía química son mencionados por

LaBarca en su artículo “La filosofía de la química en la filosofía de la ciencia contemporánea”, estos son:

La metafísica de las entidades químicas : en este punto, el punto álgido de discusión, es el de

establecer la “realidad” de una entidad en cuanto es tal, si se determina su naturaleza, su estatus

epistemológico y su ontología; si se estudiara entonces la entidad de estructura molecular por

ejemplo, surgen preguntas sobre la reductibilidad o irreductibilidad de la misma, en palabras de

(Weininger, 1984) “ La idea fundamental de que las moléculas son construidas aditivamente a

partir de átomos, los que retienen su identidad esencial dentro de una molécula, es puesta en

duda” ,claramente es una posición reduccionista, pero en apartados posteriores se citaran los

principales argumentos en favor de la existencia de la estructura como entidad química útil y auto

sustentada.

Realismo: este punto corresponde a la búsqueda de referentes teóricos que sustenten la

existencia de determinado concepto; con principal atención se estudian el orbital atómico o

molecular, así como la configuración química que generan interrogantes frente a si existen o no

en física y en química, no resulta lógico la existencia de algo en una disciplina mientras que en

otra no.

Autonomía: este apartado está dedicado a la reducción o irreductibilidad inter teórica (Lombardi

O. , 2013) de la química a la física.

Nos detendremos en el apartado de autonomía ya que es el marco de referencia en el que se buscara

defender la tesis de este trabajo.

3.3 Autonomía Química En los primeros años de la filosofía química, la autonomía de la química se defendía solo desde la

epistemología y desde la historia. Según Vancik defender la autonomía de la química corresponde a

no desconocer los aportes de la historia de la misma que por tradición es experimental. Sin discusión

alguna, la química respondió a interrogantes que fomentaron evolución científica. Ana Stanny sugiere

que “La filosofía de la ciencia experimental ha de constituirse en un marco para la filosofía de la

química, ya que puede aportar casos de estudio históricos y actuales, en los cuales los experimentos

desempeñan una función relevante” (Stanny, 2011). Por otra parte (Labarca, 2005), defiende la

imposibilidad de reducción epistemológica, porque simplemente los conceptos y descripciones

químicas no pueden derivarse de los conceptos y leyes de la física, un ejemplo de ello es el propuesto

por Krishna Vemulapalli y Henry Byerly 1999 citado por Lombardi y Pérez “las propiedades de un

sistema químico no pueden ser explicadas en términos de las propiedades de los microcomponentes

físicos; y aun si las propiedades químicas de un macrosistema pudieran derivarse de sus

microcomponentes, esto requeriría, supuestos adicionales relacionados con el fenómeno


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macroscópico bajo estudio” (Lombardi&Perez, 2010, p. 201) . Se podría decir que no se hablarían de

los mismos marcos de referencia, escalas o niveles si se busca redefinir un concepto químico que se

encuentra en un nivel macroscópico desde una física cuántica que estudia a partir de una escala de

microcomponentes. A este aparte se comentará más adelante las implicaciones filosóficas del trabajo

entre niveles de complejidad. Los autores que defendieron este punto de vista fueron

(Vemulapalli&Byerly, 1999), (Scerri, 1994) cuando expresaban frases como “dependencia ontológica

inevitable pero no epistemológica” o “la autonomía solo le corresponde a la epistemología”. Todo ello

se explica si se entiende que la reducción según Scerri tenía dos componentes, cuantitativa

(predicciones desde la física cuántica requieren de datos experimentales químicos) y conceptual (solo

pueden ser expresados en un nivel químico), en ambos casos resulta irreductible.

3.4 Autonomía de la Química desde un Pluralismo Ontológico Actualmente se redefinen los argumentos que defienden la autonomía de la química, no solo desde

la epistemología e historia sino desde la ontología. En palabras de Labarca “Solo la autonomía

ontológica del mundo químico es capaz de dotar a la química del mismo estatus que la física en el

contexto de las ciencias naturales” (Labarca, 2005) por lo cual en el 2005 Olimpia Lombardi y Martin

Labarca publican el artículo “aplicación del pluralismo ontológico al ámbito de la química” y en

trabajos posteriores como (Lombardi O. , 2013) desarrollan una defensa basada en un realismo

pluralista de raigambre kantiana. El trabajo realizado por los autores encuentra su génesis en un

realismo internalista propuesto por Hilary Putnam en su libro, Razón, Verdad e Historia;

consecuentemente el aceptar la dicotomía entre lo que es objetivo-subjetivo no hace más que

conducir a una elección excluyente y radical que, desde la teoría de verdad-copia o bien se elige la

existencia de un mundo objetivo que contiene una descripción única y verdadera (externalismo), o

por el contrario se acepta que desde la misma teoría de verdad-copia, se elige un sistema de

pensamiento que da cabida a la ideología, teorías científicas y el subjetivismo (internalismo)

(Lombardi O. , 2013).

Los internalistas proponen que un objeto no existe independientemente del esquema mental que

compone el marco desde el cual se habla de él; el esquema mental sustentará la existencia del objeto

y es lógico pensar que, si existen numerosos esquemas mentales, existirán entonces tantas ontologías

como esquemas, esto se denomina pluralismo ontológico.

Para defender la autonomía de la química es indispensable quizás, reestablecer su estatus de ciencia,

es preciso entender bajo que premisas se le descalifica como tal. Por lo tanto, durante la revisión de

los distintos argumentos de autonomía, hablar del concepto de ciencia natural, que es defendido por

quienes arguyen que la química es meramente fenomenológica y por ende no es una ciencia

propiamente dicha, es indispensable. Acorde a Van Brakel (Brakel, 2011), Kant influenció la filosofía

de la química y el pensamiento de los científicos en formas que ni él podría haber proyectado, en su

escrito Metaphysische Anfangsgrunde der Naturwissenschaft de 1786. En aquella obra Kant exalta

que la ciencia natural es propia o pura si puede tratar su objeto de estudio a priori, es decir, partir de

unos principios apodícticos, entendidos como indiscutibles, predecibles, calculables o filosóficos y no

desde leyes derivadas de la experiencia. Esta posición de Kant en sus primeros escritos haría pensar a


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numerosos científicos y afines que una ciencia, sería ciencia verdadera, en cuanto tenga una parte

pura (certeza) y aplicada (principios de la experiencia) capaz de separar de forma marcada los

principios matemáticos, metafísicos y específicos de la misma, así como las relaciones entre ellos. En

adición a lo anterior Van Brakel señala que, la formulación de una ley universal de la afinidad que

explique la atracción y repulsión entre las sustancias, que dé explicación al menos a los tipos de

reacciones y la diversidad de sustancias existentes, sería el argumento irrefutable de que la química

ha llegado a ser una ciencia propia. Sin embargo, a pesar de que en años posteriores Kant parece

reformular su argumento frente a la química, este no podría culminar su trabajo en su Filosofía natural

debido a su muerte (Brakel, 2011). Desafortunadamente esa idea de ciencia impropia ha quedado

impregnada para muchos en la ciencia actual.

Autores actuales como (Cabrera & Garcia, 2014) expresan que existen dos posturas contrapuestas

frente a lo que se considera ciencia desde el positivismo lógico y el socioculturalismo. Bajo estas

corrientes filosóficas se evidencia la interminable discusión entre los conceptos de verdad- realidad y

por su puesto estos enmarcan la definición o aceptación de ciencia; el positivismo lógico defiende que

la ciencia es producto del acto científico, otorga un conocimiento verdadero, objetivo, apodíctico, con

leyes y teorías reales, propias de la naturaleza. De nuevo surge esa postura de ciencia propia y según

los mismos autores, esta ha sido mayormente difundida e influyente en la educación científica aún

más que la ciencia conceptualizada bajo el socioculturalismo (Cabrera & Garcia, 2014, p. 299). Ahora

bien, la definición de ciencia que el socioculturalismo concibe es como una actividad humana, cultural

que conlleva al conocimiento, como una construcción susceptible de validación y legitimación social,

así mismo sus leyes y teorías son elaboradas a través de procesos dependientes del contexto

sociocultural en el que surgen.

El interrogante seguido es, que tipo de filosofía de la ciencia se adopta hoy, ya que, por lo mencionado

en párrafos anteriores, esta influye tanto en la concepción de ciencia misma, así como en los

conocimientos que surgen de ella. Eric R Scerri señala en el capítulo titulado “Filosofía Normativa y

Descriptiva de la Ciencia y el Papel de la Química” del libro “Filosofía de la química Síntesis de una

nueva disciplina” que, la concepción de filosofía de la ciencia ha sido entendida desde dos

perspectivas; por una parte Gottlob Frege a finales del siglo XIX, junto con Wittgenstein le otorgaron

a la filosofía la posición de la rama fundamental del conocimiento sobre otras, de allí la adopción de

una filosofía normativa, lógica y a priori. La línea de trabajo de los historicistas como Kuhn, Lakatos y

otros, evidenciarían las carencias de una filosofía normativa, dando paso al nacimiento de ramas como

la sociología de la ciencia etc., pero no sería hasta que los naturalistas modernos como Ronald Giere

y Larry Laudan que se retomaría la idea de una filosofía naturalizada. La idea de adoptar una postura

u otra, así como la misma definición de postura, parece ser un argumento de nunca acabar (Scerri E.

R., 2011). La conclusión del capítulo consiste en una coexistencia entre una filosofía normativa y

naturalista que Scerri interpreta del término “actitud ontológica natural” acuñada por Arthur Fine,

como una adopción de una postura u otra de forma temporal, dinámica ya que ambas poseen

virtudes.


17

3.5 Estructura de las ciencias e implicaciones filosóficas en el concepto de

Estructura Química Otto Theodor Benfey expresa en el capítulo titulado “la estructura conceptual de las ciencias

resurgimiento de la dimensión humana” publicado en el libro “Filosofía de la química síntesis de una nueva

disciplina”, que a lo largo de su ejercicio profesional como docente universitario de primer año se ha

topado con una estructura común en distintas disciplinas científicas. Dicha estructura se basa en el

supuesto de 6 dimensiones denominadas como tiempo direccional (↗t), espacio interno (3d) (estructura

interna), espacio externo (3D) (estructura externa), dimensión discreta (N) y dimensión continua (A).

Dichas dimensiones se encuentran asociadas a pares opuestos que si bien parecen ser completamente

opuestos irreconciliables, generan relaciones de dependencia lógica, que a su vez sustentan su existencia

(Principio de complementariedad) (Benfey (B), 2011, p. 168).

Los tres pares de conceptos son abordados en varios campos de estudio, sin embargo, para el presente

trabajo se prestó especial atención a la explicación de estos en la teoría estructural (Ver más adelante).

La discusión filosófica que conlleva estos pares de conceptos radica en los modos de ver o entender la

naturaleza que entraron en escena en el renacimiento y que según Benfey estas siguen vigentes aun hoy,

Según Kearney (1971) y Kirsch (1981) dichos modos o tradiciones son el mecanicista 1, organicista2 y la

tradición mágica3. El autor concluye que estos enfoques son necesarios para entender cabalmente un

fenómeno y si bien las ciencias tienen sus propios campos de estudio, las líneas divisorias de los mismos

son cada vez más difusas. La pregunta seguida a este hecho sería ¿que hace posible esto? En primer lugar,

el autor menciona que el mismo ejercicio de investigación suscita problemas conceptuales en un campo

que requirieron ayuda de otros campos; debido a esto existe hoy, un marco conceptual unificado de la

ciencia, a través de conceptos claves que son usados indistintamente en varias disciplinas.

En cuanto a este último aporte del autor Otto Theodor Benfey, Giuseppe Del Re en su artículo titulado

“Estado ontológico de la estructura molecular” expresa que para una comprensión mayor del mundo

físico (todo lo que se puede detectar directa o indirectamente por nuestros 5 sentidos) se debe entender

que existen niveles de complejidad; dichos niveles son la realidad de la unidad analizada como colección

de totalidades de cierto grado de complejidad, como si fueran objetos elementales de ese nivel, bien

puede haber una pregunta sobre la esencia de un sistema complejo como la estructura molecular y puede

ser respondida de múltiples maneras (desde la mecánica cuántica, física, química, modelos de redes

neuronales, cálculos ab initio, mecánica molecular etc.) la diferencia radicaría en la carga de información

real que llevan (Del Re, 1998, p. 87) y de su complejidad.

Ahora bien, el autor manifiesta en párrafos siguientes, que conocer los niveles inferiores a los que

preceden la unidad analizada, constituye una descripción completa de su realidad. Aquí la validez tanto

1 La tradición mecanicista prestó especial atención a las dimensiones N (átomos o naturaleza discreta), t (tiempo simétrico) y 3D (espacio externo). 2 La tradición organicista prestó especial atención a las dimensiones A (molécula o naturaleza continua), ↗t (tiempo direccional) y 3d (espacio interno). 3 La tradición mágica le prestó especial atención a los opuestos inconciliables (onda-partícula, tiempo reversible y no reversible etc.)


18

de la mecánica cuántica como de la química para elucidación de estructuras aunque, como señalaba

(Hunger, 2011), los métodos de modelización molecular, tienen sus limitaciones y se quedan cortos a la

hora de la “Explicación científica”. Para efectos prácticos se realizara una breve descripción de las

limitaciones y éxitos de los métodos de modelización molecular descritos por Hunger (Tabla 1), así como

del concepto de explicación científica, para terminar con el argumento de conclusión del capítulo escrito

por este autor : “Cómo fallan los modelos clásicos de explicación en el abordaje de la química el caso de

la modelización molecular” y en torno al cual se considera que la concepción de explicación científica

otorgada por la filosofía de la ciencia como modelo nomológico deductivo y el modelo causal deben ser

reformulados, porque bajo ninguna modelización se cumplen las condiciones en el caso de la química.

Tabla 1.comparacion entre métodos de modelización molecular usada por los Químicos en la actualidad

1.1Modelo Ab Initio: Éxitos

Predice estructuras de sistemas monoelectrónicos.

Reproduce y predice propiedades electrónicas (estados basales y excitados).

Correspondiente con los valores espectroscópicos.

Predice formación y ruptura de enlaces.

Describe trayectorias de reacción.

1.2 Modelo Ab Initio: Limitaciones o contras

No aplicable a moléculas con sistemas polielectrónicos o que contengan átomos pesados.

Modelización de moléculas relativamente pequeñas. p201

Suposiciones Ad Hoc (Hamiltoniano, estructura, uso de datos experimentales desde la química etc., núcleo fijo, etc.)

2.1 Mecánica Molecular – principio de tensión estérica: Éxitos

Menor esfuerzo computacional.

Realiza procedimientos de optimización de geometría local.

Realiza búsquedas globales en la hipersuperficie de energía, aunque esto sugiere usar algoritmos de optimización global *(dependientes de elementos estocásticos.p.205)

2.2 Mecánica Molecular-principio de tensión estérica: Limitaciones o contras

La posibilidad de calcular puntos arbitrarios sobre la hipersuperficie de energía no nos permite por si misma deducir aquellos puntos de la superficie que corresponden a conformaciones estables de la molécula observada experimentalmente. P.204

2.2.1Algoritmos de optimización global

2.2.1.1 Método Monte Carlo: Recorrido aleatorio por la hipersuperficie de energía; punto de partida arbitrario, alcanza nuevos puntos dando pasos aleatorios luego de muchos pasos (posibles) se criba ese camino de trayectoria por el espacio conformacional en busca de sus mínimos energéticos.

Posibles puntos mínimos de energía no contemplados

2.2.1.2 Dinámica molecular Simula la trayectoria de espacio tiempo de los átomos bajo las leyes newtonianas del movimiento, aplica la serie de Taylor que requiere de pasos muy pequeños del orden de 10-15s

Persisten dudas de si se habrán recorrido las regiones energéticamente más favorables de la hipersuperficie de energía p.207


19

Exige pasos muy pequeños para calcular la conformación de una molécula, por lo que el cálculo de la conformación de una proteína que se pliega podría tardar tiempos inestimables.

Limitada en cuanto hay niveles máximos respecto al tamaño de las moléculas.

2.3.1 Modelo de la Inteligencia Artificial- simulación de redes neuronales: Éxitos

Aplicable a los modos de plegamiento de las proteínas, por tanto, a moléculas de gran tamaño.

2.3.2Modelo de la inteligencia Artificial-simulación de redes neuronales: Limitaciones o contras

Sin valor explicativo

Sin uso de teorías químicas o físicas p 210.

Si se quiere una salida especifica (estructura), se usa la secuencia de aminoácidos de la estructura primaria de la proteína como datos de entrada y el modelo asociado de plegamiento de la cadena como salida.

Fuente: Adaptado de (Hunger, 2011).

Ahora bien, en términos de explicación científica, ya se mencionaba que la filosofía de la ciencia identifica

dos modelos de explicación. El modelo nomológico deductivo corresponde al tipo de modelo epistémico

en el que se deduce la explicación de un conjunto de leyes (no pueden ser generalizaciones accidentales),

que tienen la forma lógica de una condicional general y ciertas condiciones antecedentes (con un

contenido empírico). El modelo Causal requiere de supuestos sobre la constitución del mundo, por lo que

se constituye como un modelo mayormente dogmático, este se encarga de buscar la causa de algo

descrita en un proceso no de pseudoprocesos para que sea manipulable.

Resulta interesante la línea lógica con la que se hilan los argumentos de ciencia, estructura de las ciencias,

filosofía de las ciencias y las mismas dimensiones bajo las que se articulan las teorías, leyes y modelos a

partir de los que se describe un fenómeno. Todas las discusiones convergen en un principio de

complementariedad; las disciplinas requieren de otras para llegar a un entendimiento mayor del mundo,

la filosofía adopta actitudes naturales, la ciencia es dinámica y no por ello deja de ser válida. Apelando a

ese mismo argumento, la discusión de validez o primacía de uno u otro queda relegada en cuanto se

asuman “actitudes naturales” como el autor Artur Fine expone y en cuanto se entienda que la intención

de un físico cuántico y un químico son completamente distintas.

3.6 Estado Ontológico de la Estructura Química Según (Del Re, 1998) en su artículo “Estado ontológico de la estructura molecular” los físicos y químicos

cuánticos concebían el concepto de estructura molecular como una convención o epifenómeno, así

mismo, el formalismo matemático de la mecánica cuántica era por tanto lo que contenía lo “real”

perteneciente al mundo submicroscópico R2 y si se observa existe. Del Re continua con unas reflexiones


20

concernientes a la comprensión del mundo físico y los tipos de entidades con las cuales se interactúa,

para señalar la coherencia histórica y epistemológica que le concierne a la estructura química y sus

conceptos asociados como propiedades de la materia.

Desde una postura realista internalista y atendiendo a que según Del Re “Parece que los científicos

prefieren creer que lo que estudian es la realidad” (Del Re, 1998, p. 83) el autor argumenta que la

estructura molecular o química es una entidad de segunda clase (que presuponen un operador para

acceder a la misma), que existe porque hay evidencia analógica y lógica, indirecta, es parcialmente

abstracta, interpretada como una organización que se constituye como entidad emergente del resultado

de la disposición o interconexión de cierta partes de un todo, su comportamiento resulta de las relaciones

especiales entre muchas partes que interactúan, desde una cooperación dinámica, hasta un

ordenamiento persistente , por lo tanto la respuesta de si existe y que es, puede ser respondida de

múltiples maneras, pero todas las respuestas tienen una carga de información real distinta. (Del Re, 1998).

A este último punto que argumentaba Del Re, Joseph E. Early Sr disiente de la postura quizás de muchos

que estudian la estructura desde la mecánica cuántica como una conectividad intermolecular que puede

calcularse o que surge solo desde principios fundamentales de la mecánica cuántica. Ya en párrafos

anteriores se expresaba lo mismo, sin embargo, es de resaltar que la estructura no se configura solo de

las energías relativas de estados estables sino de las circunstancias de síntesis y separación; propios de la

química. Este autor también explica que la estructura esta cinéticamente determinada ya que algunos

sistemas químicos pueden ser lábiles4,no lábiles ,inertes o robustos, responden a cambios ambientales

con respuestas tan lentas quizás que parecen no cambiar, así mismo pueden ser biestables5, multiestables

y para entenderla se precisa de algunos, muchos, o todos los estados previos (pasados) del sistema.

(Joseph E, 2012)

3.7 Modelos en la ciencia Según la Real Academia española el concepto de modelo implica un “arquetipo o punto de referencia para

imitar o reproducir”, es una “representación en pequeño de alguna cosa” o bien “un esquema teórico,

que en general tiene forma matemática, de un sistema o de una realidad compleja”, así como también

puede ser un “objeto, aparato o construcción”. Dadas las múltiples definiciones que desde el lenguaje

natural se designan por modelo, es necesario entender, que por “modelo” en ciencias se entiende ,en

este trabajo ,como una herramienta de pensamiento en uso extendido, como representaciones

simplificadas o idealizadas de los sistemas que se encuentran en el mundo físico (Del Re, 2000, p. 5).

De acuerdo a (Aduriz-Bravo & Izquierdo-Aymerich) un modelo en ciencias naturales, para didactas,

epistemólogos y profesores de ciencias converge en un sustituto del sistema real estudiado que por

complejidad re-presenta el sistema solo en los elementos esenciales de interés. Aunque existe una

polisemia frente a lo que se considera modelo desde las ciencias naturales, según (Aduriz-Bravo, 2012)

4 Responde rápidamente a las circunstancias cambiantes, cambiando rápidamente la configuración a medida que cambian las circunstancias. 5 Tienen acceso a dos o más estados de equilibrio estable.


21

es posible encontrar o caracterizar de manera transversal dichos modelos para identificar los modelos

más pertinentes para la enseñanza de la química. Su propuesta se resume así:

Tabla 2 Seis características clave de los modelos científicos, y la manera en que estas aparecen recogidas en los artículos de Chamizo (2006)y Oh y Oh (2011).

Características clave de los modelos

Chamizo, 2006 Oh y Oh,2011

Los modelos científicos se pueden clasificar según distintos criterios.

“Los modelos pueden ser: icónicos y conceptuales.” (p479; cursivas en el original)

“La química es [una disciplina] en la cual se utilizan varios tipos de modelos en diferentes niveles-tales como el nivel observacional/macroscópico, el molecular/microscópico y el simbólico- con fines de investigación y enseñanza […].” (p.1118)

Los modelos científicos son modelos-a-partir-de

“Obviamente los modelos lo son de “algo”.” (p.477)

“Para decirlo de una manera sencilla, un modelo es algo que representa alguna otra cosa.” (p.1112)

Los modelos científicos se construyen para unas determinadas finalidades y valores

“Los modelos se construyen para responder una o varias preguntas [importantes en determinado tiempo y lugar] sobre una determinada parte del mundo, por ello es crucial identificar el sentido del modelo (…). Así se está en posibilidades de reconocer lo que se ha eliminado de la totalidad del mundo para poder entenderlo mejor.” (p.478)

“Un modelo científico en tanto que dispositivo de pensamiento y comunicación sirve para describir, explicar y predecir fenómenos naturales y para comunicar ideas científicas a otros. […] Un modelo representa [su fenómeno] blanco de una manera determinada, dependiendo del tipo de problema o de la intención del modelizador.” (pp.1116-1117)

Los modelos científicos son analógicos respecto de la realidad

“[La idea de “grado de similitud”] nos remite de manera muy clara a que la analogía no es la realidad. De hecho, la analogía se separa de la realidad que intenta representar una vez que ante la prueba experimental se encuentra información que no puede “acomodar”. Así, las analogías y los modelos que se construyen […] son reemplazables por otros que si

“Muchos autores acuerdan en que la capacidad explicativa de un modelo proviene del uso de la analogía.” (p.1115)


22

pueden incorporar la nueva evidencia.” (p.478)

Los modelos científicos son construcciones teóricas

“[L]o que ensenamos son modelos y no realidades. […] [S]e puede establecer de manera muy clara la distancia que separa la construcción teórica (científica, social, histórica) del mundo real […].” (p.481)

“Se pueden desarrollar múltiples modelos para el mismo [fenómeno] blanco, porque los científicos [y científicas] pueden tener diferentes ideas […] y porque hay una variedad de recursos semióticos disponibles para construir un modelo.” (p. 1124)

Los modelos median entre teoría y realidad

“Actualmente se discute si la ciencia puede expresarse sin la necesidad de leyes [… ] y si los modelos conceptuales pueden ser identificados con estas. En caso de serlo, la clasificación de Suppe [de las leyes en tres tipos-coexistencia, sucesión e interacción-] puede resultar también, con las cautelas del caso, una clasificación de los modelos conceptuales.” (pp.479-480)

“En un sentido pragmático, un modelo es a menudo comparado con un “puente” o visto como un “mediador”, dado que juega el papel de conexión o transición entre teoría y fenómeno […]. [U]n modelo existe entremedio de proposiciones teóricas y objetos del mundo real, conectando las dos entidades […].” (pp.1113-1114)

Fuente: Tomado de (Aduriz-Bravo, 2012)

Ahora bien, resulta importante entender que la ciencia se vale de modelos matemáticos o físicos y que

los modelos en la enseñanza son modelos de dichos modelos, el modelo físico de la ciencia se define

como “las herramientas del pensamiento analógico argumentativo” y el segundo como herramientas del

pensamiento analógico descriptivo; a este aparte, es de gran interés el uso del mismo como herramienta

esencial de la descripción científica y de la cognición del hombre, aunque ellas no sean accesibles a los

sentidos de forma directa. Un modelo físico por tanto, entendido desde Del Re, es un referente análogo

para la comprensión de la teorización científica que puede ser una idea. (Del Re, 2000)

Para entender los modelos que son llevados al aula es preciso entender que la química, se vale de modelos

físicos que, como representación, obligan al pensamiento por analogía; por analogía se refiere a la

estrecha coincidencia entre las propiedades geométricas y mecánicas del modelo macroscópico, como

con su homólogo en el mundo submicroscópico. En este caso particular la estructura molecular es un

modelo aceptado como tal por su coincidencia (en cercanía) a la molécula real.

Discutir sobre los grados de verdad que acarrea un modelo, constituye en cierta medida, referirse al grado

de verdad ,aquí el autor Del Re describe los grados de verdad a los que la ciencia aspira y en cuanto acepta

las verdades contenidas en un modelo, este debe ser derivado correctamente o consistente con los

principios y primicias, así como el ser fiel a la realidad, depende del procesamiento de la información

fáctica y de la evaluación del valor de verdad, tiene una carga real en cuanto carece de los detalles


23

variables (ideal), se ocupa de objetos que no son directamente accesibles, acercándolos a la realidad

sensible (colección ordenada de objetos y entidades de diferentes tamaños, grados de complejidad y de

observación accesible), permitiendo ignorar detalles no esenciales de entidades u objetos sin descartar

su dimensión de espacio y tiempo. (Del Re, 2000)

3.8. Identidad Química El argumento en defensa de la química ante el fisicalismo, puede radicar en las funciones que esta realiza,

definición de su campo de estudio, aunque no es una definición sencilla y leyes de predicción que no

radiquen únicamente en experiencias. En palabras de Bensaude-vincent, Stengers, 1997 Citado por Nieto

y galán.

“La química presenta una peculiaridad respecto a la definición de su territorio. Este es un saber de

múltiples rostros, de innumerables ramificaciones tanto en las profundidades de la tierra como en el

espacio exterior, que concierne tanto a la agricultura a la industria pesada y ligera como a la farmacia.

Nos encontramos ante una ciencia que traspasa las fronteras de lo inerte y lo vivo, entre lo por su parte

microscópico y lo macroscópico. ¿Cómo asignar una identidad a una ciencia que parece estar a la vez en

todas partes y en ninguna?” (Nieto-Galan, 2010, p. 12)

De acuerdo a Pérez miranda et al, la química se ocupa de la materialidad y no de la materia, esta última

se constituye como una categoría filosófica; por una parte, el estudio de los químicos se centra en dos

tipos de interacciones: sustancia-energía y sustancia-sustancia, podría decirse que la primera de estas

relaciones está ligada a las propiedades físicas, mientras que la segunda relación corresponde a las

propiedades químicas. (Perez miranda, Gallego Badillo, Torres de gallego, & Cuellar Fernandez, 2004, p.

52) . Aunque podría decirse que el mayor interés radica en el estudio de los fenómenos que dependen de

las propiedades específicas de tipos particulares de material (Caldin, 2002).

Pérez Miranda et al, ya señalaban que los químicos trabajan como constructores de materiales por lo que

el concepto asociado a su actividad es el de molecularidad, cimentado en las teorías de enlace y no

directamente en las teorías atómicas, aun cuando hacen uso de ellas como fundamento. Jaap Van Brakel

define la química como “la ciencia de las características de (macroscópico) materiales o fases (incluidas

las transiciones de fase) y su contenido (especie a escala molecular), así como la interacción (Planificada)

de estos materiales con otros materiales (síntesis, transformaciones químicas, métodos de separación)”

(Van Brakel, 2014, p. 19).

En cuanto a las distinciones con otras ciencias, la química presenta 3 cuestiones según (Van Brakel, 2014)

son: a) perspectiva de variedad de cosas que requiere un análisis conceptual de la noción de material, b)

presenta perspectivas de hacer cosas, transformación de las cosas por productos químicos reacción o

transición de fase y c) un papel fundamental de las relaciones entre la química y la física en conexión con

la pregunta de cómo encaja todo.

3.8.2 Lenguaje Químico, Modelos y Niveles de Representación

Una vez definido su campo, es necesario definir las funciones que realiza frente a lo que le implica el ser

una ciencia. Resulta imperante conocer sus metodologías, que la diferencia de otras ciencias aun cuando


24

las líneas divisorias no son tan claras, a que recursos recurre y a partir de que herramientas configura su

lenguaje; en orden a ello se entiende que por lenguaje se refiere a un sistema de interpretación (Perez

miranda, Gallego Badillo, Torres de gallego, & Cuellar Fernandez, 2004). El lenguaje de la química se vale

de la modelización, leyes, teorías, hipótesis, discursos etc.

Resulta importante entender que en ultimas un discurso científico puede ser construido por sistemas

semióticos, cargados de significación, por lo tanto, el lenguaje natural, lenguaje gráfico, lenguaje

matemático y hasta el lenguaje gestual tan determinante en la enseñanza de cualquier disciplina entran

en escena y pueden incluso actuar de forma sinérgica.

Según Lemke 1993 citado en (Lombardi, Caballero, & Moreira, 2009) el uso de estos lenguajes es exigido

por la naturaleza del objeto (concreto o abstracto) del cual se quiere expresar algo en particular. En orden

a esto, los sistemas de representación por los cuales se configura el lenguaje desde el cual se facilita hablar

del objeto, tienen el propósito de completar la información para transmitir un mensaje. Desde este punto

se hace necesario entender en que consiste la representación (externa) que en gran medida explicita la

representación mental que el sujeto cognoscente tiene configurada y que bien puede ser lingüística,

pictórica, fotográfica e incluso diagramas estructurales; este último remite al nivel microscópico y por ello

se configura como eje central en este trabajo para el abordaje de la estructura química, aunque no por

ello se abandona el componente simbólico del mismo.

Según (Vollmer, 2011) la manera más habitual de representar un objeto es a través de mostrar su

geometría, en el caso de la química aparecen en escena los diagramas de Dalton, como las primeras

representaciones de las relaciones espaciales relativas de los átomos dentro de una molécula al ilustrarse

las relaciones espaciales con círculos. Una de las propiedades necesarias para considerar que una

representación tenga correspondencia con el objeto observado es que muestre las relaciones espaciales

o geométricas en dos dimensiones del objeto que retrata, es decir una correspondencia espacial directa

y si el objeto tiene 3 dimensiones, se representara no solo la geometría sino su tercera dimensión en una

proyección en perspectiva, puede decirse que se codifica con indicación de profundidad.

El autor S.H Vollmer argumenta que no solo existe una relación de correspondencia entre un objeto y su

imagen (diagrama) sino que también comparten una fenomenología, en cierta medida lo común entre

objeto y su imagen es la geometría, que en últimas cumpliendo con las condiciones descritas dotan a las

representaciones de una carga lingüística y convencional.

Para entender la carga lingüística implícita en las maneras de representación molecular es indispensable

que se haga una diferenciación de la pluralidad y funcionalidad de la misma, entender que es de

naturaleza parcial, limitada a expresiones individuales y estáticas en su mayoría; de forma que su

comprensión subyace una carga teórica en cuanto a propiedades químicas y físicas, en tanto como

modelo, en menor o mayor grado adquiere significado dependiendo de la red conceptual de quien lo

percibe. (Alzate, Caballero, & Moreira, 2006).

A continuación, y entendiendo que la química razona bajo niveles, escalas y dimensiones, es importante

entender a qué se refiere cada termino antes de describirlos formalmente. Escala se refiere a una sucesión


25

ordenada de valores distintos que pertenecen a una misma entidad cuantitativa, en química, una escala

se refiere a la relación matemática entre la dimensión real y el modelo que representa la realidad. El

termino nivel se refiere a una forma de organización de un constituyente, en química, los niveles son las

formas de organización a las que recurre para acercarse a su objeto de estudio (se definen en el apartado

de didáctica) y por último el termino dimensión, se refiere a un aspecto o a una faceta de algo, en química

puede ser usado no solo en términos de espacio sino de tiempo “3 pares de conceptos”.

Ahora bien, Hoffman y Lazlo (1991) citado en (Alzate, Caballero, & Moreira, 2006) definen los niveles de

la representación de la química en cuanto a estructura en grado ascendente de complejidad molecular,

las maneras como estas representaciones transforman simbólicamente la realidad de forma gráfica,

lingüística, histórica, artística y científica son estructurados según los autores en 3 niveles; el primer nivel

se refiere a la estructura como grafos 2D y 3D (elementos y valencias); el segundo nivel correspondiente

a geometría molecular (ángulos y longitudes como estructura rígida); el tercer nivel correspondiente a los

Cálculos Ab Initio (núcleo fijo, electrones en movimiento, densidades electrónicas de probabilidad y

superficies de energía potencial). Así mismo Schummer define dichos niveles en Grafo Topológico, Grafo

Geométrico y Grafo Molecular.

3.8.2.2 Niveles de Representación de la Estructura Química- (Grafo Topológico)

Se denomina grafo topológico a los grafos que corresponden a relaciones matemáticas, a este respecto,

la fórmula estructural posee una función dual ya que en primer lugar presenta información química de

una molécula en un contexto, le da identidad y diferenciación de una molécula a otra desde la topología

química y la teoría de grupos. En segundo lugar, posibilita dilucidar la fenomenología de la misma en un

evento químico en términos de inferencia o predicción, a través de ella se conjugan reglas de

comprensión, interpretación o transformación que sistematiza y otorga predictibilidad; permite asociar

los grupos funcionales en una organización estructural, así como orienta a una clasificación empírica de

las sustancias.

3.8.2.3 Niveles de Representación de la Estructura Química- (Grafo Geométrico)

En este tipo de representación se evidencian la organización espacial de grupos de átomos que están

determinados por la longitud, energía, ángulo y polaridad del enlace, así como por la polaridad de la

molécula. Este tipo de representación siempre estará determinada a ofrecer información de una molécula

de forma precisa, aislada y no flexible, de allí que a veces se asocie una estructura rígida a una estructura

en particular, sin embargo, se debe tener claridad a la hora de entender que es una representación que

tiene una finalidad de mostrar geometría, aun si los puntos de referencia de los átomos en realidad no

son estáticos, la representación los asume como tal. Esta representación es resultado de las mediciones

espectroscópicas, cálculos desde la química cuántica y explicita la concepción de interacciones entre

núcleos y electrones.

3.8.2.4 Niveles de Representación de la Estructura Química-(Grafo Molecular)

Esta idea de representación hace referencia a una geometría topológica, tras la teoría estructural, se

acepta que las moléculas son diferenciables por la disposición de los elementos constituyentes en un

armazón de enlaces que cumplen con la valencia. En un grafo molecular se encuentran las categorías de

composición (conjunto de elementos y/o grupos funcionales), constitución (Red de enlaces),


26

configuración (constitución transformada a un espacio 3D) y conformación (flexibilidad del grafo). A partir

de ellas se permite el pensamiento abstracto y cualitativo que indica la pluralidad funcional de las formas

de representación y que son coherentes con el dinamismo químico de la sustancia.

3.9.1 Modelos de Representación de la Estructura Química En el caso de la Química, los modelos de representación pueden ser clasificados en grafos topológicos,

geométricos y/o moleculares, como se enuncio con anterioridad. Cada uno de ellos surgió debido a los

esfuerzos por establecer puentes entre lo teórico y lo experimental, así mismo la introducción de los

mismos en el pensamiento químico parte desde distintos momentos históricos, referentes o nociones

teóricas e incluso intenciones distintas. Por ejemplo, cuando se especulaba la naturaleza tridimensional

de las moléculas fue necesaria la introducción de diagramas que representaran no solo dos dimensiones

sino también la tercera dimensión; Van’t Hoff introduce sus diagramas de proyección en los vértices de

un tetraedro sólido. Sin embargo, los azucares y las proteínas, supusieron desafíos que, por su gran

complejidad y tamaño, exigió la representación planteada por Fischer en sus proyecciones, para facilitar

la representación de átomos que en los diagramas de Van’t Hoff resultaban ininteligibles.

A continuación, se describen los distintos modelos de representación molecular que derivaron en la teoría

estructural clásica y teoría estructural actual.

3.9.1.1 Diagramas de Dalton

Este sistema de representación consiste en círculos que representan una clase de átomo a través de un

símbolo contenido en su interior, especifico e irrepetible para cada uno. En este sistema, las posiciones

relativas de los átomos no fueron concebidas sino en relación a la geometría del circulo en el papel, o bien

porque dos átomos de naturaleza igual se repelen y por ello se disponen los más lejos posible el uno del

otro para conferir estabilidad. Estos diagramas permitieron representar los átomos constituyentes de una

molécula, la clase de los mismos, afinidad con otros átomos y las relaciones espaciales entre ellos. De

acuerdo a (Vollmer, 2011) se puede especular acerca de si dichos círculos hacían referencia a la idea de

átomo como partícula indivisible, con dicha forma o si se refirieron al calórico o alguna otra propiedad

que se distribuía uniformemente en forma esférica, pero no puede decirse que esta representación

contenga nociones más allá de 2 dimensiones (coplanares).


27

Ilustración 1. Diagrama de Dalton (2018). Recuperada de http://flavorsome.info/periodic-table-of-elements-john-dalton

3.9.1.2 Berzelius- Fórmula molecular

Este sistema de representación se constituyó como el sistema base para los compuestos químicos a partir

de la formula molecular. En este se representan las moléculas listando los átomos constituyentes de una

molécula por símbolos uno al lado del otro. Dichos símbolos son las iniciales de los nombres latinos de los

elementos y si dos ellos coinciden en inicial, la letra mayúscula se asignará al elemento no metálico,

mientras que la mayúscula seguida de una minúscula se asignará al elemento metálico. Para indicar la

presencia de más de un átomo del mismo tipo se colocaba el número antes de la letra o bien como

exponente precediendo la misma. En términos de geometría este sistema solo puede estar limitado a una

noción parcial de las posiciones que los símbolos de los elementos ocupen en una dimensión. (Vollmer,

2011).

Ilustración 2.Formula Molecular- Berzelius. Recuperada de http://www.chemistry-blog.com/wp-ontent/uploads/2013/08/progression_of_formula.png


28

3.9.1.3 Van’t Hoff- Le Bel

Desde este Sistema de representación aparece la geometría en la tercera dimensión, a partir de la cual

Van’t Hoff representa la geometría de los centros de carbono proyectados en las puntas de tetraedros

sólidos. (Vollmer, 2011).

Debido a la dificultad de dibujo en proyecciones y porque algunos átomos en moléculas complejas

quedaban superpuestos, se hizo necesaria la introducción de las proyecciones de Fischer.

Ilustración 3. Diagrama de Van’t Hoff-Le Bel. Recuperada de http://sciencepenguin.com/jacobus-henricus-van-t-hoff/

3.9.1.4 Fischer

En este Sistema de representación, las posiciones atómicas de la cadena principal se disponen de forma

vertical, los grupos laterales se ubican de forma horizontal, se dibujan líneas entre los vecinos próximos

para indicar su conectividad. En términos de espacio, los vecinos cercanos a un átomo de carbono central

se muestran de forma más cercana al observador (derecha o izquierda), mientras que los vecinos cercanos

que se disponen verticalmente, se muestran más lejanos del observador. Este hecho permite visualizar

toda una molécula sin el inconveniente de no ver todos sus enlaces y todos los átomos que la constituyen.

(Vollmer, 2011).

Ilustración 4. Proyección de Fischer. Recuperada de http://organica1.org/nomencla/estereo4.htm


29

3.9.1.5 Proyecciones de Newman

Este tipo de representación consiste en la proyección de una molécula a lo largo del eje C-C. El carbono

frontal es representado por un punto, a partir del cual parten tres enlaces que lo unen a los sustituyentes.

El último carbono es representado por un círculo y los enlaces se dibujan a partir de ese círculo.

Ilustración 5. Proyecciones de Newman. Recuperada de http://www.quimicaorganica.org/estereoquimica/540-paso-de-newman-a-fischer.html

4. ENFOQUE DESDE LA HISTORIA

4.1 Definición de Historia A partir de la publicación del libro de Kuhn en 1962 titulado la estructura de las revoluciones científicas,

los estudios en filosofía de las ciencias han marcado la nueva filosofía de la ciencia a partir de la cual los

modelos de cambio científico suscitados a través de la historia presentan algunos puntos en común. Según

Pérez Ransanz citado en (Alsina Calves, 2002) dichos puntos corresponden a:

La historia de la ciencia es la principal referencia para construir y evaluar modelos sobre cambio

científico, tales estudios se respaldan a partir del desarrollo de las diversas disciplinas.

La experiencia no puede ser organizada conceptualmente de una única manera. Las

investigaciones científicas son intentos por comprender la naturaleza en términos de alguna

estructura teórico presupuesta, no hay percepciones puras, independientes de las perspectivas

teóricas locales.

Las teorías científicas se construyen y desarrollan dentro de marcos generales de investigación.

Dichos marcos tienen una serie de presupuestos que establecen los compromisos básicos en una

disciplina científica. Este marco constituye y a su vez, hace posible el desarrollo de las teorías.

Los marcos de investigación también cambian. Pueden tener una vida media más larga que las

teorías o hipótesis empíricas asociadas a ellos, pero los marcos de investigación nunca son

absolutamente estables. Por ello la necesidad de modelos que den cuenta de los cambios más

profundos, y a más largo plazo, que ocurren en el nivel de los presupuestos o compromisos

básicos (revoluciones científicas Kuhnianas)

La ciencia no es una empresa totalmente autónoma. No solamente los procesos de construcción

de hipótesis y teorías están sujetos a la influencia de factores externos (psicológicos, sociales,

ideológicos). El proceso de elección de teorías esta subdeterminado por la evidencia disponible.

El desarrollo científico no es acumulativo ni lineal. Como las teorías rivales no resuelven los

mismos problemas, casi siempre la aceptación de una de ellas trae consigo perdidas explicativas.

De aquí que la noción de progreso científico se deba desligar de la idea de acumulación.


30

La racionalidad científica no se puede caracterizar “a priori”. Como los cánones de evaluación y

procedimiento no son autónomos, dado que ellos mismos han sufrido transformaciones como

resultado de la dinámica de las diversas disciplinas, se considera que solo un análisis de esta

dinámica nos permite elucidar el tipo de racionalidad que opera en la actividad científica.

Los modelos de cambio científico no tienen una base neutral de contrastación. Como se considera

que la base para evaluar los modelos metodológicos es la historia de la ciencia, y como no hay

historiografía de la ciencia que sea metodológicamente neutral, se plantea el problema de una

circularidad que aparentemente viciaría la evaluación. De aquí la necesidad de elucidar las

relaciones entre historia y filosofía de la ciencia, que han sido muy discutidas en el nivel de análisis

meta metodológico.

En el presente trabajo atendiendo a los enunciados anteriores se abordará la historia de la química

estructural desde Bachelard, habla de la ciencia como una actividad circular donde los experimentos

llevan a definir modelos abstractos-matemáticos y luego de ello a nuevos experimentos que derivan en

nuevos modelos racionales, es bien conocido el concepto que acuno Bachelard de obstáculo

epistemológico, en torno a este se suscitan las dinámicas de reforma del método científico usado y por lo

tanto de la superación del mismo depende el desarrollo del conocimiento científico.

Según Bachelard existen dos formas de conocer denominadas conocimiento común y conocimiento

científico. El primero de ellos es entendido como aquel que proviene de la percepción, se construye al

observar los fenómenos y por ello depende de la experiencia sensorial de quien lo examina. A su vez el

conocimiento científico que es propio de la ciencia real, se construye a través de la abstracción, para pasar

a ella se requiere superar lo sensible y llegar a lo inteligible que consiste en ir al trasfondo de las fórmulas

matemáticas, el pasado y en ultimas recorrer el camino que condujo a ellas.

4.2 Necesidad de la historia para la enseñanza del concepto de Estructura Química La necesidad de la incorporación de la historia en la enseñanza de cualquier concepto en ciencias y en

específico en química ha sido álgidamente debatida, (Cabrera & Garcia, 2014) resaltan que la importancia

de la misma radica, en que esta le permite al docente, que hace uso de ella, identificar aportes claves

para nuevas formas de enseñar, recrea situaciones, facilita la comprensión y entendimiento de los

conceptos, también transforma la idea de ciencia, permite a su vez entender las relaciones que surgen

entre la cultura, ciencia y sociedad al contextualizar los saberes. Más adelante, el autor destaca que la

historia debe ser abordada desde una visión diacrónica (condiciones de su tiempo), de manera que se

logre entender un hecho sin formular juicios históricos erróneos desde una concepción actual.

Ahora bien, como hacer uso de ella, que aspectos tener o no en cuenta, que jerarquización en los hechos

y teorías es el más adecuado para la enseñanza y otros, son los principales interrogantes que le competen

a los docentes, historiadores y profesionales de distintas disciplinas (Cabrera & Garcia, 2014). Sin

embargo, la historia no debe ser leída como una adición de sucesos ocurridos en una línea de tiempo.

Otto Benfey concuerda con esta postura al decir que “Ni las ciencias ni el estudio de la historia de la ciencia

pueden conformarse con la acumulación de hallazgos de la investigación. Deben buscar modelos

organizadores, y la historia de la ciencia aspira a conocer los caminos por los que se desarrollan las

ciencias.” (Benfey (B), 2011, p. 170), propone entonces que la estructura conceptual de las ciencias y su


31

dimensión histórica, evolucionista, pueden ser la ruta más adecuada para mostrar el crecimiento,

enriquecimiento y adaptación mutua de las ciencias. El entendimiento del desarrollo de un concepto,

teoría o ley, rescata en formas profundas el proceso científico, en otras palabras, la naturaleza de la ciencia

(factores epistémicos y no epistémicos). En últimas, la idea de ciencia que este autor defiende es una

postura opuesta al positivismo lógico, es entonces una idea de una ciencia humana.

Según (Acevedo-Diaz, Garcia-carmona, & Aragon, 2017), la comprensión de la naturaleza de la ciencia es

clave para la alfabetización científica y por ende de la cultura científica. Pero a pesar de ello, muchos

profesores de ciencia no cuentan con conocimientos adecuados de la misma, ignoran estrategias

educativas y técnicas de evaluación para implementarla en su ejercicio docente.

4.3 Historia de la Química Estructural El concepto de estructura es ampliamente usado en múltiples disciplinas y es definida según la Real

Academia Española como la disposición o modo de relación entre las partes de un todo. Ahora bien, en

química este concepto es re significante según el marco de referencia; molecular, atómico o nuclear.

Para comprender a que se refiere la estructura química en el marco de organización molecular es

necesario remontarse a la historia que acuño el término. Según Joan Baptista van Helmont (1577-1644)

máximo exponente de la Iatroquímica – rama histórica de la ciencia que enlazaba la química y la medicina-

“existían dos primeros principios de los cuerpos, el agua y el “fermento” o principio organizativo activo,

los cuales moldeaban las diversas formas y propiedades de las sustancias” (H.Brock, 1992, p. 61) no es

posible rastrear el significado literal del principio organizativo activo que exponía Van Helmont, sin

embargo es interesante encontrarse con una lógica organizativa de la materia que si bien no se refiere

propiamente a estructura, si relaciona organización o forma con propiedades ,aunque puede darse paso

a la especulación.

Por otra parte los corpularistas como Boyle, atribuían las propiedades químicas a las formas de disposición

de las partículas de un cuerpo, “organización ” , y así mismo defendían que la manera de reaccionar de

los cuerpos frente a otros se debía a dicha disposición (H.Brock, 1992) en este caso Boyle arguyó que cada

álcali, acido o metal tenía “su propia forma específica interna o virtud”; se estaría lejos de hablar de

estructura en aquella época y no sería sino hasta que los filósofos de principios del siglo XVIII aparecieran

en escena, que se atribuyeran las propiedades a cualidades geométricas como forma, tamaño o

“movimiento que Dios había dotado en un principio a las propiedades químicas” (H.Brock, 1992, p. 71).

La estrecha relación de las propiedades de la materia y como estas se explican a través de su estructura,

no fue abordada sino hasta el siglo XIX cuando se desarrolló la química orgánica, (Wojtkowiak, 1987, p.

77) .

4.3.1 Formula empírica Para este apartado, es necesario entender que en los inicios del siglo XIX, la Química Orgánica se

cimentaba en lo conocido en química inorgánica o mineral y es desde allí, que surgen nociones de

estructura, por ello se atribuía a la formula empírica toda descripción de un compuesto, pues daba razón

del número de átomos de cada tipo presentes en la molécula.


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A través de diferentes estudios por parte de Liebig (1824) con los fulminatos y Wohler con los cianatos,

se hizo evidente que la formula empírica era insuficiente, dichas sustancias coincidían en ella, pero

presentaban diferentes propiedades. Los estudios de ambos autores fueron enviados a una revista

editada por Gay-Lussac, quien los remite a Berzelius que reconoce otros estudios con la misma

singularidad sobre el ácido racémico y tartárico con formula C4H6O6 y resuelve que “una sustancia

isométrica era aquella que poseía la misma composición química y atómica pero diferentes propiedades

( (Neto, Campos, & Marcelino, 2013, pág. 1023)). Cabe mencionar, que este término no fue validado hasta

que se constituyó la teoría estructural fundamentada a través de la química de coordinación.

Ahora bien, “Si 2 moléculas están hechas del mismo número de cada tipo de átomos, y si poseían

propiedades distintas, la diferencia debería residir en el modo como los átomos estaban enlazados dentro

de la molécula” (Asimov, 1965, p. 103) . Se perfilaban los primeros indicios de una estructura, Berzelius

en 1830 ya establecería este término como un concepto general en la química orgánica (Klages, 1969).

La importancia del término radicó después, en la elucidación estructural de las aminas primarias,

secundarias y terciarias, así como la de éteres y alcoholes que poseían igual número de carbones. Pero,

aunque se asumió todas las posibilidades de isómeros creadas por la formula estructural se evidenciaron

un exceso de isómeros.

4.3.2 Teoría de tipos, radicales y estructura J.J Berzelius (1766-1844) ya había fundado su teoría electroquímica de la combinación o teoría dual a

partir de la cual se asumía que las moléculas estaban unidas por naturaleza eléctrica entre opuestos

(asertivo en inorgánica, pero no en toda la orgánica) y así mismo, sustituir un elemento negativo por uno

positivo sin cambiar drásticamente las propiedades del compuesto era impensable (Aguilar & Garay,

2014). Gay Lussac y Thenard adelantaban estudios sobre el grupo CN pues este podía desplazarse de un

compuesto a otro sin escindirse en C y N de manera que, se sugería que posiblemente existían ciertos

grupos o “tipos” limitados en combinación que podrían desplazarse de un compuesto a otro

permaneciendo agrupados y las moléculas podían ser construidas a partir de ellos. Wohler y Liebig

notaron este comportamiento aparente en un grupo de 6 átomos de carbono llamado benzoilo. Sin

embargo, para conocer la estructura de las moléculas, era necesario primero resolver la incógnita de la

estructura de los radicales como los bloques de construcción de una molécula siendo incluso dotados por

una supuesta invariabilidad (Asimov, 1965).

En 1832 J.B Dumas (1800-1884) formula la ley de la metalépsia, que dictaba, que en una reacción se

produce la sustitución de átomos o radicales por otros átomos y bajo esta August Laurent (1807-1853)

logra sustituir átomos de cloro por unos de hidrógeno en la molécula de alcohol etílico, si se supone que

según Berzelius las moléculas estaban unidas por naturaleza eléctrica ¿cómo era posible la unión de

hidrógeno (positivo) a la molécula de alcohol etílico en sustitución del cloro (negativo)? .Ya se hablaba de

la teoría de los tipos en la que se pensaba que una molécula orgánica tenía un núcleo al que se enlazaban

los diferentes radicales, así todos los miembros de un tipo tendrían en común un núcleo idéntico al que

se podría unirse cualquier radical de una serie semejante. La idea de estructura no era respondida, se

asumía los radicales como unidades. (Aguilar & Garay, 2014).


33

4.3.3 Valencia y Estructura Tras la teoría de tipos y la constante del oxígeno por combinarse con otros dos átomos o radicales, o la

misma similitud del nitrógeno por combinarse con 3 átomos o radicales, numerosos químicos listaron

compuestos orgánicos de oxigeno o de nitrógeno que constataban el hecho, por lo cual en 1852 Frankland

generaliza la teoría de la valencia, siendo entendida esta última como el poder de combinación fijo, nada

tenía que ver con el concepto de valencia moderno, esta fue determinada bajo la claridad de conceptos

de peso atómico y peso equivalente.

4.3.4 Fórmula Estructural El químico alemán Friedrich August Kekulé von Stradonitz aplicó la noción de valencia en sus intereses por

las moléculas orgánicas y en 1858 se aventuró a formular la estructura de las moléculas orgánicas y de

radicales. La representación gráfica de los enlaces o fuerzas combinadas entre átomos como trazos fue

introducida por Archibald Scott Couper (1831-1892), las facilidades en representación de enlace átomo a

átomo junto con una evidente guía para entender quizás reacciones desconocidas, hicieron de esta

notación un éxito que desplazó todo intento de construir estructuras a partir de radicales.

El término estructura fue usado formalmente por primera vez por A. Butlerow (1828-1886) pero no podría

decirse que es el único investigador que trabajo sobre ella. La tautomería era una clase de isomería

estudiada por Butlerow en cuyos experimentos encontraba sustancias que se presentaban siempre como

mezclas racémicas o de dos componentes.

5.3.5 Enlace y Estructura La noción de estructura en tiempos de Kekulé solo se podía atribuir a arreglos geométricos en los que se

ignoraba aun la fuerza enlazante, que en ultimas, determina en mayor medida lo que hoy se conoce como

estructura (Cerro & Merino, 2009). Este factor influyente en la estructura molecular solo aparecería en

escena en 1916 con Lewis y su famosa regla del octeto en la que los átomos al formar un enlace químico

adquieren, ceden o comparten electrones de forma que la capa de valencia, da lugar a 8 electrones

adquiriendo un estado de mayor estabilidad (Garzon, 1986).

El concepto de enlace se redefine hoy como el fenómeno que mantiene unidos los componentes de las

moléculas confiriéndole estabilidad (Lombardi & Martinez, 2012), la razón de ello responde a cuestiones

de conceptualización, en el enfoque de didáctica se presentará una definición más formal del concepto

de enlace, así como de los frecuentes errores a la hora de ser enseñados.

4.3.6 Isómeros Ópticos Thomas Young (1773-1829) demostró que la luz se comportaba como pequeñas ondas, dichas ondas son

tipo transversales y en cuanto a su movimiento por la superficie no se limitan a una sola dirección, sin

embargo, si atraviesan un cristal, el rayo de luz oscilara en un plano que forzara a la luz a deslizarse de

acuerdo a la disposición de los átomos entre ellos. Si gira de acuerdo a las manecillas de un reloj se

denomina dextrógiro y en sentido contrario se denomina levógiro. Los compuestos orgánicos presentan

este tipo de actividad óptica incluso sin presentar forma cristalina. Ya se mencionaba anteriormente el

ácido racémico y el ácido tartárico, isómeros, pero con propiedades ópticas distintas.


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Con el desarrollo de la cristalografía el francés Louis Pasteur (1822-95) en 1848 observa que en el tartrato

sódico amónico se presentaban cristales asimétricos, porque una cara de ellos no se presentaba en la

otra. Cuidadosamente los separó y tras evaluarlos con rayos de luz supuso una aparente relación. Sin

embargo la actividad óptica se explicaba en los cristales, pero esta misma actividad se presentaba en

soluciones de algunas sustancias, la asimetría debía estar entonces en la misma estructura de las

moléculas ya que en una solución estas se encuentran dispersas en el medio. (Asimov, 1965)

4.3.7 Estereoquímica, Quiralidad y Estructura El Termino estereoquímica fue descrito por primera vez en el año 1808 por el científico francés Etienne L.

Malus. Este científico en sus estudios sobre el cristal de Espato de Islandia (carbonato de calcio) observó

como un rayo de luz pasaba a través del cristal y se generaban dos rayos emergentes, este fenómeno era

conocido como doble refracción. No obstante, estos rayos eran polarizados perpendicularmente uno del

otro. Es decir, las ondas magnéticas asociadas a cada rayo emergente vibraban en un mismo plano. Bajo

este principio y con la invención del polarímetro, constituido por dos prismas de Nichol (cada uno

formado de 2 vidrios de Espato de Islandia) y un tubo entre estos dos; se observaba que si los dos Prismas

se mantenían en forma perpendicular permitían el paso máximo de luz, pero si se rotaba uno de estos

prismas teniendo como eje el tubo del polarímetro, a medida que se aumentaba el ángulo, el haz de luz

disminuía hasta llegar a cero (Ernest, 1970). La utilidad del invento solo fue descubierta cuando el

científico Jean Batiste Biot en 1813 estudió sustancias como el azúcar y la trementina, dichas sustancias

hacían variar el ángulo en el que la luz era trasmitida y con ello se estableció el concepto de rotación

óptica. No obstante, el astrónomo inglés John Herschel demostró que esta propiedad estaba asociada

con la disimetría del mismo, o también llamada quiralidad (objetos disimétricos o quirales son aquellos

que no se pueden superponer con su imagen especular). La rotación fue asociada con la estructura de las

moléculas entre sí. (Ernest, 1970)

4.3.8 Química Estructural y los Colorantes Se comienza a hablar de química estructural a partir del descubrimiento accidental del colorante

“malveína” “purpura de anilina” (anilina con dicromato potásico), por parte de W. Perkin en 1856 quien

buscaba obtener la quinina y en cambio obtuvo un mejor colorante que los naturales conocidos hasta

entonces. ¿Qué era lo que determinaba que un colorante fuera mejor a otro?, era crucial conocer los

compuestos iniciales para repetir el proceso exitosamente y determinar la “estructura” del producto para

gestionar una patente, numerosos químicos como Frankland, Kekulé, Erlenmeyer y otros abocaron

esfuerzos en estos nuevos procesos, que para la época de industria que atravesaban, implicaba grandes

ganancias (Wojtkowiak, 1987, p. 77), al menos en términos del azul índigo (Baeyer 1867). Cabe resaltar

que las ideas de mediados del siglo XIX habían desembocado en numerosas leyes y teorías como la de

“tipos” (Bensaude-Vincent & stengers, 1997, p. 113) y “sustituciones”, los residuos orgánicos así como la

escisión de compuestos en sus partes constituyentes, habían preparado el terreno para el nacimiento de

la química orgánica o estructural.

Uno de los máximos exponentes de la química estructural fue August Kekulé Von Stradonitz (1829-1896)

quien en sus propias palabras “la revelación sobre la organización de los átomos en las moléculas me vino

repentinamente en un trayecto nocturno en un ómnibus londinense” (Wojtkowiak, 1987, p. 78) no dejaba


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de pensar en la estructura constituyente de los cuerpos. Kekulé llego a escribir las fórmulas desarrolladas

de los compuestos orgánicos y aclarar el concepto de la “atomicidad” del carbono, hoy llamada valencia,

como tetravalente. También estableció la idea de que el carbono puede auto encadenarse y a partir de

allí, los compuestos no saturados presentaron nuevos desafíos en términos de estructura pues ya se había

aceptado y comprobado la valencia del carbono. Para que la estructura de los compuestos no saturados

más sencillos el etileno y etino, tuvieran estabilidad, se requirió la noción de enlace doble y triple,

introducida por Loschmidt. En cierta medida Kekulé trazó una línea lógica para abrir paso a la síntesis

orgánica.

4.3.8.1 Teoría Estructural Clásica Para realizar un acercamiento a la teoría estructural clásica y los ejemplos de isómeros que los pusieron a

prueba es importante retomar la postura de Otto Theodor Benfey quien en el capítulo titulado “la

estructura conceptual de las ciencias resurgimiento de la dimensión humana” publicado en el libro

“Filosofía de la química síntesis de una nueva disciplina” enuncia los 3 pares de conceptos o dimensiones

en los que se estructura la ciencia y sus implicaciones filosóficas.

Para hacer más clara la línea de trabajo los 3 pares de conceptos o dimensiones entendidas desde la

estructura química hacen referencia a:

Referentes al tiempo

a) Tiempo direccional ↗t: Estructuras que no se pueden aislar o son teóricas por que el lapso

de existencia es demasiado corto.

b) Tiempo simétrico t: Estructuras que establecen equilibrios y solo pueden ser aisladas en un

determinado tiempo y condición específica.

Referentes al espacio:

a) Espacio interno 3d: Se refiere al volumen que ocupan los átomos en una estructura

b) Espacio externo3D: Se refiere a la dirección en el espacio de los 4 enlaces que parten

radialmente del carbono.

Referentes dicotomía continuo-discontinuo:

a) Naturaleza discreta N: átomos.

b) Naturaleza Continua A: molécula.

Ya se ha establecido que la teoría estructural que vio la luz en 1858, se refirió únicamente a la tetravalencia

del carbono y su capacidad de autoencadenarse, en su forma clásica, nada tenía que ver con la estructura

geométrica que en ocasiones es asociada erróneamente desde Lewis. Desde ese marco, la teoría

contemplaba los átomos que se enlazan con otros y mediante cuantos enlaces lo hace. La dimensionalidad

que la teoría se permitía, era solo la lineal porque no especifica angularidad o alguna deformación de la

unión entre los planos x, y, z, denominada discreto (N) refiriéndose a enlaces y no átomos (Benfey (B),

2011). Van’t Hoff y Lebel son los que introducen el espacio externo (3D) al distinguir los isómeros

ópticamente activos y los meso isómeros inactivos (estereoquímica), allí se comienzan a distinguir la

dirección de los 4 enlaces que el carbono realiza radialmente.

Posteriormente se hizo necesario la introducción de las demás dimensiones pues se hacía caso omiso a:


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El tiempo simétrico (t) que explicaba la existencia de algunos isómeros en dimensiones temporales,

el caso del éster acetoacético es el más renombrado ya que hizo notable la existencia de los equilibrios

dinámicos. (Benfey (B), 2011)

El espacio interno (3d), pues se estableció que los átomos, moléculas y enlaces requieren de un

espacio o volumen finito, pues no son puntos (Benfey (B), p. 144), notorio en la química de los

bifenilos. (Benfey (B), 2011)

El tiempo direccional (↗t), debido a la constante predicción de isómeros pero no aislados porque se

transforman demasiado rápido, para dar razón espectroscópica de su existencia, el caso clásico

presentado era el del alcohol vinílico, que hoy ha logrado ser aislado a bajas temperaturas. (Benfey

(B), 2011)

Otro ejemplo que tenía que ver con el tiempo direccional pero referente a la naturaleza de un enlace bajo

la teoría de la resonancia fue el del 1,2 diclorobenceno, (Ver el problema del 4 isómero en el caso

paradigmático del benceno, apartado 5.3.8.1.1), dicho ejemplo evidenció las limitaciones de la dimensión

discreta (N) según la cual los enlaces eran descritos como 1,2,3 unidades y no intermedios de 1.5. Aquí se

describe entonces la dimensión de continuidad (A), bajo la cual, el enlace entre carbono 1 y 2 describe

propiedades intermedias entre un enlace simple y uno doble. (Benfey (B), 2011)

En resumen, según Otto Theodor Benfey las falencias de la teoría clásica estructural radicarían en 3 puntos

concernientes a

1) la existencia de más sustancias que formulas (estereoquímica).

2) menos sustancias que las predichas o al menos la imposibilidad de aislarlas (resonancia, sistemas

tautométricos).

3) muchas estructuras predichas, pero imposibilidad estérica de enlace que las sustente.

4.3.8.1.1 ESTRUCTURA DEL BENCENO

El ejemplo clásico de discusión álgido sobre la estructura de un compuesto, así como de su estabilidad es

el benceno. Este fue descubierto por Faraday y descrito por Mitscherlich en 1831, según lo cual la tetra

valencia parecía no cumplirse. Berthelot acérrimo equivalentista, quiso ignorar la posible fórmula

estructural y atenerse a la fórmula bruta o equivalente, sus estudios, en consecuencia, se atienen a la

relación de carbono e hidrogeno de 12:1 propia de los aromáticos y arguye que el benceno o bencina,

como él lo denominaba se obtenía, tras calentamiento de acetileno a 550-600 C y destilaciones

fraccionadas en forma de triacetileno 3C2H2 . (Bensaude-Vincent & stengers, 1997, p. 129)

Por otra parte, Kekulé que defendía la teoría de la atomicidad, busco numerosas estructuras que

cumplieran con el principio de tetravalencia del carbono y por lo cual público en tres ocasiones estructuras

hexagonales que tenían enlaces sencillos y con cadenas laterales para formar derivados, hexágono sin

enlaces y por último el conocido hexágono con enlaces dobles alternados. Aunque sería el único autor en

proponer una estructura que fuera lógica para la estabilidad, propiedades e isomerías de sus derivados y


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cumplimiento de la valencia del carbono, no fue el único en trabajar sobre ello; por nombrar algunos

autores tenemos a Claus (1867), Dewar (1867),Ladenburg (1869) y Baeyer y Armstrong (1887).Ver

ilustración 6.

Ilustración 6. Algunas propuestas de formulas para definir la estructura del benceno segun sus autores. (T.A.Geissman, 1974, p. 577)

Resulta interesante ahondar en las disertaciones de parte de Kekulé y otros acerca de las estructuras

propuestas para el benceno ya que, como toda hipótesis en ciencias, no son producto del azar sino de un

trabajo que es sustentado en las teorías del momento y que generaron aún más interrogantes que derivan

en lo que hoy se cree ya demostrado.

En concordancia a esto lo que se sabía a finales del siglo XIX del benceno, era que, al reaccionar con bromo

daba un compuesto monobromado, lo que sugería que los hidrógenos eran equivalentes; es decir era un

compuesto con alta simetría. La relación carbono e hidrogeno era de 1:1, bastante baja, y que implicaba

una nueva forma de estructura no contemplada, que debería cumplir con la tetravalencia del carbono. No

presentaba reacciones eténicas, aunque el benceno era sintetizado a partir de 3 etinos; debía ser otra

clase de compuesto. La aparente falta de reactividad del benceno sugería una estructura muy estable. La

síntesis de derivados del benceno, partiendo de cetonas obteniéndose 1,3,5 trimetilbenceno y 1,3,5

trietilbenceno contenían tres valencias dobles alternadas y otras tres simples. Existían isómeros orto,

meta y para. El problema del cuarto isómero inexistente (Ver figura 2), así como también la falta de

isómeros ópticos del benceno, planteaban que surgiría una rama de la química nueva. (Fuentes&Muñoz,

2003)

Ilustración 7. Cuarto isómero inexistente (derecha), derivado 1,6 unido por enlace simple no superponible en el derivado 1,2 unido por enlace doble. (Roa,2017)

En orden a lo anterior, se expondrán los pros y contras de cada posible estructura formulada por los

siguientes autores:


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Tabla 3 Comparación entre las posibles estructuras propuestas para el Benceno.

Claus y Korner

Pros Se suponía que la tetravalencia del carbono era satisfecha con el carbono directamente opuesto o diagonal, esto no daba cabida a que existiera una doble sustitución en el cuarto isómero y era coherente con las inexistentes reacciones eténicas.

Contras Si la estructura era la correcta se daba cabida a isómeros ópticamente activos, hoy comprobada su inexistencia. La estructura es saturada por lo que no admitiría la formación de derivados de adición como 6 bromos, 6 cloros, 6 hidrógenos. Por estabilidad no podría explicarse por ejemplo la entrada de Br2 ya que es comprobado que esto ocurre en los carbonos contiguos y no los diagonales, por lo que este hecho generaría una inestabilidad en toda la estructura y por ultimo seria indiferenciable el isómero orto y para, porque el enlace seria directo con el mismo carbono. (Fuentes&Muñoz, 2003)

Armstrong y Baeyer

Pros Las 4 valencias de los 6 carbonos se saturan todas juntas al encontrarse en el centro, esta estructura explica la inexistencia de compuestos de adición como los compuestos eténicos, así mismo, explica la resistencia y oposición a la ruptura, así como que si existiese alguna, se comporta como grupo eténico, puede explicar también la falta de reacción con el etanoato mercúrico y Baeyer, así como que no da cabida al cuarto isómero.

Contras La síntesis del mismo a partir del etino no es tan sencilla, esta estructura no explica la existencia de triozónidos, los estudios de refractometría la contradicen, es injustificable la necesidad de saturación de las valencias en el centro y no justifica la falta de isómeros ópticos, tampoco se explican los enlaces entre anillos. (Fuentes&Muñoz, 2003)

Ladenburg

Pros Inexistencia de enlaces eténicos.

Contras Con esta estructura es lógico pensar en isómeros ópticos ya que hay carbonos asimétricos, esto claramente no concordaba con lo que se conocía del benceno (el benceno no tiene isómeros ópticos). Se da cabida al cuarto isómero. (Fuentes&Muñoz, 2003)


39

Thiele

Pros Inexistencia del enlace eténico, si las valencias residuales (cuando un elemento simultáneamente recibe y comparte un electrón (Cartmell&Fowless, 1979)) eran iguales a la valencia principal no existe el cuarto isómero.

Contras No es una estructura fundamentada, formación del triozónido, sugiere que el benceno solo es un compuesto saturado sin una aparente química distintiva que si se observaba en el laboratorio. (Fuentes&Muñoz, 2003)

Dewar

Esta estructura solo ofrecía una nueva oscilación para los dobles enlaces, pero no es del todo funcional en cuanto a que no ofrece nada nuevo.

Fuente: Adaptado de (Fuentes&Muñoz, 2003)

Los alumnos de Kekulé explicarían los isómeros del benceno al estudiar la disposición de los átomos

por una numeración categórica. Wilhelm korner (1839-1925) hábilmente logra distinguir isómeros

orto, meta y para. Jacobus Henricus van't Hoff (1852-1911) junto con Achille Le Bel (1847-1930) quien

llega a la misma conclusión por un camino distinto, abren las puertas de la química al espacio

tridimensional, tras proponer que los 4 enlaces de los carbonos se disponen en 3 dimensiones del

espacio hacia los 4 vértices de un tetraedro regular de forma radial (Benfey (B), 2011). Dichos autores

no solo llegarían a esa hipótesis, sino que además, al estudiar los isómeros de moléculas asimétricas,

relacionarían la actividad óptica con la estructura formada por los átomos en el espacio (Cerro &

Merino, 2009) y junto con los estudios de Johannes Wislecenus sobre el ácido láctico muscular y el

procedente de la fermentación, se concluiría que a pesar de que una molécula pueda tener las mismas

propiedades escalares que otro isómero, la diferencia en la solubilidad y cinética reactiva de una u

otra, se diferían debido a la existencia de al menos un carbono asimétrico en su estructura. En

palabras del mismo Johannes Wislecenus "La diferencia entre estos dos ácidos provenía de un

reagrupamiento espacial diferente de los átomos" (Wojtkowiak, 1987, p. 80).

La idea de la concepción tridimensional de los enlaces en las últimas décadas del siglo XIX se extendió

no solo a los átomos de carbono. Viktor Meyer (1848-97) por su parte, estudio los enlaces de los

átomos de nitrógeno en 3 dimensiones, de ello se podían explicar ciertos tipos de isomerías ópticas

del elemento. William Jackson Pope (1870-1939) aplica lo mismo a compuestos de azufre, selenio y

estaño, Alfred Werner (1866-1919) estudia por su parte los compuestos de Cobalto, Cromo, Rodio y

otros metales, pero esta vez nota que “las relaciones estructurales entre átomos no tienen por qué

estar restringidas a los enlaces ordinarios de valencia” (Asimov, 1965, p. 119) .


40

5. CONCEPTO DE ESTRUCTURA ACTUAL La química estructural tiene como tarea el determinar la estructura de las moléculas a partir de métodos

experimentales o espectroscópicos principalmente, los estudios que lo soportan, son fundamentados en

la interacción entre radiación y materia (Lombardi & Martinez, 2012). De acuerdo al autor Johannes

Hunger, la estructura molecular es uno de los conceptos más importantes en química y puede ser definida

como, “la disposición tridimensional de los constituyentes de la molécula en el espacio, mientras que a

las distintas disposiciones que una misma molécula puede adoptar, se les llama conformaciones. El

espacio que abarcan los parámetros estructurales necesarios para describir cabalmente una molécula se

llama espacio conformacional” (Hunger, 2011, p. 195). Por tanto, la concepción de que la estructura es

una concepción estática que se explicita en solo 3 dimensiones es un tanto simplista, el mismo autor

señala que un átomo de una molécula aun en un estado sólido y cercanía a temperaturas de 0 Kelvin,

presenta movimiento vibratorio y rotatorio.

La fórmula estructural, por su parte, es la representación gráfica de la disposición geométrica espacial

de los átomos constituyentes en una molécula y así mismo da razón de la relación de los enlaces en la

misma (Lombardi & Martinez, 2012).

Muchos de los autores que buscaron una estructura para el benceno nunca hubieran pensado el alcance

de sus estudios en la química de hoy, el concepto de estructura, en el que la química se apoya, ahora es

entendido no como un arreglo algo estático que obedece solo a la estabilidad, sino como un arreglo

tridimensional que puede moverse de forma translacional, rotacional e incluso vibracional (Cerro &

Merino, 2009) siendo así, que todo ello da razón a las propiedades físicas y químicas.

Es importante entonces, establecer de qué depende que una estructura química tenga una disposición

específica y no otra, así como también las implicaciones físicas y químicas.

Factores que determinan la estructura molecular según (Cerro & Merino, 2009)

1. Tipo de átomos.

2. Numero de átomos.

3. Distribución espacial.

4. Conectividad entre ellos o enlaces.

Características de la estructura molecular según (Cerro & Merino, 2009)

1. Constitución: forma y secuencia de unión entre átomos.

2. Configuración: arreglo espacial de núcleos.

3. Conformación: ordenamientos atómicos distintos que por rotación se intercambian en

torno a un enlace sencillo, o sobre él.

A este último respecto los factores que determinan la estabilidad de las conformaciones corresponden a

la tensión angular, tensión torsional, tensión de Van der Waals (tensión estérica) por interacciones dipolo-

dipolo, puentes de hidrogeno.


41

La tensión angular fue formulada por Adolf Von Baeyer en 1885, este autor anotó que en general cuando

un carbono se encuentra unido a otros 4 átomos, el ángulo entre un par de enlaces corresponde a 109.5C,

sin embargo, existen moléculas como el ciclopropano que es un triángulo con 3 ángulos de 60C, debido a

que esta molécula se ajusta a la geometría del anillo, las desviaciones del ángulo de 109.5C supone una

tensión. (Morrison & Boyd, 1998).

La tensión torsional está en gran medida determinada por la energía torsional, esta energía es la requerida

para que una molécula rote en torno al enlace simple que lo configura, de manera que se conforme una

forma eclipsada o escalonada y debido a ello la inestabilidad de una u otra se explique por tensión.

(Morrison & Boyd, 1998).

La tensión estérica ocurre debido a dos tipos de interacciones dipolo-dipolo y puentes de hidrógeno. El

primero de ellos consiste en interacciones electrostáticas en las que el extremo positivo de una molécula

polar atrae al extremo negativo, por esta interacción las moléculas polares están más firmemente unidas

que las moléculas no polares. El segundo de ellos, es un tipo de atracción en el que un átomo de hidrogeno

posibilita un puente entre dos átomos electronegativos, sujeta a uno con un enlace covalente mientras

que al otro lo sujeta por fuerzas electrostáticas. (Morrison & Boyd, 1998).

Otro de los factores determinantes a la hora de entender una estructura es la simetría, ya se mencionaba

en el apartado de historia que alguna actividad óptica de una molécula podía deberse a la asimetría de la

misma sin necesidad de que los átomos constituyentes fueran de distinta naturaleza o no. De acuerdo a

(Early, 2011) las diferencias de comportamiento entre isómeros o en un nivel mayor, las sustancias

proceden de la simetría espacial de las unidades (moléculas). Así mismo, la posición específica que una

entidad química ocupa en una molécula, influye en las propiedades particulares y generales de la misma,

el autor enuncia el ejemplo de la resonancia magnética nuclear que ilustra la diferencia entre los tipos de

carbono e hidrógenos constituyentes de una sustancia. La estructura fluxuante o fluctuante que describe

(Cerro & Merino, 2009) también la describe Joseph E. Early en cuanto argumenta, que todos los

constituyentes de entidades químicas tienen movimiento térmico continuo, sus parámetros estructurales,

longitudes y ángulos de enlace, oscilan. La geometría de una estructura no tiene una disposición rígida de

los átomos y por estabilidad, se refiere a la persistencia de movimiento vibratorio interno en que las

distancias y los ángulos medios son definidos (continuo retorno a disposiciones anteriores) (Early, 2011).

Sin embargo, y se debe hacer la salvedad, de que las simetrías temporales son estudiadas en la química

de reacción.

6. ENFOQUE DESDE LA DIDÁCTICA En este enfoque se guiará la atención a la identificación de las principales dificultades de enseñanza y

aprendizaje de la estructura molecular y conceptos asociados, así como el propio conocimiento químico

que se articula desde los enfoques planteados a lo largo de este trabajo.

En el capítulo Química Agazapada escrito por Vicente Talanquer del libro “Historia y Filosofía Química

Aportes de Enseñanza”, se resalta que el entendimiento de las formas en que los químicos razonan,

explican y predicen, es uno de los pilares fundamentales para desvelar las suposiciones implícitas del

comportamiento del mundo, esto hace más fácil la enseñanza y aprendizaje de la disciplina pues la


42

comparación entre las suposiciones de los químicos y de las suposiciones intuitivamente desarrolladas

por los estudiantes sobre los objetos o fenómenos, permitiría entender de mejor manera las dificultades

conceptuales que estos enfrentan en clase. Por ejemplo, si se habla de propiedades químicas de los

compuestos, los estudiantes suponen que estas son aditivas, es decir son producto de la combinación de

las propiedades individuales de sus partes constituyentes. Un profesional en la disciplina química supone

que esas propiedades son producto de la interacción entre los componentes constituyentes y debido a

ello, predecir sus propiedades no es una tarea fácil (Talanquer 2006,2008). Si un docente es consciente

de lo anterior, sus estrategias serian mejores y efectivas, incluyendo una evaluación coherente (Talanquer

(A), 2010).

6.1 OBSTACULOS FRENTE A LA ENSENANZA DE LA QUÍMICA Bachelard es reconocido por el concepto de obstáculo epistemológico, que se define como las dificultades

que no permiten una apropiación del conocimiento objetivo; bien puede haber imposibilidad en

instrumentos o de limitación de interacción con el objeto de forma directa a partir de los órganos

sensoriales para captar los diferentes fenómenos naturales (Villamil Mendoza, 2008).

Según Bachelard, para lograr atravesar de un estado pre científico a un estado científico en el que se

abandonan los hábitos analíticos de la experiencia, se debe superar dichos obstáculos epistemológicos,

más aun, “para todos los fenómenos, es necesario pasar ante todo de la imagen a la forma geométrica y

luego de la forma geométrica a la forma abstracta, y recorrer el camino psicológico normal del

pensamiento científico” (Bachellard, 1948, p. 10). Los obstáculos se definen como:

Experiencia primera

Obstáculo realista

Obstáculo verbal

Conocimiento unitario y pragmático

Sustancialista

Realista

Animista

Mito de la digestión

Libido

Pensamientos sexuales

6.1.1 Dificultades de la enseñanza de la Estructura en los diferentes niveles escalas y

dimensiones.

Las dificultades que experimenta un docente en la enseñanza de la química son numerosas, sin embargo

autores como Michael Laing citado en (Scerri E. R., 2011, p. 188), (Talanquer (B), 2010) y (Johnstone, 2000)

concuerdan que la principal dificultad de aprendizaje frente al conocimiento químico es que este se

enseña de manera simultánea en niveles distintos, escalas y dimensiones sin hacer la aclaración de dicha

operación.

De acuerdo a Laing, el conocimiento químico se define y enseña bajo 4 niveles, de allí su dificultad:


43

Nivel 1 definido como macroscópico (sensible).

Nivel 2, comunicativo, que se refiere tanto al lenguaje oral, auditivo y escrito.

Nivel 3, denominado simbólico, representativo, referido a la fórmula.

Nivel 4, que es el modelo atómico a gran escala, concerniente a la forma y tamaño relativo de la

molécula.

A su vez (Talanquer (B), 2010) , quien lo define bajo 3 niveles de escala o el conocido triplete químico:

Nivel Macroscópico

Nivel Submicroscópico

Nivel Simbólico

Y por último (Johnstone, 2000) , quien lo enmarca en

Nivel Macro o tangible

Nivel micro concerniente al atómico-molecular

Nivel simbólico- matemático.

Antes de seguir esbozando las dificultades que surgen en el aprendizaje y enseñanza de la química a través

de los niveles, escalas y dimensiones, vale aclarar la diferencia entre ellas. El termino escala, se refiere a

una sucesión ordenada de valores distintos que pertenecen a una misma entidad cuantitativa, en química

una escala se refiere a la relación matemática entre la dimensión real y el modelo que representa la

realidad. El termino nivel, se refiere a una forma de organización de un constituyente, en química los

niveles son las formas de organización de la materia descritos anteriormente y, por último, el termino

dimensión, se refiere a un aspecto o a una faceta de algo, en química puede ser usado no solo en términos

de espacio sino de tiempo “3 pares de conceptos”.

Talanquer en su artículo “construyendo puentes conceptuales entre las varias escalas y dimensiones de

los modelos químicos” explica que ya no solo se debe considerar el triplete químico para explicar ciertos

fenómenos, sino que existe una complejidad adicional al considerar modelos que se encuentran en niveles

mesoscópicos, ya no solo se habla de que los estudiantes deban relacionar los fenómenos observables

con los modelos y símbolos con los que se representa en el lenguaje químico, ahora deben también

relacionar los variados modelos submicroscópicos que explican, describen o predicen la estructura de una

sustancia con las distintas escalas. En pocas palabras, la dificultad está en las múltiples escalas y las

diversas dimensiones, así como en las relaciones que surgen entre ellas.

Para hacer más fácil este punto, Jensen citado en (Talanquer (B), 2010), identifica 3 dimensiones con

mayor importancia, composición-estructura, que se refiere a las propiedades estáticas de un sistema,

mientras que las 2 dimensiones de tiempo y energía, se refieren a las propiedades dinámicas. Así pues,

el sistema en estudio de este trabajo es la “estructura química” y para ello resulta clave entender que el

concepto de estructura está sometido a los mismos niveles, escalas y dimensiones, adicionalmente se

entiende que una estructura es entonces una disposición tridimensional estable de mínima energía. El

autor Johannes Hunger ya señalaba que la concepción de una estructura estática es demasiado simplista


44

(Hunger, 2011, p. 195), por lo que es imperante, hacer explícito que existen propiedades emergentes,

producto de las múltiples interacciones de sus partes (Talanquer (B), 2010), como la geometría molecular,

estados basales, reactividad química, principio de llave y cerradura en proteínas etc.

6.1.2 Propiedades Emergentes

Desde la filosofía es necesario entender el siguiente concepto antes de seguir con el curso del trabajo ;

Según Silberstein y McGeever (1999) citado por Joseph E. Early existe una “emergencia ontológica”

definida como “las características de sistemas o totalidades que poseen capacidades causales intrínsecas

no reductibles a ninguna de las capacidades causales de las partes ni a ninguna de las relaciones

(reductibles) entre las partes” (Early, 2011, p. 310) es decir, si el sistema o totalidad es una estructura

química, que por sí misma tiene unas características activas (medicamento por ejemplo), no puede

reducirse a las capacidades causales de sus constituyentes (átomos de la molécula) o solo a las

interacciones que surgen de esos constituyentes. Todo ello exige entonces, una comprensión más rigurosa

del concepto estructura y se retoma lo expuesto con anterioridad, de que existe una implicación

“histórica” en una estructura química dependiente de las condiciones bajo las cuales se sintetizó (Joseph

E, 2012), de ello se hace cargo la química.

Teniendo en cuenta los problemas generados al tratar de comprender los diferentes niveles, escalas y

dimensiones de la estructura. Se hace evidente que los estudiantes tengan dificultades en realizar saltos

entre ellos. El concepto de emergencia no es una concepción fácil de entender para los estudiantes, según

Talanquer la palabra emergente, se refiere a las propiedades producto de procesos de un sistema

compuesto, que resultan de la integración entre sus partes, pero son diferentes de aquellas propiedades

de los componentes individuales (Talanquer (B), 2010). Es decir, las propiedades de una molécula como

lo es su estructura molecular, emergen con respecto a los electrones y núcleos que las componen

individualmente.

La idea de una propiedad emergente, genera conflicto con las ideas alternativas de los estudiantes, ya

que ellos adoptan supuestos de herencia y aditividad. De acuerdo a la lógica común de los estudiantes,

los constituyentes de una molécula tienen las mismas propiedades que la muestra macroscópica. Estas

suposiciones de herencia están basadas en creencias de que los materiales heredan las propiedades de

sus componentes submicroscópicos. Por el contrario, la aditividad en los estudiantes se basa en la

creencia de que las propiedades físicas y químicas de los átomos, moléculas o de las sustancias son los

promedios ponderados de las propiedades de los componentes individuales. (Talanquer (B), 2010)

6.2 Los modelos en la enseñanza de la Química En el aparte de filosofía ya se mencionaba el uso de modelos en la ciencia, en esta parte del trabajo se

articula la concepción de modelo extendido en la enseñanza. Para determinar la importancia que tienen

los modelos en la enseñanza química, se referirá al significado de modelo argumentado por Adúriz e

Izquierdo como imitación, replica o representación que solo captura de manera simplificada algunos

elementos centrales, los cuales son elegidos según una mirada intencionada que permite el paso de

algunos detalles para el acercamiento más sencillo al entendimiento de una realidad (Aduriz- Bravo &

Izquierdo- Aymerich, 2009).


45

Los modelos pueden ser entidades abstractas y como tal, pueden comportarse como una teoría. Desde

esta perspectiva, el modelo y el mundo real guardan algunas similitudes, pero no conducen a una verdad.

Un modelo es por tanto similar a la realidad en algunos aspectos y grados, pero todo esto depende de la

perspicacia que tenga el docente para realizar este modelo. Por ende, los modelos científicos son los

mediadores entre las teorías y los acontecimientos de la vida real, y estos a su vez, tienen limitaciones. Es

preciso entender que los distintos modelos conviven y se complementan para describir distintas

propiedades, si bien a través de los mismos se busca describir la realidad, no por ello aspira a constituir

entidades apodícticas, los modelos tienen sus limitaciones en cuanto son representaciones susceptibles

de ser interpretadas y aplican o no de manera fiel a un fenómeno. (Martinez, 2015). Ya se señalaba antes

que los métodos de modelización molecular pueden o no ser útiles según sea el caso.

Por otra parte, los modelos teóricos escolares se generan a partir de una trasposición didáctica. En el caso

de estos modelos la relación directa con un fenómeno del mundo permite que los estudiantes aprendan

a pensar que la ciencia genera entidades abstractas que dan explicaciones a los diferentes fenómenos

naturales. Permitiendo de esta manera una transición de lo concreto a lo abstracto y viceversa (Gómez,

2014).

En contraposición a las formas de estudiar o aprender en otras disciplinas, la química se estudia y aprende

desde objetos intangibles, es decir que no son accesibles de forma directa por los sentidos. Debido a esto,

aprender los conceptos fundamentales de química requiere un gran nivel de abstracción. La naturaleza

abstracta de los conceptos fundamentales en química, no le facilita al alumno otorgarle un significado a

los mismos. Por tal motivo en algunas investigaciones se ha demostrado que los estudiantes pueden

aprobar química pero mantienen errores conceptuales. Por ello, Johnstone citado por (Galagovsky,

Rodriguez, Stamati, & Morales, 2003) evidencia que en el proceso de aprendizaje, existe una discrepancia

entre lo que se considera ya aprendido, los conocimientos por adquirir y la referencia a los mismos en un

tiempo a largo plazo.

Ilustración 8. Modelo propuesto por Johnston (1997) en el que muestra como los aprendizajes anteriores condicionan los nuevos tomado de Galagovsky y colaboradores 2003

En dicha investigación los autores argumentan que:


46

Las percepciones registradas a través de los sentidos no son objetivas, sino que están filtradas e

interpretadas en formas diferentes.

La información que está en la memoria de largo plazo, es la que utilizamos para entender y

comprender la nueva información, condicionando de esta manera nuestro filtro perceptual

La memoria de trabajo es la actividad mental que consiste en prestar atención a una situación

dada, tratando de otorgarle sentido.

Dar sentido es ubicarlo, agregarle algo ya conocido o algo que se cree.

La mente de trabajo tiene dos funciones. La primera es sostener momentáneamente la

información, en la memoria de corto plazo y la otra es para darle un formato para guardarla,

decidir o descartar esta información. Es también sabido que la memoria a corto plaza tiende

fácilmente a saturarse, esto debido a que la información puede ser muy compleja o la cantidad

de información es demasiada.

Si la memoria de trabajo es saturada esta información no será almacenada

De acuerdo a lo encontrado por los autores, se muestra evidente, que el aprendizaje de los estudiantes

es truncado, porque no logran dar sentido a dicha ciencia. Una forma de superar estos obstáculos en el

aprendizaje, es a través de las representaciones a los que recurren los docentes; dichas representaciones

pueden ser simbólicas como dibujos analogías, experiencias de laboratorio. Sin embargo, aunque estas

herramientas pueden facilitar una mediación entre el contenido y el estudiante que lo aprende, las

representaciones no siempre son explicitas. Las diferentes formas de representar y las limitaciones que

poseen, pueden llegar a suscitar errores conceptuales. A este respecto Galagovsky et. all (2003)

argumenta por ejemplo, que los docentes para representar los estados de la materia recurren a los

modelos esféricos, sin hacer la aclaración, que dichas representaciones quieren dar a entender que cada

una de estas esferas hace referencia a una molécula. Al representar una molécula con las mismas esferas,

no se explica que estas esferas ya no hacen referente a moléculas, sino que son los diferentes átomos

constituyentes, más aun, tampoco se enuncia que un átomo no tiene dicha forma o que nada tiene que

ver con una esfera indivisible.

Galagovsky recalca que, en el ejercicio de explicación de estos temas, para que exista una mejor

apropiación en los estudiantes se hace necesario la utilización de diferentes tipos de lenguaje. El lenguaje

escrito y verbal, sostiene solamente un aprendizaje memorístico que no permitirá al estudiante acercarse

a un verdadero conocimiento (Galagovsky, Rodriguez, Stamati, & Morales, 2003).

Es necesario recalcar que Mercè Izquierdo da suma importancia al lenguaje ya que, a través de él, la

ciencia se perfecciona; este argumento es enunciado en el escrito realizado por Lavoisier en el libro de

Elementaire de Chimie:

“Toda ciencia física se forma necesariamente de tres cosas: la serie de los hechos que constituyen la

ciencia, las ideas que las evoca y las palabras que las expresan. Las palabras deben originar la idea,


47

estas deben pintar el hecho: he aquí la huella de un mismo cuño. Y como las palabras son las que

conservan y trasmiten las ideas resulta que no se puede perfeccionar la lengua, sin perfeccionar la

ciencia, ni la lengua sin la ciencia.” (Izquierdo M. , 2014, pág. 19)

Por esta razón, para esta autora, el modelo de resolución de problemas es importante, porque genera

preguntas genuinas que trasforman los fenómenos en problemas para los estudiantes, es decir, se les

acerca la ciencia con un sentido particular. A continuación, según Javier Perales citado por (Quntanilla,

2005) las ventajas que otorga la implementación del modelo de resolución de problemas en clase son

los siguientes.

Diagnosticar las ideas previas de los estudiantes y con base a estas, poder ayudar a la

construcción de nuevos conocimientos.

Adquirir habilidades de diferentes rangos cognitivos.

Promover actitudes positivas ante la ciencia y actitudes científicas.

Acercar los ámbitos de conocimiento científico y cotidiano, capacitando al estudiante para

resolver situaciones problémicas.

Evaluar el aprendizaje de los estudiantes y a su vez el propio curriculum.

En otras palabras, la aplicación de resolución de problemas al analizar los diferentes modelos empleados

en la ciencia, ayudados por la filosofía, historia y didáctica, permiten darles herramientas tanto a los

estudiantes como a los profesores para analizar la forma de enseñar y aprender. Cabe resaltar, que los

estudiantes no tienen malas actitudes ante la ciencia, ni carecen de conocimiento, sino que la forma en

como esta se presenta es determinante para ellos, por lo cual, estas ideas deben ser objeto de estudio.

De acuerdo a José Luis Villaveces, a un estudiante no le es comprensible para qué le sirve rellenar

crucigramas de orbitales atómicos y mucho más incomprensible, asociar que esos crucigramas dan cuenta

de enlaces, que al poseer cargas de signos iguales tendrían que repelerse, pero “deciden” aparearse. Aún

más impensable es que los estudiantes entiendan que esas reglas extrañas tienen que ver con la vida real

(Villaveces J. L., 2014).

A través del cambio evidente del lenguaje, se cambia la forma de modelizar los diferentes conceptos

científicos y esto se explicita en el cambio de las ideas, así como en las concepciones alternativas que

tienen los estudiantes. Por esta razón se hace necesario preguntarse qué tipos de modelos son llevados a

clase. Si son las representaciones concretas que son las establecidas por una comunidad científica, o si se

permite realizar representaciones abstractas, que median para establecer que conocimiento tienen los

estudiantes de determinado tema. Estas representaciones son susceptibles al cambio y pueden ser

reguladas en clase por el docente (Gómez, 2014).

Debido a que las distintas modelizaciones son determinadas en primera medida por la persona

cognoscente, estas muchas veces no pueden ser corregidas. Es lo que los psicólogos llaman resistencia al

cambio, es decir los conceptos que tienen que modificarse, en la memoria del sujeto representan formas

de unidades coherentes más complejas y por ello no son fáciles de transformar (Gutiérrez, 2004). Por

ende, es necesario que los estudiantes formulen sus propios modelos y a su vez los docentes sean


48

mediadores de ellos. El docente por tanto, debe analizar los modelos que el lleva a clase; ya que en

palabras de Vicente Talanquer.

“Los modelos químicos que se presentan en clase, con la reflexión de sus alcances y sus limitaciones,

es un arma poderosa en la tarea de ayudar a los estudiantes a construir puentes conceptuales entre

las diversas escalas y dimensiones en las que tales modelos se definen” (Talanquer (B), 2010, pág. 17)

A causa de esto es necesario evidenciar los diferentes pasos que deberían tenerse en cuenta para realizar

una buena modelización.

Ilustración 9 representación gráfica de los diversos pasos a considerar al modelizar un fenómeno tomado de los modelos y proceso de enseñanza/ aprendizaje de Gutiérrez (2004)


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De acuerdo a la ilustración 1, la modelización parte desde los mismos estudiantes que realizan sus propias

modelizaciones mentales de los objetos y sistemas o procesos del mundo físico. El segundo paso consiste

en otorgar una ontología adecuada para la construcción del modelo mental del alumnado. Después de

esto, se toman las decisiones frente a que analogías o similitudes ayudan a pasar de un modelo mental a

un conocimiento científico escolar. Seguidamente, el estudiante expone y evidencia el funcionamiento

que tiene su modelo mental (fase 5). Continuando con el proceso, se compara el modelo del estudiante

con los fenómenos y procesos que está modelizando para ver si existe o no correspondencia, una vez

establecida dicha coherencia se recurre a la fase de experimentación, generalización y predicción del

modelo para ser validado. Si se evidencia que no existe relación alguna entre la correspondencia del

modelo mental (fase 6) o no se acepta como válido el modelo realizado el proceso se reestructura.

(Gutiérrez, 2004).

6.3 Errores cometidos en la enseñanza de Estructura Química A continuación, se presenta una descripción de diferentes autores sobre los errores más habituales al

enseñar el término de estructura química. Estos errores fueron encontrados en los diferentes libros

utilizados por los docentes para impartir su clase, y en diferentes unidades didácticas.

En todos los libros e investigaciones se atribuyen las propiedades físicas de la sustancia a

la estructura química, ya que al conocerla se puede inferir las propiedades

intermoleculares y la energía que necesita para separar dichas moléculas y conseguir el

cambio de estado. Pero la misma Mercè Izquierdo argumenta que una sola molécula no

tiene las propiedades de la sustancia y nos hace preguntarnos ¿Cuántos millones de

moléculas “reales” son necesarias para tener estas propiedades? ¿Qué propiedades tiene

una sola molécula real? (Izquierdo M. , 2014)

Según Olguín es bien sabido que al incrementar la cantidad de carbones incrementa el

punto de ebullición, pero al ser llevado a la escuela no se hace referencia de los diferentes

isómeros que poseen la misma cantidad de carbones, pero varia dicha propiedad. (Olguín,

Hernández, & Olaya, 2016). Esta es una dificultad para los estudiantes ya que según lo

mencionado por Talanquer, ellos tienen suposiciones de herencia y aditivita ya que las

representaciones llevadas a clase son más que todos modelos estáticos. Por tal razón, al

suponer que los isómeros tienen la misma cantidad de carbones que las estructuras

lineales, llegan a sumir que tienen las mismas propiedades, dándole características

hereditarias (Talanquer (B), 2010).

Se toman las representaciones de diferentes sustancias como algo físico, creando en la

mente de los estudiantes la noción de que en algún lugar del espacio existen estructuras

geométricas volando. Esta es una torpeza que comente los diferentes libros de literatura

y los docentes al enseñar la estructura química. (Villaveces J. L., 2014).

Existen moléculas donde la estructura es invariante. Pero al ser llevada a clase no se tiene

en cuenta que existen excepciones donde la amplitud de los movimientos nucleares es

considerable. Estas sustancias son denominadas flexibles, esto debido a que sus enlaces

no son permanentes, es decir poseen una estructura tan cambiante que no poseen una

sola estructura única en el universo, un ejemplo es el ciclo hexano. (Cerro & Merino, 2009)


50

A su vez nunca se explican las moléculas flexibles que sufren arreglos tipo Cope los cuales

necesitan una mínima energía para el rompimiento y formación de enlaces, un ejemplo

es el Bulvaleno C10H10. En donde no es evidente por medio espectrofotométrico

establecer una única estructura (Cerro & Merino, 2009).

6.4 Dificultades de enseñanza del concepto de enlace. Un enlace Químico es un fenómeno que mantiene unidos los componentes de las moléculas, confiriéndole

estabilidad (Lombardi & Martinez, 2012). Existen numerosas formas de representación de un enlace en

una molécula, por ejemplo, líneas continuas, etc.

Una aproximación a la estructura y los tipos de enlace que tienen lugar en una molécula (modelo clásico

de estructura molecular) es la utilización de la notación de Lewis en la que se representan los electrones

con puntos. Sin embargo, debe tenerse un excesivo cuidado con estas nociones, pues según (Guitart et

al), no dan una relación clara de interacción electrostática y más aun no sitúan el enlace covalente en el

marco atómico-molecular ni tampoco el enlace iónico en un marco multiatómico o multiiónico sino en

marcos de igual nivel.

Valdría la pena hacer una salvedad de esta visión o interpretación de Lewis que se le da en la enseñanza

en la escuela, pues esta teoría no da cuenta del apareamiento de los pares de electrones enlazantes que

experimentan una repulsión coulombiana ni da soporte a la unión de átomos iguales (homopolar), este

hecho solo fue tratado de explicar con el nacimiento de la química cuántica a través de la ecuación de

Schrödinger, en consiguiente no es claro, que átomo cede o gana el electrón, para dar lugar al enlace si

solo se ve . La formación de un enlace no puede ser solo el cumplimiento de la ley del octeto, que en

muchos casos se incumple, como el caso del VCl3, el BrF, BiCl2. (Lombardi & Martinez, 2012). Así mismo

se debe dar la visión de que la formación de un enlace es un proceso paulatino y por fases, si se habla de

enlace covalente o iónico, en las que se requiere o se desprende energía (endotérmico y exotérmico). En

el caso del enlace iónico, por ejemplo, se requiere la formación del ion positivo en primer lugar para dar

paso posteriormente a la formación del ion negativo y por último la aproximación de los iones que

conforman una macro estructura iónica (Caamaño, Enllaҫ quimic i estructura de les substancies a

l’educacio secundaria: una critica a l’ensenyament tradicional i una proposta didáctica alternativa, 2015).

De acuerdo a lo expuesto por Caamaño, en el caso del enlace metálico, no es posible explicarlo a través

de procesos de formación sino a través de las fuerzas electrostáticas entre las partículas constituyentes,

se forma una nube electrónica que implica la deslocalización de los electrones en ella.

Existen múltiples enfoques desde los cuales abordar la concepción de enlace y por ende de la estructura

molecular, pero los más influyentes son el enfoque de “abajo arriba” que parte desde la unión de átomos

y el enfoque de “arriba abajo” que por el contrario parte desde modelos estructurales o un nivel

macroscópico.

Así mismo (Moreno, 2015), en su investigación recalca los problemas de la enseñanza y cuáles son las

dificultades en los libros de texto que se manejan en las escuelas secundarias en Europa. Estos son la falta

de historia y la clasificación de los diferentes enlaces ya que en estos libros el concepto es simplificado y


51

llegan al aula sin la menor reflexión. Por ende, recalca que los libros y en el momento de su instrucción

este concepto tiene las siguientes equivocaciones.

Una de los principales inconvenientes fue el estudio de la geometría molecular. Al

momento de revisar los libros se evidenció que la definición de enlace iónico era tratada

solo por la unión o interacción que tiene un elemento metal y uno no metal, sin hacerse

la salvedad de que existen moléculas como los dihaluros de berilio por ejemplo, en los

que se presentan uniones entre un metal y un no metal, pero su carácter enlazante es

covalente. Los errores que cometen estos libros al simplificar la ciencia y no demostrar las

limitaciones de dicha afirmación son evidentes.

Otro problema se encuentra en la explicación que dan los libros en la definición de enlace

covalente, ya que esta es tomada como la unión entre dos átomos no metálicos.

Evidenciándose que no hacen acotación al enlace covalente dativo que se forma en los

compuestos de coordinación en la que existen interacciones átomos metálicos y

moléculas orgánicas.

6.4.1 Explicación de la sustancia a través de la Estructura y el Enlace.

Es notable que al momento de la enseñanza de la química se explica la estructura y el enlace de formas

separadas dándole más propiedades en muchas ocasiones únicamente al enlace, pero es bien sabido, que

estos dos conceptos vienen íntimamente entrelazados ya que las propiedades de una sustancia dependen

de los dos. Por ende, para explicar estructura se hace necesario clasificarla en Estructura Multimolecular

y Estructura Gigante (característico de enlaces iónicos, metálicos y covalentes). Esta clasificación nos

permite definir los diferentes tipos de enlace y a su vez nos dan a entender las propiedades que pueden

poseer dichas sustancias.

Pero para entender esta clasificación, tenemos que tener en cuenta que el enlace químico no es la unión

de dos electrones cargados negativamente; sino que es la aproximación de átomos, iones o moléculas a

una mínima distancia en donde la fuerza de atracción es equivalente a las fuerzas de repulsión,

permitiendo de esta manera la disminución de la energía potencial. De manera puntual me refiero a la

energía reticular para la formación de solidos iónicos, o la formación de energía reticular covalente,

metálica o intermolecular para la formación de un sólido reticular covalente, metálico o molecular

(Caamaño, Enllaç químic i estructura de les substàncies a l’educació secundària: una crítica a

l’ensenyament tradicional i una proposta didàctica , 2015).

Una estructura multimolecular es un enlace interrumpido de moléculas unidas por fuerzas

intermoleculares que son débiles, estas variaciones explican los diferentes puntos de fusión de las

diferentes moléculas y da justificación a que muchas sustancias estén en estado líquido, solido o gaseoso

a temperatura ambiente, mientras que una estructura Gigante, es un conjunto interrumpido de átomos

o iones fuertemente enlazados entre sí. En el caso de las fuerzas, estas pueden ser covalentes, es el caso

de estructuras gigantes covalentes o fuerzas electrostáticas como el caso de los sólidos iónicos y

metálicos. Sin olvidar que también los enlaces covalentes son interacciones electrostáticas entre el núcleo

positivo y los electrones de enlace excluyente, las cuales también, pueden presentarse en forma de

cristales (Caamaño, 2015, pág. 8).


52

En resumen, la siguiente tabla muestra las propiedades antes mencionadas:

Tabla 4 Estructura, partículas constituidas y los diferentes tipos de interacciones de las sustancias solidas en estructura multimolecular y gigante tomada de (Caamaño, Enllaç químic i estructura de les substàncies a l’educació secundària: una crítica a l’ensenyament tradicional i una proposta didàctica , 2015)

Sustancia Estructura Propiedades Tipos de interacción

Molecular

Multimolecular

Moleculares

Fuerzas intermoleculares

Enlaces de Hidrógeno

Estructura Gigante

Iónica Gigante Iónica Ión positivo y negativo

Enlace Iónico

Metálica Gigante Metálica

Ión positivo y electrones

Enlace Metálico

Covalente Gigante covalente

Átomos Enlace Covalente

Para tener mayor claridad, es indispensable que los estudiantes posean la habilidad de diferenciar estas

escalas, de esta manera podrán moverse en ellas y dar una justificación de los fenómenos que evidencia.

Del mismo modo para dejar mayor entendimiento se puede evidenciar las diferentes propiedades en la

ilustración 10.

Ilustración 10 niveles macroscópicos, molecular, multimolecular grande y macroscópico de las moléculas sólidas y estructura gigantes imagen tomada de Caamaño 2015


53

6.5 Representaciones en la enseñanza Las representaciones son reconocidas frecuentemente como artefactos mediadores de la conducta

humana, los cuales permiten un proceso de aculturación porque desarrollan la misma a través de la

sociedad. Las representaciones han ayudado al desarrollo cultural y social de las personas, estas permiten

fomentar capacidades o funcionamiento cognitivo porque el ser humano crea su propio lenguaje y

símbolos para interpretar el mundo que lo rodea.

Por tanto, se cree que el primer contacto de los niños con las representaciones inicia en la escuela, aunque

esto puede ocurrir mucho antes ya que el individuo como ser social, se encuentra inmerso en un contexto

en donde escribir, dibujar, interpretar gráficas son procesos centrales para su desarrollo.

La apropiación de estas representaciones no es para los infantes algo simple. Como dice (Marti, 2003), la

representación de sistemas externos ha sido una finalidad educativa de cualquier comunidad. Pero la

existencia de estos medios de representaciones más que una simple apropiación, es para los menores una

re-construcción de dichos sistemas para poder distinguir, entender y usarlos. Por ende, se hace

importante estudiar la fase de adquisición, así como la memorización que tienen ellos de los mismos.

Por otra parte, para que los niños entiendan estas representaciones necesitan de una persona capacitada

que sepa interpretar los diferentes esquemas, símbolos, ya que sin estas ayudas los jóvenes no podrán

entenderlas, impidiendo de esta forma la adquisición de sistemas de representación y a su vez un

desarrollo en el ambiente social en que están inmersos.

Así mismo, es importante aclarar que las representaciones tienen una doble naturaleza, la primera

consiste en las representaciones externas como conjuntos de marcas que están en el espacio, estas son

directamente predecibles, y las segundas, son las representaciones mentales que ayudan de una manera

peculiar a representar cierta realidad, que no son traducciones directas de la realidad, sino que son

modelos de esta realidad según determinadas restricciones, es importante tener en cuenta que todos los

modelos representan y crean una nueva realidad (Marti, 2003).

Así mismo, debido a la naturaleza de las representaciones mentales, se presenta una dificultad a partir de

las personas que crean dicha representación , ya que estos se basan solamente en un conjunto de marcas

producidas, mientras que la persona que interpreta, deberá basarse solamente en el conjunto de marcas

dadas, las cuales deben darle un significado sin tener una información contextual, ya que estas solo están

ligando al momento de su producción; también cabe aclarar, que las personas que realizan las diferentes

representaciones tienen que tener en cuenta las limitaciones que estos tienen; por esta razón, se hace

evidente que los diferentes modelos de representación tengan una organización, lo cual permita

jerarquizarlos, ya que al momento de no serlo puede llevar a errores conceptuales, como dice el mismo

Marti hasta las palabras tienen una organización lógica y sintáctica el cual permite darle un

entendimiento, si no existieran solo sería una unión de símbolos que no tienen ningún sentido ni

significado. (Marti, 2003).


54

6.5.1 Representaciones icónicas

Es bien sabido que las representaciones icónicas son signos que reproducen algunas condiciones de la

percepción del objeto una vez seleccionados por medio de códigos los cuales permiten entender la

realidad. Pero los niños al elaborar estos modelos de representación pueden llevar a no establecer la

equivalencia entre un signo gráfico convencional y el rasgo del código de reconocimiento. Un claro

ejemplo que nos ponen en la lectura de Eco (2001), es la visualización de un helicóptero en donde el

niño toma un objeto de la realidad y a través de los movimientos de los brazos trata de representar las

hélices de dicho medio de trasporte, pero la representación no tiene nada que ver con la realidad, solo es

una asociación que hace el niño de lo que cree que está evidenciando, por eso es importante que los

infantes entiendan los diferentes formas de representar los objetos, se hace necesario entonces la

utilización de representaciones icónicas y (no icónicas), como el leguaje.

No obstante, cabe aclarar que la concepción que tiene el infante a los 2- 3 años es solo el reconocimiento

de representaciones icónicas, porque está más familiarizado con los dibujos y signos y no comprende las

letras ni los números, solamente puede relacionar estos conceptos con las imágenes, hasta llegar

aproximadamente a los 4 años.

A su vez, si no se hace esta relación, de la representación con el lenguaje, y no se llega a una mediación

de las representaciones creadas por el estudiante, se podría llegar a no poder modificarla, ya que él estará

más conforme con sus códigos que cree que trascriben sus percepciones de forma adecuada, aunque

algunas veces el lenguaje también posee limitaciones ya que este solo podrá ser entendido para la

comunidad en la que el individuo se desarrolla.

Todo lo anterior trata de explicar que todos los símbolos y representaciones se explican a través de los

objetos que evidenciamos a nuestro alrededor, pero ¿qué sucede, cuando uno de estos objetos que

tratamos de representar no es una abstracción de la realidad?, eso es lo que pasa con la ciencia, la cual

crea sus propias representaciones, tal como dice Eco.

La ciencia contemporánea, al elaborar modelos explicativos, nos ha demostrado que, para conocer un

objeto de los llamados naturales, debe ser sometido al objeto artificial y convencional que es el modelo

explicativo. La fórmula de estructura para objetos químicos, objetos subatómicos y objetos naturales, se

conoce y modifica solamente, cuando se conocen como objetos convencionales y artificiales. (Eco, 2001,

pág. 188).

6.6 Lenguaje Existen diferentes tipos de lenguaje según Galagosky et al (2003), los estudiantes deberían manejan

cuatro tipos de este, pero se ha evidenciado que el lenguaje que más desarrollan es el verbal, ya que al

expresarse en clase, se comunican de forma oral y escrita, pero esta evidencia un gran problema, ya que

se le da más importancia a la memorización de los diferentes conceptos aprendidos, sin tener en cuenta

que estos no pueden reflejar algún significado para el alumnado.


55

Este no es el único lenguaje en el que se basa la química, por esta razón, los estudiantes ayudados con el

docente, deberían desarrollar los otros tipos de leguajes para poder explicar o describir el mundo

submicroscópico a través de un nivel simbólico. Estos son:

- Lenguaje gráfico: es la representación de esquemas, partículas o bien variables, en coordenadas

de reacción o en ejes característicos.

- Lenguaje formal: es la utilización de fórmulas, ya sean estas matemáticas o químicas, cabe

mencionar, que el lenguaje visual, entrelazado con el lenguaje verbal, nos dará una

representación del nivel representacional que permite evidenciar los fenómenos que están

ocurriendo en nuestro entorno.

Ilustración 11. Tipos de lenguaje. Galagovzky (2003)

7. METODOLOGÍA

7.1 Investigación con Enfoque Hermenéutico-Interpretativo La elaboración de la investigación “Concepto de estructura como constructo aportante a la identidad y

autonomía de la química desde principios filosóficos, históricos y didácticos” se enmarca en 3 enfoques

de estudio, explícitos en el título del presente trabajo. Sin embargo, para validar las categorías de análisis

desde las cuales se establece la caracterización de la estructura como aportante de identidad y a partir de

las cuales se busca acercar el análisis de corte epistemológico realizado, al contexto de aula, se aborda un

enfoque Hermenéutico-interpretativo para establecer las nociones propias de los docentes en formación


56

del seminario de epistemología, frente al concepto de estructura y que se encuentran cursando los

semestres de quinto a sexto semestre.

7.1.1 Enfoque Interpretativo

El enfoque interpretativo en la investigación educativa puede ser entendido bajo 3 distintas concepciones.

La primera de ellas consiste, en el ejercicio de explicar o declarar el sentido de algo, principalmente un

texto. La segunda de ellas se enfoca en la explicación de acciones, dichos o sucesos que tienen una

polisemia de sentido. La tercera de ellas, y bajo la cual se estructura el presente trabajo, puede definirse

como la concepción de “algo”, a partir del cual se ordena o expresa un modo personal de la realidad.

Entendiendo que la realidad expresada desde un modo personal, puede ser construida por los seres

humanos, y que dicha realidad puede tener una naturaleza simbólica. El presente trabajo busca

fundamentar el sentido de la estructura química como constructo aportante de identidad a dicha

disciplina. (Vain, 2012).

7.1.2 Enfoque Hermenéutico

La hermenéutica es conocida como la teoría de la interpretación, según el autor Planella existen tres

categorías o formas de ser concebidas:

Hermenéutica como expresar bajo un estilo determinado “algo”, hermenéutica como explicación que

hace hincapié en el discurso acerca de la comprensión a través de las palabras o el lenguaje determinados

por el contexto, y hermenéutica como traducción que implica un proceso interpretativo. (Planella, 2005).

El método hermenéutico usado en la investigación educativa, es concebido como un modelo basado en

la experiencia, que proporciona las bases a los investigadores educativos para reflexionar sobre las

experiencias de su ejercicio, e incluso, en las experiencias de formación propias. En este caso particular,

la formación propia y de los docentes en formación objeto de estudio, se centra en las maneras de

representación de la estructura, el estudio del significado esencial de la estructura química, su sentido e

importancia e incluso, cómo esta, es percibida por los sujetos en particular. Por ello, se resalta el sentido

que tiene este constructo, desde una experiencia reflexiva que permite el análisis temático, reflexión

temática, lingüística y de la conversación. (Planella, 2005).

De acuerdo a Coreth 1972 citado en (Carcamo, 2005), las principales limitaciones de la hermenéutica

radican en aspectos cognitivos, técnicos y valorativos. En la presente investigación se evidencian dichas

limitaciones en cuanto al nivel interpretativo de la estructura química, desde los conceptos teóricos, ya

que estos no logran ser articulados bajo la misma red conceptual de un docente en ejercicio, con uno en

proceso de formación. Los aspectos técnicos se expresan, en la imposibilidad de evidenciar las conexiones

mentales bajo las cuales se articula una construcción textual suscitada a partir de una pregunta, que

busque indagar acerca de las construcciones de sentido frente a un fenómeno. Por último, el aspecto

valorativo se verá limitado de acuerdo a la intencionalidad del investigador, quien bajo una mirada

personal, articula un sentido específico para la estructura química, que bien no puede ser la misma para

la población estudiada, entendiendo que una realidad como la estructura química es de tipo simbólico y

esta mediada lingüísticamente; la percepción del individuo será enriquecida por el intercambio de


57

experiencias que amplían un horizonte interpretativo bajo un lenguaje específico, sin embargo, se hace

evidente que existen experiencias que no pueden ser intercambiadas por su misma naturaleza en

términos de espacio o tiempo.

La hermenéutica no plantea una metodología específica, ya que, el objeto de estudio son las

construcciones de sentido de seres humanos. Sin embargo, a partir de este enfoque, es posible interpretar

los discursos de sentido que son compartidos por los sujetos a través del lenguaje (modelos,

representaciones, argumentaciones y explicaciones textuales). Para poder desentrañar dichos discursos,

es necesario entender que la comprensión es un proceso comparativo, desde este parámetro se afirma

que el todo se entiende por la relación de sus partes. Es decir, la estructura química se entiende desde la

relación que se suscita en términos de interacciones energéticas entre átomos y moléculas, así como la

forma en que ésta es fundamentada a la hora de ser enseñada. La comprensión por tanto, es un proceso

dinámico circular, en cierta medida intuitivo, en el que se establece un dialogo entre el investigador y el

sujeto que es investigado; por ello la hermenéutica plantea el Circulo Hermenéutico (Planella, 2005).

7.1.2.1 Circulo Hermenéutico

El círculo hermenéutico es, en cierta medida, las fases bajo las cuales se desarrollan los procesos

interpretativos de una realidad. Según (Planella, 2005) el circulo hermenéutico se articula bajo 4 fases

designadas .Ver figura (1)

Figura 1. Circulo Hermenéutico. Tomado de (Planella, 2005)

Bajo una mirada desde el circulo hermenéutico, no se niega la polisemia de una realidad “estructura”,

sino que se trata de delimitar bajo un contexto en el que cobra sentido. De esta manera, las partes

constituyentes de esa realidad adquieren sentido para ser comprendidas (Carcamo, 2005).

De acuerdo con lo expuesto; los objetivos que se persiguieron fueron los siguientes:


58

7.2 OBJETIVO Establecer los aportes y fundamentos, desde los marcos de la Filosofía Química, Historia de la Química y

Didáctica de la Química, que defiendan la autonomía de esta ciencia, como disciplina desde el concepto

de estructura.

7.2.1OBJETIVOS ESPECÍFICOS - Establecer categorías de análisis, que defiendan al concepto de estructura como constructo aportante a

la identidad y autonomía de la Química desde principios filosóficos, históricos y didácticos.

- Identificar los fundamentos, desde la filosofía de la química, que defiendan la autonomía química en

respuesta al reduccionismo planteado por la física.

- Analizar, desde las categorías establecidas, una experiencia de clase frente al concepto de estructura

química.

7.2.2 Población Objeto de estudio Para establecer la pertinencia de dichas categorías, se realizó una investigación cualitativa de tipo

hermenéutico interpretativo, definida por el autor Jordi Planella, la investigación permitió la recopilación

de las concepciones sobre estructura en profesores en formación de 5 semestre de Licenciatura en

Química en el seminario de Epistemología.

La muestra representativa de la población estudiada, correspondió a nueve grupos de análisis que

culminaron con todas las actividades propuestas, los nombres de sus integrantes se mantienen en

confidencialidad para efectos prácticos. Dicha población presenta un rango de edades 20 a 23 años y en

su gran mayoría se encuentran cursando el seminario de Química Inorgánica II y en una minoría el primer

seminario de Química Orgánica.

7.3 Fases de investigación Pese a que la hermenéutica fue propuesta por Gadamer (1960), el presente trabajo se articula desde la

mirada de la Hermenéutica interpretativa de Jordi Planella, quien propone las fases del circulo

hermenéutico, correspondientes a, preguntas iniciales, investigación de textos y autores, lectura y dialogo

con los textos y autores, interpretación y comprensión de los discursos.

7.3.1 Primera fase: Preguntas iniciales Se debe entender que; para evidenciar la realidad de sentido de la estructura química desde una

perspectiva personal, como aportante de identidad, se lleva a cabo una investigación cualitativa de tipo

hermenéutico-interpretativo, bajo el cual se recogen las nociones que poseen los docentes en formación

de quinto a sexto semestre de Licenciatura en química de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas

en el seminario de Epistemología, durante el semestre I del año 2018.

Las preguntas que guiaron la investigación fueron formuladas bajo dos fases globales de estudio, en

primer lugar, se hizo necesario establecer la pregunta central de la investigación que surge desde la

Filosofía de la Química y su relación con la enseñanza de la Química. ¿Cuáles son los supuestos teóricos


59

que permiten caracterizar y delimitar el constructo de estructura Química como aportante de la identidad

de la Química?

En segundo lugar, desde la enseñanza se establece el cuestionamiento acerca de ¿cómo conciben los

profesores en formación el constructo de estructura Química y su relación con sus propiedades?, esta

pregunta se construye para identificar la pertinencia de las categorías construidas en el presente trabajo

y a partir de la cual se buscará explorar las nociones de estructura y de la propia naturaleza de la Química

que tienen los docentes en formación objeto de estudio.

7.3.2 Segunda fase: Investigación de textos y autores Siguiendo las fases del círculo hermenéutico, se establece que para la selección y evaluación de fuentes

de información que permitieron la adecuada recopilación de la información de textos y autores desde los

3 enfoques de estudio, se procede de la siguiente manera:

En un primer momento, se llevó a cabo una revisión acorde con los Taurus y palabras claves (estructura

química, estructura molecular, modelos de enseñanza , historia de la química, química estructural,

concepto de estructura química, enlace, didáctica y filosofía química, enlace, estereoquímica, valencia,

geometría molecular) referentes a estructura química y temas asociados en los principales

metabuscadores y bases de datos como springerlink , sciendirect, Scielo, Redalyc y revistas especializadas

(Enseñanza de las ciencias, revista colombiana de filosofía de las ciencias, educación en química

Alambique, Educación Química EduQ,TED).

De acuerdo al enfoque histórico, el criterio de búsqueda fue principalmente el de consulta de

libros especializados en historia química de los autores como Bernadette Bensaude-Vincent,

Isabelle Stenger, William Brock entre otros, que, hasta la fecha, son reconocidos como los autores

más influyentes en la línea de estudios históricos.

La consulta fue realizada en las principales bibliotecas de fácil acceso, Biblioteca Universidad

Distrital, Biblioteca Virgilio Barco.

En cuanto a la búsqueda de información desde el enfoque didáctico, se tuvieron en cuenta las

revistas sobre educación antes mencionadas y se seleccionó los artículos más actuales (2000-

2017).

El enfoque filosófico fue apoyado en información recomendada, libros de filosofía química. Hyle-

International Journal for Philosophy of Chemistry.

La sistematización de la información usada en el presente trabajo fue llevada a cabo, a través de 2 matrices

en los que se definió las categorías de año, autor, link, cita y aportes. Estas matrices están en los anexos

7 y 8 del presente trabajo.

7.3.3 Tercera fase: Lectura y Dialogo con los textos y autores Acorde al círculo hermenéutico, la tercera fase del mismo consistió en el ejercicio de lectura y revisión de

fundamentos conceptuales, bajo los cuales se elaboraron las categorías que definen el concepto de


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estructura como constructo aportante a la identidad Química. Cabe resaltar que la construcción implicó

realizar análisis que exigían reflexiones del tipo histórico, epistemológico, ontológico y didáctico. La matriz

de criterios didácticos se presenta a continuación en la tabla 5.

Tabla 5 Categorías de análisis desde principios didácticos

Realizada Por: Diana Carolina Roa García Luis Alfredo Ochoa

Dirigida por: Liz Mayoly Muñoz Albarracín

MATRIZ DE CRITERIOS DIDÁCTICOS

# Titulo Año Autor (es) Criterio Definiciones Subcategoría

1

Construyendo puentes conceptuales entre varias escalas y dimensiones de los modelos químicos

2010

Vicente Talanquer

Propiedades Emergentes

Son aquellas propiedades o procesos de un sistema compuesto que resultan de la interacción entre sus partes, pero difiere de las propiedades características de los componentes individuales

A pesar de que el autor expresa que estos dos tipos de propiedades son errores comunes en los estudiantes ,estos se evidencian en los resultados obtenidos *Propiedad aditiva: propiedades intermedias producto de la suma de sus constituyentes. *Propiedad Hereditaria: Propiedades invariantes de un grupo funcional u otro que dota a la molécula formada por ellos la misma propiedad que su constituyente.

2

¿Molécula sin esqueleto? La oportunidad perfecta para revisar el concepto de estructura molecular

2009

Mónica Cerro & Gabriel Merino

Estructura dinámica y estáticas

La concepción de estructura de las moléculas es casi siempre asociada a estructuras rígidas, sin embargo, existen estructuras en las que las distancias de los enlaces permiten una flexibilidad y los mismos enlaces no son permanentes, por lo cual las concepciones de estructura deben ser pensadas de forma dinámica y que se encuentra en constante cambio

3

Representaciones Mentales, Lenguajes y Códigos en la enseñanza de Ciencias Naturales. Un ejemplo para el aprendizaje del concepto de reacción química a partir del concepto de mezcla

2003

Galagosvsky et al

Niveles escalas y dimensiones

Nivel Macroscópico: Corresponde a las representaciones mentales adquiridas a partir de la experiencia sensorial directa (atreves de los sentidos) *Nivel Submicroscópicos: Representaciones abstractas, modelos que tiene en su mente un experto asociado a esquemas o partículas *Nivel simbólico: Involucra formas de pensar conceptos químicos mediante fórmulas, ecuaciones químicas, expresiones matemáticas, graficas, definiciones. *Nivel semi-particulado: Un proceso erróneo entre el nivel macroscópico y submicroscópico

la autora se basa en diferentes tipo de lenguaje * lenguaje verbal: su variación es oral y escrita pero solo el uso de este lenguaje favorece lo memorístico * lenguaje gráfico : Para representar esquemas de partículas o bien variables en coordenadas de reacción Etc. * lenguaje formal: es aquel que utiliza formulas ya sean estas matemáticas o químicas * lenguaje visual: Es las representaciones que podemos hacer de los objetos de la realidad por medio de los sentidos.


61

Construyendo puentes conceptuales entre varias escalas y dimensiones de los modelos químicos.

2010

Vicente Talanquer

Relaciones entre la gran variedad de modelos submicroscópicos para describir, explicar o predecir la estructura y propiedades de la sustancia en diferentes escalas.

Triplete Químico Nivel Macroscópico Nivel microscópico Nivel Simbólico

4 Un modelo de modelos científicos para la enseñanza de las ciencias naturales

2009

Agustín Aduriz Bravo & Mercè Izquierdo

Modelo como representación

Sustituto del sistema real estudiado que por complejidad representa el sistema solo en los elementos esenciales de interés (Representación.)

5

Aportes da filosofia da ciência na formação inicial de professores de química e a mobilização do saber e do saber fazer na construção das representações científicas

2012

Hoffmam e Lazlo (1991) citado por Muñoz (2012)

La representación en química son metáforas, modelos y constructos teóricos que surgen de la interpretación que hacen de la naturaleza de la realidad. Al estudiar las fórmulas. las estructuras, los símbolos utilizados en la química y los dibujos de la estructura moleculares, las reacciones de las fórmulas químicas, se está estudiando teorías, leyes, conceptos de procesos culturales e ideológico.

*Representaciones icónicas: son signos icónicos que reproducen algunas percepciones del objeto, una vez seleccionadas por medio de códigos de reconocimiento y anotadas por medio de conversiones gráficas. *Representaciones mentales: ayudan de una manera peculiar de representar cierta realidad (como lenguaje, objetos, etc.) siendo modelos de esta realidad, según determinadas restricciones..

Fuente: Elaboración de los autores (2018)

En cuanto a las categorías de análisis desde principios filosóficos que fueron formuladas y que resultaron

del dialogo con los autores que permitieron hacer reflexiones en torno a la necesidad de establecer la

identidad de la Química desde el concepto de estructura Química. Se presenta a continuación la tabla 6.

Tabla 6. Categorías de análisis desde principios filosóficos

Realizada por: Diana Carolina Roa García Luis Alfredo Ochoa

Dirigida por: Liz Mayoly Muñoz Albarracín

MATRIZ DE CRITERIOS FILOSÓFICOS

# Titulo Año Autor (es)

Criterio Definiciones Definición aplicada a estructura Química

Subcategoría

1

¿Acerca de que nos habla la química? Nuevos argumentos de la autonomía

2013

Olimpia Lombardi

Pluralismo ontológico

Un objeto no existe independientemente del esquema mental que compone un marco desde el cual se habla de él; el esquema mental sustentara

La naturaleza de un esquema mental y la estructura química que se organiza y representa para ser asimilada desde el, puede ser variable. Por lo cual, si existen diversos esquemas mentales bajo los cuales abordar la estructura molecular, esta tendrá


62

ontológica del mundo química

la existencia del objeto, si existen numerosos esquemas mentales, existirán entonces tantas ontologías como esquemas

diversas naturalezas dependientes de dicho esquema.

2 La estructura Conceptual de la ciencia Resurgimiento de la dimensión Humana

2011

Otto Theodor Benfey

Dimensiones de la ciencia

Existen seis tipos de dimensiones bajo las que se estructura la ciencia y sus teorías estas son: *Referentes al tiempo: a) Tiempo direccional ↗t: Estructuras que no se pueden aislar o son teóricas por que el lapso de existencia es demasiado corto. b) Tiempo simétrico t: Estructuras que establecen equilibrios y solo pueden ser aisladas en un determinado tiempo y condición específica. * Referentes al espacio: a) Espacio interno 3d: Se refiere al volumen que ocupan los átomos en una estructura b) Espacio externo3D: se refiere a la dirección en el espacio de los 4 enlaces que parten radialmente del carbono. *Referentes continuo discontinuo: a)Naturaleza discreta N:átomos b)Naturaleza Continua A: molécula

3 Ontología de la Estructura Molecular

1998

Del Re

Niveles de complejidad de la organización conceptual

Realidad de la unidad analizada como colección de totalidades de cierto grado de complejidad en la que existen objetos elementales de dicho nivel.

Hablar de un nivel de complejidad corresponde a un nivel en el que se encuentra la unidad analizada (estructura química) y a partir del cual los conceptos bajo los que se describe la misma tienen el mismo grado de complejidad, si se cambia de nivel, este tendrá nuevos elementos en distinto grado de complejidad

4 ¿Molécula sin esqueleto? La oportunidad perfecta para revisar el concepto de estructura molecular

2009

Mónica Cerro & Gabriel Merino

Ontología de la estructura Química

Es parcialmente abstracta interpretada como una organización que se constituye como entidad emergente del resultado de la disposición o interconexión de ciertas partes de un todo, su comportamiento resulta de las relaciones especiales entre muchas partes que interactúan desde una cooperación dinámica hasta un ordenamiento persistente.

La naturaleza de la estructura química está determinada por factores y características. *Factores determinantes de una estructura: a) tipo y numero de átomos b) Distribución espacial c) conectividad entre ellos *Características: a) constitución b) configuración c) conformación (tensión angular, torsión ,tensión de Van der Waals, interacciones dipolo-dipolo, puentes de hidrogeno )

Ontología de la Estructura Molecular

1998

Del Re

La naturaleza de la estructura química corresponde a una entidad accesible de forma indirecta, que existe por evidencia analógica, lógica y abstracta.

*Naturaleza: (joseph Earley) a)Lábil : Responde rápidamente a las circunstancias cambiantes, cambia rápidamente la configuración de acuerdo a el cambio de las circunstancias. b)no-lábil c)inerte d)robusto e) biestables: Tienen acceso a dos o más estados de equilibrio estable f) metaestables

5 Modelos y analogías en ciencias

2000 Del Re Representación Herramienta de pensamiento en usos extendido, como representaciones simplificadas o idealizadas de los sistemas que se


63

encuentran en el mundo físico.


La siguiente fase del circulo hermenéutico (interpretación y comprensión de los discursos) corresponde a

la fase 4. Sin embargo, para desarrollar la misma, se construyen en la fase 3 (lectura y dialogo con los

textos y autores) una serie de actividades, como estrategia para dar cuenta de las concepciones sobre

estructura que tienen los profesores en formación.

De acuerdo al círculo hermenéutico, en esta etapa se establece una relación entre las actividades

propuestas para intervención en el aula y las categorías de análisis construidas en las tablas 5 y 6. La

siguiente tabla 7 contiene las actividades desarrolladas por los estudiantes, así como el tipo de

instrumento elaborado por los autores, asociado al número de pregunta analizada, el criterio y la

categoría de análisis.

Tabla 7. Descripción y clasificación de actividades según las categorías de análisis.

TIPO DE ACTIVIDADES (Sanmarti,Neus)

ACTIVIDAD DESARROLLADA TIPO DE INSTRUMENTO/

número de pregunta

CRITERIO DE ANALISIS

CATEGORIA DE ANALISIS

Actividad de iniciación

Elaboración de una ficha de lectura en la que se recogen las reflexiones personales de los docentes en formación frente a la identidad de la Química

ANEXO 1. actividad de iniciación

Diagnóstico Diagnóstico

Actividad de introducción 1

Preguntas de discusión ANEXO 2. actividad de introducción 1

Diagnóstico Diagnóstico


Caso de solubilidad comparada fenol-agua y propanol-agua

ANEXO 3. actividad de introducción 2 Pregunta 1

Criterios Didácticos

Propiedades emergentes

ANEXO 3. actividad de introducción 2 Pregunta 2


Niveles escalas y dimensiones Lenguaje Modelo como representación

ANEXO 3. Actividad de introducción 2 Pregunta 3

Criterios Filosóficos

Pluralismo ontológico Ontología de la estructura

Actividad de Síntesis 1

Historia del nylon a partir de la hidrogenación del benceno

ANEXO 4 Actividad de síntesis 1 Pregunta 1


Escalas, niveles y dimensiones Lenguaje

Actividad de síntesis 1

Criterios didácticos

Modelo como representación.


64

Pregunta 2 Criterios Filosóficos

Dimensiones de la ciencia.

Pregunta3 Criterios Didácticos

Propiedades emergentes

Actividad de Síntesis 2

Estructura dinámica: Confórmeros del ciclohexano

ANEXO 5 actividad de síntesis 2 Pregunta 4


(4) Ontología de la estructura Estructura dinámica o estática

Actividad de Generalización

Nailon 6 Vs Nailon 6,6 ANEXO 6 actividad de generalización Pregunta (a)


(a)Propiedades emergentes Ontología de la estructura


ANEXO 6 actividad de generalización Pregunta (b)


(b)Niveles escalas y dimensiones Ontología de la estructura

ANEXO 6 actividad de generalización Pregunta (c)


ANEXO 6 actividad de generalización Pregunta 7

Criterio Didáctico

(7) Niveles escalas y dimensiones


7.5.1 Descripción de actividades

Actividad de iniciación

La recolección de la experiencia fue directa a través de una intervención de aula, los docentes en

formación habían realizado con previo aviso la lectura del artículo de Vicente Talanquer titulado “Química:

¿Quién eres, a donde vas y como te alcanzamos?” y la construcción de una ficha de lectura (anexo 1).

Dicha ficha contiene 3 numerales que proporcionan un contexto bajo el cual se perfila la discusión en la

que se reflexiona acerca de la naturaleza de la química, para luego introducirse en el concepto de

estructura Química. El numeral 3 es uno de los primeros resultados en los que se explicita la construcción

propia de una identidad en la Química y que en conjunto con los resultados obtenidos en los cuestionarios

se discutirán en el apartado de resultados.

Las actividades propuestas para la recolección de las concepciones sobre estructura de la muestra

estudiada, se encuentran en anexos, la finalidad de cada pregunta, enmarcada en las categorías

establecidas desde los enfoques se describen a continuación:


Esta actividad de introducción 1 consistió en la formulación de unas preguntas de discusión frente a la

lectura y que se encuentran en anexos (2), se realizaron grupos compuestos por dos integrantes

repartiendo las preguntas entre los mismos, al cabo de unos minutos, se procedió a socializar y reflexionar

sobre las respuestas.


65

La pregunta 1 se encuentra encaminada al reconocimiento de la naturaleza abstracta del

conocimiento químico, el objeto de estudio de la disciplina, su lenguaje y los niveles bajo los que

articula su discurso.

La pregunta 2 se encuentra dirigida hacia el reconocimiento de la relación existente entre la

Química y la Física (reduccionismo).

La pregunta 3,4 y 5 fueron ideadas para explicitar las concepciones que tienen los docentes en

formación frente a la ciencia como construcción histórica, dinámica o si por el contrario poseen

una idea estática. En cierta medida, qué reconocen como identidad de la disciplina.

La pregunta 6 tiene por objetivo hacer presente la necesidad del concepto de estructura como un

constructo central en la Química y que este a su vez explica las propiedades de sustancias o

materiales.

Las preguntas 7,8, 9 y 10 enmarcan la delimitación de la Química, en cuanto a hacer claridad de

su objeto de estudio, el campo de acción de la disciplina y la idea de la estructura como aportante

de sentido e identidad a la Química.


Una vez realizada la discusión de las respuestas de la lectura, se procedió con la entrega del instrumento

de introducción número 2 (Anexo 3), luego del tiempo definido para su resolución se realiza la discusión

respectiva.

Descripción

Se presenta una situación de solubilidad comparada entre el Propanol y el Fenol. La indagación

de las ideas asociadas y conceptos relacionados a la estructura química del fenol y el propanol por

parte de los docentes en formación. En esta pregunta, se busca evidenciar, si en los modelos

mentales y el lenguaje propio de los estudiantes existe una relación entre estructura, grupo

funcional, variables de temperatura, proporción y la propiedad específica, en este caso de

solubilidad, que nos remite a la categoría de ontología de la estructura química (conformación,

composición, configuración, constitución, tipo de átomos, numero de átomos, distribución

espacial, conectividad entre ellos o enlace) lábil ,no lábil, inerte ,robusta ,biestable, multiestable.

Se solicita que se represente el proceso de solubilidad, la escogencia de una forma de

representación sobre las demás, indica el dominio que presenta el docente en formación en un

nivel determinado de la realidad, explicitará entonces si la forma de representar escogida es

macroscópica, microscópica o simbólica.


La siguiente actividad es de contextualización (Anexo 4), bajo ésta, se aborda el origen del Nylon y se

llevan a cabo una serie de preguntas abiertas, que tienen por finalidad, evidenciar los recursos a los que

recurre un docente en formación y por los cuales explica un hecho como una formación de un nuevo

producto en una síntesis, los tipos de representaciones que maneja en cuanto a estructura.

Descripción


66

La actividad presenta una breve historia del nylon y enuncia el proceso inicial para la obtención

de los intermedios del mismo, a partir de la hidrogenación del benceno y bajo qué condiciones se

lleva a cabo.

* Se presenta una ecuación química sin ninguna estructura, para no sesgar la concepción del

estudiante frente a la misma, y se le solicita, que apoyado en dicha ecuación explique la formación

del nuevo producto.

* Se pide que realice una representación del ciclohexano con materiales como bolas de icopor,

palillos, cauchos etc; en este punto se busca evidenciar si en las representaciones a las que recurre

el estudiante existe o no, dinamismo, espacio, flexibilidad y otros.

*Para establecer como entiende el estudiante la relación entre las propiedades de una molécula

y el proceso por el cual esta se sintetiza, se pregunta si el benceno tiene las mismas propiedades

que el ciclo hexano y que justifique la respuesta.

Bajo esta mirada, los resultados darán cuenta de la formación que poseen desde el colegio y las nociones

de estructura vista en el seminario de inorgánica.


La continuación de esta actividad (Anexo 5) presenta las representaciones más cercanas a la realidad

como estructuras dinámicas de silla o bote.

Descripción

A partir de las estructuras de silla y bote se pregunta la razón por la cual se piensa que estas dos

estructuras existen en la naturaleza; en esta parte del trabajo, se discute la importancia del

reconocimiento del dinamismo de las estructuras producto de interacciones energéticas que les

confieren estabilidad.

El numeral siguiente presenta un diagrama en el que se presentan los confórmeros del

ciclohexano, a partir de este se pregunta cuál es la estructura más estable y que se explique la

respuesta. La razón de presentar un diagrama en el instrumento obedece a mostrar la estructura

cambiante o lábil, que presenta todo el proceso debido a factores energéticos.

Actividad de generalización

La última actividad está encaminada a la indagación acerca de la relación que existe entre estructura,

aplicación y propiedades de un material en particular como el nylon 6 y el nylon 6,6. La actividad (anexo

6) propone la identificación de dos fibras de Nylon 6 y 6,6 con las estructuras correspondientes, en esta

etapa se espera encontrar conocimiento cotidiano en contraposición al conocimiento científico y tras

finalizada la actividad se realiza la discusión y reflexión pertinente.

Descripción

La primera parte del trabajo consiste en tres preguntas introductorias a la estructura del nylon, la

primera de ellas busca establecer la relación existente entre propiedades y estructura, la segunda

pregunta, busca encaminar el análisis de las estructuras de nylon presentadas, en cuanto a


67

similitudes, para dar paso a la tercera pregunta que relaciona directamente las mismas con las

diferencias en propiedades.

Las siguientes dos preguntas buscan recoger el análisis realizado por los docentes en formación,

para identificar o relacionar la estructura presentada con el tipo de nylon, sus aplicaciones y sus

propiedades.

7.6 Cuarta Fase: Interpretación y comprensión de los discursos (Resultados) En esta etapa de la investigación se presentan los resultados obtenidos a lo largo de cada actividad

propuesta, bajo las categorías de análisis creadas en la fase de Lectura y Dialogo con los textos y autores

(3 fase). Una vez presentados los resultados organizados en tablas, se presentan de seguido los análisis

pertinentes.

7.6.1Actividad de iniciación

Para la actividad de iniciación, se presentan las reflexiones que los docentes en formación objeto de

estudio realizaron en la ficha de lectura del artículo de Vicente Talanquer “Química: ¿Quién eres a dónde

vas y como te alcanzamos?” así como los análisis de las mismas. La identidad de los docentes en formación

se mantienen de forma anónima pero se les asigna una denominación numérica, PF1, PF2…..PF9.

La primera actividad de la ficha de lectura, permitió interpretar la construcción de la reflexión propia de

los docentes en formación y a partir de ella se evidencia en gran medida la identidad profesional, así como

la identidad de la química. Entender cómo se da dicha relación o cómo es concebida por los docentes en

formación objeto de estudio, puede constituirse como un nuevo foco de investigación en pro de una

mejora en la formación profesional en Licenciatura en Química.

Si bien la identidad Química como disciplina se configura a partir de sus herramientas, lenguajes, modelos

y otros, el docente que la presenta en aula, la perfila e influencia de forma implícita. Por esta razón, la

misma identidad de un Licenciado en Química sobre su disciplina influye directamente en su ámbito

laboral. Si bien esta identidad puede ser construida a lo largo de la formación académica, también esta es

afectada por intereses personales.

Reflexiones como la siguiente del PF1

[...]El autor es un soñador ya que en Colombia la enseñanza de la ciencia carece de un sentido humano y

reflexivo como plantean los alquimistas, por otra parte, quienes estudian en la Universidad Distrital

Licenciatura en Química son discriminadores y racistas, a la vez inconscientes de la sociedad en la que

viven ya que el hecho de desconocer un paro y satanizarlo de “momento” es un problema grave ya que es

por estos problemas la ciencia química no progresa en Colombia y la siguen detenido empresarios

corruptos sin escrúpulos[…]

El texto anterior evidencia la resistencia de un docente en formación por un ejercicio crítico frente a su

disciplina, ya que enuncia procesos de índole político y personales frente a la “imposibilidad” de cambio,

estas ideas resaltan que el docente no se sitúa en su papel como formador de nuevas generaciones

(identidad), con lo que ello le implica a una sociedad, al enunciar que “el autor es un soñador”, da por

sentado que dicho cambio en la enseñanza es irrisorio. Sin embargo, se abstrae de la reflexión, que el


68

docente sí reconoce en gran medida que el contexto sociopolítico es determinante para el progreso en la

ciencia.

De acuerdo a la reflexión siguiente del profesor PF3

[…]la enseñanza de la química … ..un poco más reflexivo y critico aislando un poco la idea del trabajo

mecanizado que forman malos profesionales en el ámbito ya que la carencia de reflexión y critica limita

los pensamientos de las personas estacando la ciencia misma como tal, estos trabajos mecanizados son

los que hacen que los currículos se vean poco atractivos o más que todo monótonos, ……motivar al

profesional docente a reformar su manera de pensar para que adquiera un poco de pensamiento crítico

y reflexivo que ha perdido a lo largo de los años mientras ha desarrollado la parte mecanizada de dicha

ciencia ya que las formas de hacer química y enseñarlas son casi infinitas, se hace una invitación para ver

qué alternativas se pueden tomar para enseñanza de esta ciencia de una manera motivante que rompa

con la monotonía que tiene la enseñanza de la química en estos tiempos actuales[…]

Es posible extraer que el futuro docente, reconoce la importancia de una postura crítica y reflexiva frente

a su formación (identidad), para generar desarrollo en las personas formadas en su ejercicio profesional

y en la ciencia misma. Se requiere de una reforma de pensamiento, en cómo se concibe la ciencia, porque

ello decanta en las formas de enseñanza, el docente enuncia que las formas de hacer y enseñar química

tienen una variedad que debe ser explotada no desde un enfoque mecánico únicamente, en ultimas

reconoce la química como una ciencia motivante y que debe ser llevada al aula de la misma manera.

De la siguiente reflexión expresada por el profesor en formación 4:

PF4, […] aunque cause polémica y algunos estragos, ha ayudado a la humanidad a buscar múltiples

soluciones a los problemas que se han brindado, además se rige de una ardua investigación y de muchas

disciplinas …..(recordando cómo se dio, por quién y los avances tecnológicos y científicos por los cuales se

les atribuyen el gran honor), se tiene que plantear una serie de estrategias educativas en las que se tiene

que crear y sembrar en los estudiantes para poder crear un plan de estudios y motivar a los profesores a

enseñarla, promoviendo a la práctica y el estudio dándole sentido de importancia y gratitud[…].

se entiende, que el sentido que le otorga el docente a la química es el de solucionar problemas, si

soluciona problemas entonces estos deben ser distinguibles y significantes para los estudiantes. Si bien se

reconoce una investigación rigurosa propia de la misma, no por ello las formas de ser enseñadas o las

estrategias educativas que lleguen al aula deben serlo, de allí la transposición didáctica, la modelización

otorgando un sentido de importancia que motive.

Entender las relaciones de la Química con las otras disciplinas científicas puede ser un foco de análisis

reflexivo para la misma identidad profesional de quien la enseña, estas dinámicas sitúan la química en un

marco especifico, por lo cual adquiere sentido para quienes se acercan a ella por primera vez (en aula).

Un docente que cuente con una claridad de sentido de su disciplina genera actividades, metodologías

acordes a una ciencia dinámica e interesante para sus estudiantes. Tal como lo enuncia el PF5 […]Es muy

importante resaltar la relación que existe de la química con las otras ciencias naturales, las cuales se


69

complementan y ayudan a explicarse las unas a las otras. Hay cosas que necesitan de la psicología para

ser entendidas y una de ellas son las ciencias naturales […]

En la reflexión de este docente en formación PF6,

[…]Para entender la química hoy en día debemos partir de que esta es soñadora es decir que se requiere

de un alto poder imaginativo para poder explicar cómo funciona esta…… es necesario remodelar la manera

como se enseña hoy en día, pues los profesores no están entrenando para repetir, dejando de lado la

reflexión y la crítica, pues la química de hoy está buscando es eso, en dar respuestas a las diferentes

interrogantes para poder comprender el mundo y como funciona este. Debemos dejar de lado los perjuicios

y la predisposición, la química no es una ciencia difícil de comprender, al contrario, esta no lleno de una

infinidad de herramientas, con las cuales podemos hacer grandes cosas, esto se podría realizar si nosotros

como maestros nos ponemos en la tarea de cambiar la mentalidad de los estudiantes y entrenarlos para

pensar, no solo para repetir, sino para dar respuestas a diferentes interrogantes[…]

se evidencia la naturaleza abstracta de la química, la importancia de ello se ha discutido arduamente en

el marco teórico de este trabajo. El docente enuncia que esta disciplina posee infinidad de herramientas

para ser entendida, resulta importante dejar de lado los prejuicios y predisposiciones, en cierta medida

evidencia que dichos prejuicios parten del docente porque es posible proponer y hacer cosas por el

cambio de pensamiento.

La visión de química expresada en este fragmento:

PF7, […]La química ….. tiene la potestad de mejorar la calidad de vida de todos los seres, por ende, la

investigación relacionada con la educación y la enseñanza de esta debe estar medida en el impacto social

y el desarrollo tecnológico y científico…. La relevancia de la química se refleja en el desarrollo de fibras y

plásticos y la producción de medicinas que han ayudado a aumentar la calidad de vida de los seres vivos,

partiendo de lo anterior es que el currículo actual necesita una renovación para no presentar un número

de temas gigantesco y no alcanzar el cubrimiento de estos por completo, es mejor presentar una serie de

temas relevantes para la sociedad moderna sin desconocer los avances y la importancia que posee la

química y su aplicabilidad[…].

Se entrevé que la Química es entendida como una ciencia natural que es usada como herramienta, para

mejorar la calidad de vida, así mismo, el docente asocia la relevancia de la disciplina desde su aplicabilidad,

por ello se replantea un currículo enseñado desde “temas gigantescos” y propende por presentar “temas

relevantes”. En este punto, este trabajo de investigación considera que el tema central o relevante en la

Química, que otorga sentido es el de estructura. Ahora bien, la escogencia de un tema relevante y no otro,

es foco de discusión, este depende de las intenciones de quien lo enseña por lo cual la identidad química

desde estructura ha sido escogida como foco de reflexión.

El docente en formación PF8 expresa que:

PF8 […]Debemos reformar la manera en que concebimos la química para así explicar, analizar y

determinar los comportamientos que han sido de total importancia para conocer la ciencia como hoy en


70

día lo hacemos, es importante implementar los conocimientos para dar respuestas a ciertos interrogantes,

al igual que conocer como la química ha evolucionado, y nosotros como futuros docentes debemos influir

este conocimiento en relación a los cambios apoyados en los avances científicos y tecnológicos que hoy

en el siglo XXI conocemos[…]

Del fragmento anterior se hace evidente que el Profesor en formación reconoce el papel docente frente

a las maneras, bajo las cuales se perfila la idea del conocimiento científico actual, a través de replantearse

las estrategias de enseñanza que llegan al aula. La reflexión se centra en la idea de cambio, para cimentar

un conocimiento que evolucione y que adquiera sentido frente a los avances tecnológicos actuales.

El PF9 expresa, que el currículo de química es teórico y práctico pero que para desarrollar capacidades

creativas o críticas se deben evaluar los métodos y herramientas. Aunque no es una reflexión propia,

porque el docente tomo un fragmento textual de la lectura “Química, ¿quién eres, a donde vas y como te

alcanzamos? De Vicente Talanquer, sí se pueden tomar ideas acerca del sentido docente como formador,

sus métodos y herramientas pueden referirse a las formas en cómo se concibe la química desde su

lenguaje.

[…]El currículo actual de química es teórico y práctico lo que proponen los autores es volverlo más crítico,

que los estudiantes se permiten analizar las cuestiones teóricas y postulados químicos para así desarrollar

capacidades creativas revolucionarias y que los nuevos aportes sean significativos para la química, la

forma de enseñar la química es sumamente importante, y por esta razón se debe evaluar los métodos y

herramientas que se utilizan y de esta manera mejorar y avanzar científicamente en pro de la

humanidad[…] Talanquer (2009).

7.6.2 Actividad de introducción 1

En la Tabla 8 se presentan las respuestas obtenidas por parte de los docentes en formación acerca de sus

posturas frente a la lectura.


71

Tabla 8.Resultados de la actividad de introduccion1. Preguntas de lectura del artículo "Química, ¿Quién eres, a donde vas y como te alcanzamos?" Vicente Talanquer.

Pregunta

1.Si la Química recurre a entidades abstractas para explicar el mundo físico, y dichas entidades abstractas no existen en el mundo físico. ¿El conocimiento químico no es científico? ¿Qué aporta la Química a las ciencias?

PF5: El conocimiento químico si lo es, ya que se basa en entidades abstractas es por medio de la experimentación que la química explica sus fenómenos, sin importar que no exista en el mundo físico y eso ya es parte científica. La química aporta un conocimiento racional que

ocurre en el universo.

PF 6: El conocimiento químico si se considera como conocimiento científico, a pesar que parte de supuestos hipotéticos

inferidos por la lógica, estos deben ser verificados y objetivados, a través del método científico. La química permite

comprender el comportamiento de sucesos naturales que dan explicaciones del

funcionamiento de nuestro entorno, pero además permite evolucionar en el

descubrimiento de nuevas sustancias que influyen en nuestra cotidianidad y calidad

de vida

[La hermana mayor es considerada la inteligente de la familia, la física es racional, reflexiva, visionaria y se cuestiona constantemente sobre el origen de las cosas y sobre los principios fundamentales que gobiernan el universo.......Como buena primogénita es dominante, controladora e impositiva, y frecuentemente menosprecia a todos aquellos que no piensan como ella]. 2. ¿Considera usted como docente en formación de licenciatura en Química, que esta apreciación es correcta? Explique su respuesta.

PF 7 :Es correcta cuando habla de algunas de las características de la física más no cuando se denota como impositiva, controladora y que menosprecia a los que no le da razón

porque se ha demostrado que la ciencia da lugar a cuestionamiento, no se puede estar

cerrada a una sola razón pues esta truncaría el avance de la misma (tecnología,

metodológico, entre otros.)

3. ¿Por qué crees que es importante entender los diferentes procesos históricos que hacen que una ciencia se constituya en una disciplina? 4. ¿Por qué sería importante la enseñanza de teorías, leyes o principios que hoy por hoy se reevalúan? 5. ¿Cuáles son las cualidades que la química ha heredado de la alquimia?

PF 1: Es importante conocerlos ya que es un proceso largo y continuo, las teorías cambian

y cada una de estas merece ser explicada, cuál era la importancia de este concepto

“antiguo” y comprender como ha cambiado con el tiempo

PF 3: Es importante entender dichos procesos en medida en la cual la química se ha apropiado de grandes avances a lo largo

de la historia, enfocándonos en las situaciones y contextos bajo los cuales la

química se ha desarrollado

PF 8: Es importante comprender los procesos históricos ya que la ciencia es una rama en constante evolución que siempre requiere de conceptos previos para formar un concepto correcto, universales, que sean

aceptados

PF 1 :Porque son procesos industriales y principales en el mundo de la química como

por ejemplo la estequiometria o gases

PF 3: La importancia de la enseñanza de teorías o principios, tiene relevancia ya que nos permite interiorizarnos o enfocarnos,

con la ciencia como tal, dándonos una

PF 8: Se debe enseñar las teorías para que los estudiantes las cuestionen y a partir de estas incógnitas generen un


72

concepción de la mismas más activas y reflexiva…]

pensamiento crítico que ayuden a construir un nuevo conocimiento…]

PF 1:Si hablamos de la antigüedad era imposible “cuantificar” con físico-matemática

todo lo que nos rodea o podemos obtener de la naturaleza, además la alquimia tenía

un principio que era espiritual y debió a este se pudieron obtener muchos compuestos y

elementos químicos que hoy en día utilizamos. Lo que conservo fue la esencia de

encontrar y ver otra realidad como por ejemplo ver el cobre solido de color “café

brillante” y contrastarlo con una solución de cobre color azul “Prusia

PF 3: Los procesos que se han llevado a cabo trasformaciones de la materia

PF 8 :Método científico Capacidad de nombrar sustancias

6. ¿Qué pasaría si las moléculas no tuvieran estructura? ¿Cómo se explicarían sus propiedades?

PF 9: Si las moléculas no tuvieran estructura, no se podría describir con exactitud el tipo de enlace que puedan formar, tampoco habría interacciones intermoleculares para formar

compuestos diferenciados entre sí. Sin geometría molecular es difícil explicar sus

propiedades, tales como la solubilidad, polaridad, sin estructura debería existir otro

método que analice las propiedades fisicoquímicas de las sustancias

7 ¿Cuáles son los intereses de la Química? 8 ¿Qué diferencia a la Química de otras disciplinas? 9 ¿Cuál es el "objeto" de estudio de la Química? 10. Un concepto o idea central dentro de una disciplina, es aquel constructo bajo el cual, se configura sentido y estructura a la misma. ¿Qué concepto de la Química considera usted como eje central de la misma? Explique

PF 2: El interés de la química es estudiar las propiedades de los materiales y las trasformaciones que se dan de ellas

PF 4: La Química se interesa actualmente en restructurar los modelos que le da una explicación a los temas que la abordan

PF 2: La Química tiene su propio objeto de estudio, es reflexiva, puede elaborar sus propios objetos de estudio, es analítica,

abstracta rigurosa pragmática, polifacética y creativa

PF 4 :La Química se basa en una experimentación que permite comprobar los diferentes cambios y se considera una ciencia progresista y habilidad para crear sus propios objetos de estudio

PF 2: la materia sus propiedades y sus trasformaciones

PF 4:La materialidad

PF 2:Concepto de átomo PF 4 : El concepto de las trasformaciones tanto físicas y químicas de la materia


73

La Pregunta 1 relacionada con la naturaleza del conocimiento Químico mostró que, los docentes en

formación reconocen que las entidades que estudia la Química son abstractas, PF5[…El conocimiento

químico si lo es, ya que se basa en entidades abstracta…]. Sin embargo, realizan un arduo análisis en el

objeto de la Química como transformación de sustancias ubicándose desde un nivel macroscópico y de

sus aplicaciones. Parece que no asocian los lenguajes que articula la Química con los niveles propios de la

misma: Nivel macroscópico, microscópico, simbólico con el lenguaje formal (abstracto) y cotidiano.

El valor que le otorga el PF5 a la experimentación, parece primar sobre otras formas de razonar, para

considerar un conocimiento como algo científico y validarlo, bajo un método racional. Tal y como se

enuncia en el siguiente fragmento PF5[...es por medio de la experimentación que la química explica sus

fenómenos, sin importar que no exista en el mundo físico y eso ya es parte científica. La química aporta un

conocimiento racional que ocurre en el universo…] De la misma forma el PF6 manifiesta lo siguiente […]El

conocimiento químico si se considera como conocimiento científico, a pesar que parte de supuestos

hipotéticos inferidos por la lógica, estos deben ser verificados y objetivados, a través del método

científico[...]. Ahora bien, la naturaleza de esa experimentación parece ser omniabarcante para ellos (casi

ley), resulta interesante establecer el sentido de lo que consideran experimentación; laboratorios físicos

que interactúan con entidades tangibles o si consideran entidades no tangibles que pueden ser objeto de

análisis racional.

La Pregunta 2 concerniente a la relación entre Química y Física mostró que, las ideas expresadas por los

docentes en formación no permiten establecer una relación ecuánime entre Química y Física, aunque

reconocen a las dos disciplinas como parte de la ciencia, parece haber una clara idea de superioridad de

la física, ya que en las discusiones acerca de esta pregunta se expresó que debido a que la física es la

ciencia que estudia la materia, esta tiene mayor relevancia frente a la Química. Parece que el valor que le

otorgan a la Química es el de sus aplicaciones y no como un objeto de reflexión.

La pregunta 3 expresa la idea de ciencia dinámica y cambiante, los docentes reconocen la importancia de

la enseñanza desde la historia, para generar sentido en los estudiantes. Tal como se enuncia en los

siguientes fragmentos […Es importante conocerlos ya que es un proceso largo y continuo, las teorías

cambian ….., cuál era la importancia de este concepto “antiguo” y comprender como ha cambiado con el

tiempo…]del PF1 y del PF3: […Es importante entender dichos procesos en medida en la cual la química se

ha apropiado de grandes avances a lo largo de la historia, enfocándonos en las situaciones y contextos

bajo los cuales la química se ha desarrollado…] y PF8 […Es importante comprender los procesos históricos

ya que la ciencia es una rama en constante evolución que siempre requiere de conceptos previos para

formar un concepto correcto …]. Por una parte, se reconoce que las teorías cambian con el tiempo, y que

esto se deriva en el desarrollo de la Química como proceso histórico y por otra parte, dichos cambios son

mediadores de sentido para un estudiante, que se encuentra en el proceso de cambio de un concepto

previo a uno de mayor complejidad.

La pregunta 4 referente hacia la pertinencia de la enseñanza de teorías o leyes reevaluados en la

actualidad, permitió identificar que los docentes en formación encuentran sentido en dichas explicaciones

ya que logran a través de ellos reconstruir una idea de ciencia humana, cambiante, dinámica, que tiene

limitaciones (contexto, tecnología, etc.) y que por otra parte genera, esas mismas ideas en los estudiantes,


74

formando posturas críticas frente a dichos conocimientos. Tal y como se puede extraer del siguiente

fragmento PF3 […]La importancia de la enseñanza de teorías o principios, tiene relevancia ya que nos

permite interiorizarnos o enfocarnos, con la ciencia como tal, dándonos una concepción de la mismas más

activas y reflexiva[…]

La pregunta número 5 se encontraba encaminada al reconocimiento de la esencia de la Química como

una ciencia que parte de unos hechos concretos en una época especifica identificada por la alquimia, si

bien la lectura enunciaba algunos de los aportes esenciales de la alquimia a la naturaleza de la Química

que hoy aún se mantienen, los docentes no logran articular muchas ideas frente a la relación de las

mismas. Tienden a desconocer la identidad abstracta y simbólica de la disciplina que se configuraba desde

entonces. Gracias a los razonamientos que surgieron bajo la alquimia, la Química llego a un racionamiento

lógico que le otorgo el estatus de ciencia.

Con respecto a la pregunta 6, el PF9 reconoce en la estructura un constructo que otorga sentido a las

sustancias, tal como se enuncia en el fragmento siguiente PF9 […]Si las moléculas no tuvieran estructura,

no se podría describir con exactitud el tipo de enlace que puedan formar, tampoco habría interacciones

intermoleculares para formar compuestos diferenciados entre sí. Sin geometría molecular es difícil explicar

sus propiedades, tales como la solubilidad, polaridad, sin estructura debería existir otro método que

analice las propiedades fisicoquímicas de las sustancias […]. Para este docente, la estructura otorga

sentido a las propiedades fisicoquímicas. Sin la estructura debe existir un “método” que otorgue una

lógica de estudio frente a una molécula o miles de ellas en una sustancia.

En cuanto a las respuestas obtenidas en la pregunta 7 se puede inferir que los docentes en formación

sitúan el objeto de estudio de la Química en los materiales, las formas en cómo se transforma, así como

en las maneras en que esta disciplina configura sus explicaciones a través de la modelización. Como se

evidencia en los siguientes dos fragmentos PF2 […]El interés de la química es estudiar las propiedades de

los materiales y las trasformaciones que se dan de ellas[…] y PF4 […]La Química se interesa actualmente

en restructurar los modelos que le da una explicación a los temas que la abordan[…]

Las respuestas en cuanto a las diferencias de la Química con otras disciplinas (pregunta 8), arroja las

nociones que los docentes tienen de su propia disciplina, nuevamente aparece la experimentación como

eje estructurante y la síntesis como construcción de nuevos objetos de estudio. Como se observa en las

dos siguientes respuestas: PF4 […]La Química se basa en una experimentación que permite comprobar los

diferentes cambios…habilidad para crear sus propios objetos de estudio[…] y PF2 […]La Química tiene su

propio objeto de estudio….. puede elaborar sus propios objetos de estudio, es analítica, abstracta rigurosa

pragmática, polifacética y creativa[…].Sin embargo, no mencionan los niveles, escalas o dimensiones en

los que esta ciencia busca dar razón de un fenómeno, así como que no se mencionan objetos de estudio

que no sean sustancias salidas de un laboratorio.

La pregunta 9 se encontraba encaminada a definir formalmente el objeto de estudio de la disciplina, sin

embargo, se obtienen respuestas como los dos siguientes fragmentos expresados por el PF2[…] la materia

sus propiedades y sus trasformaciones […] y PF4 […]La materialidad[…], que permiten inferir, que esta

delimitación no es clara para los docentes en formación. Se mantiene la idea de que la Química estudia la


75

materia, cuando este es el objeto de la Física y cuando nombran la materialidad como objeto de estudio,

no les es posible definirla con sus propias palabras.

En cuanto a la pregunta número 10, los docentes en formación argumentan que el concepto primordial

para dar estructura a la Química es el […]Concepto de átomo […]PF2, propio de la física. Sin embargo, este

no da cuenta del comportamiento de una sustancia, si bien este concepto es usado en la disciplina, no

otorga sentido en un nivel macroscópico. Así mismo, argumentan que […]las trasformaciones tanto físicas

y químicas de la materia[...] PF4 también otorgan sentido para una concepción estructurante, bajo este

concepto, no se encuentra en el nivel microscópico o simbólico que si explica un cambio a ese nivel para

que una sustancia (macroscópica) presente un cambio visualmente.

7.6.3 Actividad de introducción 2

Las respuestas obtenidas en la pregunta número 1 y 2 se presentan en la Tabla 9, la categoría de análisis

definida para esta actividad desde la matriz de criterios filosóficos correspondió a propiedades

emergentes. Así mismo, las categorías de análisis definidas desde la matriz de criterios didácticos para las

2 preguntas de esta actividad correspondieron a niveles escalas y dimensiones, lenguaje y representación.

Estas reflejan, que los docentes en formación, a pesar de contar con elementos conceptuales, no logran

articular una explicación formal de un fenómeno en un caso concreto de estudio, las representaciones a

las que acuden no se refieren a un nivel microscópico y simbólico para explicar la solubilidad sino que solo

se remite a un nivel macroscópico, que da cuenta de una experiencia visual, a pesar de que en las

indicaciones que se dieron antes de iniciar con la actividad propuesta, se les pidió que realizaran la

representación que más les facilitara explicar el fenómeno.


76

Tabla 9. Resultados obtenidos en la actividad introductoria 2, preguntas 1 y 2

ACTIVIDAD INTRODUCTORIA 2

preguntas

1. En una práctica de laboratorio se pide a los estudiantes tomar dos tubos de ensayo. En el primero tubo se adiciona 2mL de agua y 2mL de propanol, se agita y se espera unos minutos,

al cabo de un tiempo se evidencia una única fase. En el segundo tubo se adiciona 2 ml de fenol, 1ml de agua, se agita y se deja en reposo. Tras el tiempo transcurrido se presentan dos fases. Argumenta apoyado en la tabla de estructuras anterior, ¿Por

qué el fenol no es soluble en esas condiciones mientras que el propanol si es soluble, si ambos tienen un (OH)?

2. Realice la representación de la solubilidad en los dos casos

categoría Propiedades Emergentes ( Aditivas y de herencia) Niveles escalas y dimensiones (Macroscópico y semiparticulado), Lenguaje y representación

Realizada Por Diana Carolina Roa García, Luis Alfredo

Ochoa Contreras Sesión

Realizada: Estudiantes de la Universidad Distrital Fráncico José de Caldas

Dirigida por Liz Mayoly Muñoz Albarracín Semestre entre V y VI Materia Epistemología

Primera sección: 21 de marzo de 2018 Segunda sección:

23 de marzo de 2018

Tabulación de datos obtenidos a partir de los diferentes talleres propuesto en clase


77

[…] El fenol es un compuesto distinto y sea cual sea su naturaleza va a dar como resultado algo distinto, es más por lógica a un tubo se le agrego 1 reactivo y al otro dos […] PF1

Nivel semi particulado: Lenguaje verbal

Lenguaje visual

[…Un solvente polar como el agua, se disuelve en otro solvente polar como el propanol

Un solvente no polar como el fenol forma dos fases con un solvente polar como el agua

Diferentes tipos de enlace, hibridación…] PF2


Lenguaje visual


78

[…La solubilidad en diversas soluciones se ve influenciada en gran parte a las fuerzas intermoleculares…] PF 3


Lenguaje visual

[…El propanol es soluble, debido a la estructura que presenta (cadena) mientras que el fenol al ser una estructura cíclica solo

presenta el OH polar y sus otros enlaces son apolares…]PF 4

Nivel Macroscópico: Lenguaje visual


79

[…Ya que el propanol no presenta dobles enlaces, mientras que el fenol sí. Es más difícil romper los dobles enlaces, así posean

un OH…] PF 5

Nivel Macroscópico: Lenguaje verbal

Lenguaje visual

[…Por la ubicación del grupo funcional, el alcohol primario es

menos estable, por encontrarse en la posición menos impedida.

Por otro caso para el alcohol secundario su reacción se ralentiza

por su estabilidad…] PF6


Lenguaje visual

Ya que la fase orgánica va

arriba mientras no esté

halogenada

Diferencia de

densidades


80

[…Aunque ambos tienen un grupo hidroxilo y pudiesen formar puentes de hidrógenos (como seguramente se forma entre el propanol y el agua) la polaridad de ambo es distinta y esto se debe a que el fenol es una molécula simétrica su fuerza es = 0 mientras que el propanol no es simétrico, si no en vez es polar

como el agua…] PF 7


Lenguaje visual

[…El propanol presenta un carbono primario unido al sustituyente, por esta razón es más sencillo que se rompa el

enlace y lo haga soluble en el agua. El fenol presenta un carbono terciario unido a un sustituyente el cual hace que sea más pueda romper el enlace y causa su poca solubilidad…] PF8


Lenguaje visual

[…La estructura del propanol es más sencilla que la del fenol ya

que presenta enlaces simples, mientras que la estructura del fenol es más compleja al presentar enlaces dobles en la

estructura aromática…] PF9

Nivel Macroscópico Lenguaje visual


81

A pesar de conocer algunos elementos que influyen en la solubilidad como las fuerzas intermoleculares,

no es evidente para ellos, como ocurre esto, átomo a átomo entre las moléculas que se estudian. No se

les facilita, realizar representaciones que las evidencien. Si bien enuncian que los tipos de enlace de una

estructura dan cuenta de una propiedad dan por sentado una explicación con solo enunciar un tipo de

enlace, enunciar la presencia de fases, los nombres de las sustancias, densidades, pruebas de laboratorio,

ecuaciones, estructuras, pero no identifican que las condiciones de un sistema pueden determinar un

fenómeno. Una propiedad emergente como la solubilidad, que requiere de un análisis riguroso, desde la

estructura de la sustancia en particular y de las interacciones que se suscitan entre la misma y un solvente

de naturaleza igual o distinta, bajo condiciones que pueden variar, es poco comprendida. Este hecho

puede deberse a que los estudiantes no se les permite construir sus propios modelos, por lo cual recurren

a modelos usados en los libros que no adquieren sentido para ellos. De allí, la fragmentación entre el

discurso que manifiestan por el lenguaje verbal y escrito con el lenguaje simbólico que representan.

La respuesta obtenida por el PF1 objeto de análisis refleja una interpretación superficial del

fenómeno propuesto de solubilidad, en el que se asume que la diferencia de nombre entre una

sustancia y la otra explica por si sola la diferencia de propiedades, no existe una referencia a la

estructura como aportante de sentido en una propiedad. Es posible argumentar que el docente

en formación no posee el dominio para generar una explicación que se construya en el lenguaje

mediado entre niveles, escalas y dimensiones porque no se refirió a ello, pese a que es capaz de

reconocer las estructuras de las sustancias que se presentan en dicha actividad.

Posiblemente existieron dificultades de comprensión del enunciado propuesto, ya que se

representaron dos situaciones no acordes a la actividad propuesta.

La respuesta obtenida por el PF2 objeto de análisis, refleja que los estudiantes memorizan y

aprenden los diferentes conceptos, dan por sentado una explicación con solo el enunciado de un

concepto aprendido, pero no articulan explicaciones de un nivel de profundidad mayor haciendo

uso de esos elementos memorísticos. No se refleja una referencia directa a la estructura, grupos

funcionales, disposición espacial de los átomos en dicha sustancia, interacciones moleculares, u

otros que otorgan sentido a un fenómeno a pesar de que en sus representaciones plasman las

estructuras no hacen uso de ellas para explicar. Enuncian algunos conceptos claves como

hibridación o tipos de enlace que tienen relación con el fenómeno, pero no argumentan por qué

estos son importantes o en qué medida son influyentes en un proceso como el propuesto.

La respuesta del PF3 enuncia que el fenómeno se presenta debido a las fuerzas intermoleculares,

pero no las identifica en específico en el caso presentado, en las representaciones que se

construyeron no se modelan dichas fuerzas intermoleculares y solo presenta un nivel

macroscópico.

La respuesta del PF4 hace referencia directa a la estructura como aportante de sentido a la

solubilidad, sin embargo, al enunciar que la estructura cíclica del fenol responde a un OH polar y

el resto del ciclo está compuesto por enlaces no polares excluye estos conceptos en el propanol,

que también presenta polaridad en el OH y enlaces apolares en la cadena abierta. No se refleja

un análisis más profundo que el de señalar que la diferencia entre las sustancias se debe a una

cadena cerrada y una cadena abierta. Las representaciones a las que recurrió el docente en

formación estudiado solo evidencian un nivel macroscópico.


82

Las respuestas 5 y 6 evidencian un error conceptual en el que se explicita la falencia de

diferenciación entre un fenómeno físico (solubilidad) y uno químico que necesariamente implica

un cambio de estructura en una sustancia, así como de sus propiedades. Se puede entrever que

los PF5 y PF6 poseen una idea errónea de que una sustancia es más estable entre mayor número

de enlaces presente. Así mismo el grupo 6 no presenta una distinción entre un alcohol y un fenol,

ya que son series homologas independientes y no son el mismo grupo funcional. La

representación del grupo 5 se mueve en un nivel macroscópico, en esta no se explica el fenómeno

de solubilidad, sino que se asocia a un procedimiento experimental de separación entre sustancias

orgánicas e inorgánicas. Si bien dicho proceso puede hacer uso de la solubilidad como fenómeno

determinante en el comportamiento de una sustancia en el caso presentado, no es concordante

con el ejercicio propuesto. De este análisis realizado por el docente en formación es posible

argumentar que se asocia un comportamiento, solo a la presencia de enlaces sencillos y dobles,

pero no a interacciones moleculares u otros. La representación del grupo 6 se clasifica en el nivel

macroscópico, se expresa una formación de fases entre el fenol y el propanol por la densidad de

los mismos, pero no se hace alusión a la solubilidad.

El PF 7 explica el fenómeno de solubilidad a la formación de puentes de hidrogeno identificando

una polaridad distinta entre las moléculas. Sin embargo, argumenta que la polaridad del fenol es

cero por la simetría del mismo y aunque este sea más estable en esas condiciones de temperatura,

concentración etc. no implica que la sustancia no forme puentes de hidrogeno o que bajo otras

circunstancias sea soluble. La representación de este grupo se encuentra en el nivel macroscópico,

por lo que sus observaciones se refieren a la apariencia del fenómeno en un tubo de ensayo, poco

puede hablarse desde ella para explicar la solubilidad.

El PF 8 argumenta que existe un rompimiento de la molécula del propanol debido a la naturaleza

del carbono contiguo al OH, aunque no se trata de un carbono primario como lo designa el grupo,

las interacciones en una estructura abierta son menores que en una estructura cíclica. En términos

de energía la solubilidad no depende únicamente de la naturaleza del carbono al que se encuentra

enlazado la parte polar (o apolar) de la molécula en estudio, sino de la capacidad que tiene el

solvente energéticamente para romper tipos de interacciones entre moléculas y de la misma

energía del sistema (Temperatura, presión). La representación de este grupo evidencia que no

hay claridad en la interacción átomo a átomo de una molécula con otra, está clasificada en un

nivel semiparticulado.

El PF 9 no se refiere a un nivel de análisis en profundidad ya que no explica el fenómeno de

solubilidad, solo se refiere a que la estructura del propanol es más sencilla por tener enlaces

simples y la del fenol es más compleja por presentar enlaces dobles. La representación solo se

remite al nivel macroscópico.

A continuación, en la tabla 10 se presentan los resultados obtenidos en las preguntas 3:

A partir de las respuestas obtenidas se evidencia el pluralismo ontológico y la Ontología de la estructura

Química definidas en la matriz de criterios filosóficos.


83

Tabla 10.Resultados obtenidos en la actividad introductoria 2, pregunta 3

ACTIVIDAD INTRODUCTORIA 2

preguntas

3. A partir de la formula empírica C4H10O es posible determinar

3.1 ¿Qué tipo de molécula es y que propiedades presenta? 3.2 Dibuje la posible estructura 3.3 ¿Qué dificultades surgen al intentar

dilucidar el tipo de molécula?

Categoría Pluralismo ontológico y ontología de la estructura química

[…Molécula orgánica, características polares, presenta fase cis, es un

hidrocarburo…]PF1

PF1

Todas ya que ninguna teoría es exacta y la química orgánica es muy abstracta por ende

compleja. PF1

[…Butanol propiedades químicas: Tipos de enlace

Propiedades físicas: Intermoleculares, estado físico…]PF2

PF2

No saber su estructura, no conocer su estado física. PF2

[…El C4H10O pertenece al grupo funcional éteres…]PF3

PF3

[…El conocimiento de este grupo se encuentra ausente, por ende, se crean

dificultades a la hora de garantizar dicha estructura…]PF3

[…Es un alcohol, porque posee un OH como grupo funcional, es un

gas porque las fuerzas que los unes son muy débiles…]PF4

PF4

[…Que la molécula no se puede dibujar linealmente, lo que dificulta la

representación…]PF4

CH3

O

OH H

H HH

HH

HH

H

CH3

O

CH3

CH3

OH






23 de marzo de 2018



84

[…Butanol…] PF5

PF5

[…El orden de los carbones…] PF5

[…Alcohol secundario, tiene grupo hidroxilo, conectado a un carbono

secundario su fórmula general es CHROH…] PF6

PF6

[…La posición del grupo hidroxilo asignarle una localización…] PF6

[…Se puede asumir e intentar organizar posibles isómeros a partir de la formula molecular, pero decir a ciencia cierta cual es la molécula y sus propiedades a partir de la formula empírica, pero los químicos no

se afligen y para eso se apoyan en la espectroscopia…] PF7

PF7 […Se dificulta posicionar los átomos en la molécula, ya que a partir de una sola

formula molecular surgen muchos isómeros…] PF7

[…Si es posible es el butanol y sus propiedades son grupo funcional de

los alcoholes y se encuentra en estado líquido…] PF8

PF8

[…No hay indicación del sustituyente en la molécula, no hay conocimiento exacto de las

propiedades físicas…] PF8

[…Puede ser un alcohol o éter…] PF9

PF9

[…No hay suficientes bases en teoría de formación de enlaces orgánicos por lo tanto es difícil realizar su estructura química…] PF9

CH3

OH

CH3

CH3

OH

CH3

OH

CH3

OH


85

Si bien el ejercicio buscaba resaltar la importancia de la formula estructural de una molécula, por la

indeterminación de que molécula se trata, se evidencian elementos que dan cuenta de la relación entre

estructura y propiedad. Sin embargo, los docentes en formación asocian una única estructura a una

formula empírica (esquema mental) que puede derivarse en 8 tipos de estructuras distintas (Pluralismo

ontológico) y que son dependientes a su vez de los factores y características (Ontología de la estructura

Química) enunciadas en las categorías de análisis propuestas para este trabajo. Las representaciones a las

que los docentes en formación recurren solo dan cuenta de la constitución, conectividad, tipo y numero

de átomos, pero no de la distribución espacial (solo un caso), configuración y conformación (Ontología de

la estructura Química).

El PF1 menciona que la naturaleza de la molécula es de tipo orgánica por la relación de carbono,

hidrogeno y oxígeno. La estructura construida refleja la conectividad, tipo, número de átomos, y

la constitución, sin embargo, no se enuncian otro tipo de factores o características propias de la

misma. No existe relación entre estructura y una propiedad, se atribuye una polaridad por la

presencia de Oxigeno, aunque no existió concordancia entre la formula empírica propuesta en el

ejercicio de estudio y la estructura construida.

El PF1 enuncia en la respuesta a la pregunta 4 que el nylon es un material, a partir de ello se

evidencia un conocimiento cotidiano frente a las aplicaciones de la misma pero no se conoce la

estructura.

Los PF 2 ,4 y 5 argumentan que la sustancia en cuestión es un butanol. Sin embargo, no se

construyeron las estructuras del 2-butanol o el 3-butanol que son posibles desde la formula

empírica dada. No existe entonces un pluralismo ontológico en sus argumentaciones, se

construye una sola posibilidad. El PF 2 por su parte no reconoce que es una propiedad química, si

bien los tipos de enlace pueden influir en una propiedad es importante la distinción entre la

naturaleza de las mismas, física y química. Este grupo plasmo a diferencia de otros, en la

estructura propuesta, la distribución espacial de los átomos, pero no la configuración o la

conformación, estas características no se encuentran presentes. Reconocen la estructura como

un hecho determinante para reconocer una sustancia en particular y asocian el estado físico para

la elucidación de la misma, sin embargo, este no es un dato determinante para reconocer una

sustancia, como si podría ser, el conocer datos como el índice de refracción, punto de fusión,

ebullición, densidad etc. El PF 4 por su parte argumenta, que el butanol es un gas porque las

fuerzas intermoleculares son muy débiles sin embargo esto no es correcto, se evidencia que hay

una idea resistente en cuanto a atribuir propiedades individuales, de una única molécula, a una

sustancia en la que se encuentran miles de ellas en interacción. El PF 5 por su parte argumenta

que la mayor dificultad en la construcción de una estructura es el orden de los carbonos, de lo

que se intuye que los estudiantes infieren la importancia de la estructura.

El PF 2 y PF 4 plasmaron el conocimiento cotidiano que tiene acerca del nylon, se evidencia una

confusión entre las propiedades de maleabilidad propias de un metal.

El PF 3 argumenta que la sustancia en cuestión es un éter, aunque se tratara de él no se construyó

el metil-propileter que también cumple con la misma fórmula empírica. Argumentan que si se

conociera el grupo funcional junto con la formula empírica sería posible otorgarle unas


86

propiedades, pese a que se argumenta que es un éter, no se enuncia ninguna propiedad. Resulta

interesante la idea de estructura del nylon que a diferencia de los otros grupos es cíclico.

El PF 6 argumenta que la sustancia propuesta es un butanol, sin embargo no se construyeron los

isómeros del mismo. Las dificultades que infieren en la elucidación de una sustancia las definen

como la posición del grupo funcional únicamente.

El PF 7 y PF 9 son los únicos grupos que manifestaron que no es posible elucidar la estructura de

una molécula únicamente con la formula empírica. Se evidencia un conocimiento formal acerca

de la existencia de numerosos isómeros que corresponde a un pluralismo ontológico, ontología

de la estructura, así como de las técnicas espectroscópicas para elucidar una molécula.

El PF 8 argumenta que la sustancia en cuestión es el butanol y que esta se encuentra en estado

líquido. Las principales dificultades que evidencia este grupo es la posición del sustituyente y que

por ende no es posible establecer las propiedades físicas específicas. Los docentes en formación

evidencian que existe una clara relación entre propiedades y la estructura.

7.6.4 Actividad de síntesis 1

Las categorías de análisis propuestas para esta primera pregunta de la actividad correspondieron a las

escalas niveles y dimensiones definida en la matriz de los criterios didácticos, así mismo se hace necesario

el uso de la categoría de lenguaje presente en la misma matriz.

Los resultados del numeral 1 de esta actividad se encuentran encaminados a evidenciar si los docentes en

formación son capaces de generar explicaciones entre los niveles macroscópico, submicroscopico y

simbólico o si por el contrario se refieren solo a uno de ellos para dar cuenta de un proceso.

El numeral 2 por su parte buscó evidenciar de forma concreta los tipos de modelos de representación a

los que los docentes en formación recurren para dar cuenta de una estructura química. La categoría se

define en la matriz de criterios didácticos que se encuentra en la fase 2. Así mismo se hace uso de la

categoría de análisis perteneciente a la matriz de criterios filosóficos definida como dimensiones de la

ciencia.

El numeral 3, por su parte, busca entrever las nociones que se tienen acerca de la estructura y de las

propiedades, se esperaría encontrar una relación directa entre propiedades, estructura y las formas de

representación de la misma. La categoría de propiedades emergentes presentada en la matriz de Criterios

Didácticos fue el foco de análisis de esta pregunta.

A continuación, en la tabla 11 se presentan los resultados obtenidos en la actividad de introducción 2.


87

Tabla 11.Resultados obtenidos en la actividad de síntesis 1,preguntas 1,2 y 3.

ACTIVIDAD DE SINTESIS 1

pre

gun

tas

1. Apoyándote en la reacción anterior, ¿cómo explicarías la

formación de un nuevo producto?

2. Haciendo uso de los materiales que se encuentran en la mesa.

Representa el ciclohexano y el benceno.

3. ¿El benceno tiene las mismas propiedades que el ciclohexano? Justifica.

categoría Niveles escalas y dimensiones ; lenguaje (formal, Verbal, Simbolico *) Modelo como representación, Dimensiones de la ciencia Propiedades emergentes

[…Se coloca el benceno a reaccionar con el hidrogeno molecular a 200°C en un horno gigante el cual se conoce como condensador, ahí

se va a obtener ciclohexano liberando níquel a la atmosfera. El producto final se obtiene y se pasa a un calor específico para

obtener una fibra final…] PF1

PF1

[…No porque el ciclohexano es una estructura de menor importancia hay ciclopropano o ciclohexil y esta cambia de acuerdo a la estructura de la molécula. El benceno es una

estructura mucho más importante ya que es una estructura fundamental y posee reglas u órdenes específicos para poder

determinarlo…] PF1

[…Se puede formar un nuevo producto mediante los reactivos y colocando las condiciones como las vemos en la reacción anterior,

temperatura, presión y catalizadores para aumentar la reacción y su velocidad dando como producto nuevo compuesto orgánico

liberando energía y perdiendo enlaces…] PF2 PF2

[…Benceno: mayor punto de fusión y ebullición por sus dobles enlaces mientras que el ciclohexano tiene menor punto de

ebullición y fusión por sus enlaces sencillos. Menor solubilidad por el doble enlace mientras que el ciclohexano por sus enlaces

sencillos posee mayor solubilidad. Mas reactivo por sus dobles enlaces el benceno mientras que el ciclohexano es menos reactivo

por sus enlaces sencillos. Tiene propiedades diferentes porque poseen diferentes grupos funcionales…] PF2

[…La reacción que tiene el benceno con un bombardeo de hidrogeno molecular, en medio con níquel a condiciones extremas de

temperatura y presión, el H2* se introduce en el anillo completando cada carbono con su hidrogeno respectivo formándose el

ciclohexano…] PF3 PF3

[…No difiere en el doble enlace que presenta el benceno…] PF3






23 de marzo de 2018



88

[…La deshidrogenación ocurre cuando el hidrogeno lo que hace es

entrar en el benceno y rompe los enlaces y hacen que los enlaces se unan con ayuda del catalizador provocando así el ciclohexano…] PF4

PF4

[…No…] PF4

[…Níquel rompe el anillo aromático del benceno formando el H2*

nuevo producto mediante el método Markovnikov's …] PF5

PF5

[…El benceno posee u anillo aromático, entonces no tendrían las mismas propiedades…] PF5

[…A través de la síntesis de moléculas más simples para obtener otras más complejas (objetivos) apoyándose en materiales de bajo

costo y fáciles de encontrar en la naturaleza, buscando un mecanismo de reacción rápido y eficiente, para ello se usan

catalizadores de (Ni, temperaturas altas)…] PF6 PF6

[…No tiene las mismas propiedades ya que el benceno al tener enlaces dobles (alquenos) es más estable y se encuentra en mayor proporción en la naturaleza. El ciclohexano es un alcano y al tener menos estabilidad es más reactivo y por eso no se encuentra libre

en la naturaleza…] PF6

[…Se explica la reacción desde el punto de vista que las condiciones de reacción existan los electrones en los dobles Enlaces del benceno

que son los más reactivos y se da la reacción con el hidrogeno a través de una hidrogenación, el ciclo no se rompe solo se satura con

los enlaces carbono hidrogeno…] PF7 PF7

[…No, se diferencia en su reactividad porque el benceno posee dobles enlaces y sus carbonos no están saturados por tal razón es

más reactivo y el ciclohexano es menos reactivo por estar más saturado…] PF7

[…síntesis de un alcano a partir de un alqueno, el hidrogeno rompe los enlaces del benceno y lo sintetiza con ayuda del catalizador de

Ni*, el cual no reacciona con las sustancias interferentes…] PF8

PF8

[…No, por sus dobles enlaces presenta más reactividad…] PF8

[…Partiendo primordialmente de materia prima, unos catalizadores que ayuden a promover la reacción una presión y temperatura

específicas para formar un producto final Partiendo primordialmente de materia prima, unos catalizadores que ayuden a promover la reacción una presión y temperatura específicas para

formar un producto final…] PF9 PF9

[…No, a pesar de que tienen la misma cantidad de carbones, tienen distintas estructuras en el caso del benceno este presenta enlaces dobles a lo largo estructura lo cual hace que tenga propiedades representativas de esta…] PF9


89

Las respuestas obtenidas en la pregunta número 1 presentan la generalidad de moverse en el nivel

macroscópico, si bien a través de una ecuación química (nivel simbólico) se trata de enunciar un proceso,

está por sí sola no explica el mismo. La formación de un nuevo producto se da por sentada al nombrar de

manera indiscriminada la sumatoria de unos reactantes que derivan en unos nuevos productos, se

evidencia que no es clara la relación funcional de un catalizador en una reacción porque según sus

argumentos este no interviene, no interactúa o simplemente desaparece liberándose a la atmosfera. El

catalizador es entendido como un acelerador, pero no como un mediador en la velocidad de reacción. Así

mismo un proceso como el propuesto no es entendido como sucesión de pasos sino como un fenómeno

instantáneo. Cabe resaltar, que una ecuación no enuncia un proceso unidireccional, por este motivo, los

docentes en formación no denotan que dicho fenómeno puede ocurrir de acuerdo a términos energéticos.

A pesar de que todos los grupos se les presento la misma ecuación química, la interpretación de la misma

es variable; el análisis realizado por los docentes en formación a partir de la ecuación presentada no

permite extraer una comprensión del proceso en tanto sus discursos (Lenguaje verbal, lenguaje formal,

lenguaje simbólico*) no explican la manera en cómo se forma un nuevo producto en términos de

deslocalización de electrones (lenguaje gráfico). Aunque la población objeto de estudio no cuente con el

conocimiento sobre mecanismos de reacción, podría proponer modelos propios que expliquen dicho

proceso desde un nivel microscópico y/o simbólico.

Las respuestas dadas a la pregunta numero 2 evidencian que en las representaciones construidas por los

docentes en formación, en su gran mayoría, se refirieron a un solo plano, bajo este tipo de

representaciones no es posible indagar si el docente conoce que una estructura también se explicita en

el espacio 3D. Sin embargo, a pesar de contar con materiales tridimensionales, ningún docente en

formación, construye una estructura que salga del plano 2D, resultaría interesante indagar por que los

docentes en formación recurren a los mismos tipos de representaciones, si existen otras formas de

representación que dan cuenta de estructuras flexibles, en las que se explicitan las interacciones que se

suscitan en un confórmero en el caso del ciclohexano. Quizás se evidencia un aprendizaje memorístico en

el que no se reconoce en los materiales proporcionados (cauchos), la posibilidad de construcción de

moléculas que cuenten con una distribución espacial o una conformación, que permita modelar de una

manera más sencilla nociones de torsión, tensión angular, ángulos de enlace. Las dimensiones que se

explicitan en las estructuras construidas, son el espacio interno 3d (volumen de los átomos) y naturaleza

continua (átomos).

En cuanto a la pregunta número 3, los docentes en formación, explican que, debido a la presencia de los

dobles enlaces en el benceno y los enlaces simples presentes en el ciclohexano, las propiedades de los

mismos deben ser distintas. Los docentes otorgan una importancia al tipo de enlace que para ellos explica

una propiedad como una noción de herencia, no es claro para ellos, la noción de propiedad emergente

que se suscita a partir de la interacción de sus partes (átomos) en un sistema (estructura de una molécula)

que hace parte de otro sistema (sustancia).

El PF 1 argumenta que la estructura del benceno es de mayor importancia debido a sus dobles

enlaces.


90

El PF 2 presenta una idea de sentido común en la que el enlace presenta una relación directa con

las propiedades macroscópicas de una sustancia (herencia), los docentes argumentan que el

doble enlace hace que la solubilidad, el punto de fusión y ebullición sean mayores, con respecto

a una molécula conformada por enlaces sencillos. Este hecho evidencia que la idea de emergencia

no es clara para ellos ya que no relacionan los niveles bajo los cuales se dan los tipos de

interacciones intermoleculares, intramoleculares y millones de ellas en una sustancia.

El PF 3 solo argumenta que la diferencia radica en el doble enlace, pero no especifica los tipos de

propiedades en los que estos puedan influir.

El PF 5 solo enuncia que es un anillo aromático. Se evidencia un aprendizaje memorístico, pero

no puede decirse que exista comprensión de las implicaciones del mismo.

El PF 6 proporciona elementos de discusión interesantes con respecto a la presencia de una idea

de sentido común resistente al cambio, en cuanto a que debido a la estabilidad de una estructura

se argumenta que es menos reactiva. En este punto es clave aclarar que la estabilidad de una

molécula como el benceno le otorga una mayor reactividad porque los solapamientos de los

orbitales P hacen posible la disponibilidad de 6 electrones π, si, la estabilidad de esta molécula se

relaciona a las longitudes iguales de los enlaces constituyentes, tensiones angulares equivalentes,

los ángulos invariantes de 120 grados entre carbono-carbono, las uniones entre los mismos son

idénticas y que sus enlaces son intermedios entre uno doble u o sencillo, mientras que la

reactividad se relaciona a los electrones disponibles. También se evidencia que la estabilidad de

una molécula para el docente en formación es indicativa de estar presente en mayor medida en

la naturaleza.

El PF 7 por su parte relaciona la reactividad del benceno a su instauración y la menor reactividad

del ciclohexano a la mayor saturación.

El PF 8 argumenta que existe una propiedad hereditaria del doble enlace en el benceno y que por

ello este presenta características propias del doble enlace, es importante aclarar, que el benceno

no posee ni enlaces sencillos ni dobles, sino intermedios, debido al solapamiento de los orbitales

P, que explican, la deslocalización de los electrones en la estructura.

7.6.5 Actividad de síntesis 2

La actividad tuvo como objetivo explorar las nociones de los docentes en formación acerca de los

confórmeros del ciclohexano. La categoría correspondiente a la pregunta 4 es la de ontología de la

estructura definida en la matriz de Criterios Filosóficos. La pregunta número 5 se enmarca en la categoría

de estructura dinámica y estática definida en la matriz de criterios didácticos. A través de las mismas se

busca evidenciar un caso de estudio de una estructura lábil por medio del uso de un diagrama de inter

conversión de los confórmeros del ciclohexano.

La Tabla 12 presenta los resultados obtenidos en la actividad de síntesis.


91

Tabla 12.Resultados obtenidos en la actividad de síntesis 2, preguntas 4 y 5

preguntas

ACTIVIDAD DE SISNTESIS 2

4. Observe las figuras y responda. ¿Por qué crees tú que existen estas dos estructuras A y B en la Naturaleza?

5. De acuerdo al grafico ¿Cuál de las dos estructuras (silla, bote) es más estable? Explica tu respuesta.

Categoría Ontología de la estructura Estructura dinámica o estática

[…Son explicaciones a ciertos materiales presentes en la naturaleza podríamos decir

que la primera es un polímero que está presente en la mayoría de los organismos vivos…] PF1

[…Es más estable la estructura de bote ya que en 10,8 Kcal/mol hasta 1,6 Kcal/mol esta se mantiene uniforme mientras que cuando parte de cero sube luego baja y luego vuelve a

subir…] PF1

[…Porque una de las estructuras le confiere más estabilidad al nylon que la otra,

creemos que la forma bote es más elástica…] PF2 […Según el grafico la estructura más estable es la silla porque su estructura es más rígida y

no le permite tener tantas variaciones…] PF2

[…Porque tiene diferentes funciones ya que difieren en sus estructuras como tal esto nos da a entender que algunas de sus propiedades cambian por ejemplo la reactividad

del mismo, además influye en su trasformación la temperatura, la presión los cuales modifican sus propiedades estructurales…] PF3

[…El bote, por no tener cambios abruptos o perturbados en su energía potencial…] PF3

[…Porque sus propiedades químicas y físicas son diferentes y sus energías son distintas,

por lo que uno es más estable que el otro…] PF4 […Es más estable la silla ya que requiere menor energía potencial…] PF4

[…Porque cada estructura cuenta con unas características y funciones diferentes, al

momento de sintetizar o realizar una reacción los resultados pueden ser diferentes…] PF5

[…La energía potencial es aquella que se transforma en energía cinética a partir de un procedimiento de combustión interna. En base a este la silla es más energía para cambiar su

estructura por lo tanto es más estable…] PF5

[…Estas estructuras son isómeros que tiene distintas propiedades y mecanismos de reacción de reacción de los cuales podemos obtener diferentes materiales como el

Nylon. Existen porque en las moléculas hay torsiones…] PF6

[…Conformación silla porque se encuentra en menor estado de energía y por esta razón está más en la naturaleza…] PF6

[…Podemos notar que son isómeros dependiendo como está organizado sus átomos. Las moléculas tendrán propiedades diferentes. Tenemos en cuenta que estas

propiedades pueden ser aprovechadas dependiendo la necesidad de ella ya que buscan su estabilidad energética…] PF7

[…La silla sería la más estable debido a que las conformaciones las uniones entre los átomos buscan tener menor cantidad de energía, mirando la gráfica la silla se encuentra en el nivel

más bajo de energía esta le dará una cierta estabilidad…] PF7

[…]Estas estructuras se encuentran en la naturaleza debido a que su estabilidad

aumenta su probabilidad de existir[…] PF8

[…según la gráfica, presenta más estabilidad la estructura de la silla, ya que para cambiar su forma requiere más energía y esto lo hace más estable, en cambio el bote requiere mucho

menos energía para cambiar su isomería…] PF8

[…La forma bote se puede dar de acuerdo a los enlaces que se presentan y las energías de repulsión entre los diferentes enlaces, cabe denotar que los diferentes isómeros le

dan características propias a cada una…] PF9

[…La de bote, ya que presenta un cambio menos brusco en los tres estadios ( bote, bote retorcido I y II) mientras que la conformación silla presenta un cambio de potencial de

energía más significado entre sus dos fase silla y silla inversa)…] PF9

Realizada Por Diana Carolina Roa García,

Luis Alfredo Ochoa Contreras Sesión Realizada: Estudiantes de la Universidad Distrital Fráncico José de Caldas


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92

Al inicio de la actividad propuesta se mencionó que uno de los reactivos más importantes para la

obtención de los intermediarios del nylon 6 y nylon 6,6 era el ciclohexano, de acuerdo a la figura siguiente.

Sin embargo, se evidencia que los docentes en formación 1,2, 3 y 5 argumentan que esta molécula es un

polímero y asociaron la existencia de los confórmeros del mismo en términos de síntesis. A pesar de que

el ejercicio fuese mal interpretado, las respuestas obtenidas frente a la existencia en términos de

estabilidad de un confórmero silla y bote no son articuladas desde tensión angular, tensión torsional,

tensión de Van der Waals, interacciones dipolo-dipolo y puentes de hidrogeno.

Cabe destacar, que durante el primer ejercicio de clase, se indagó acerca de los tipos de interacciones,

fuerzas o factores que determinan una estructura química y cuyas respuestas indicaron que conocían las

interacciones dipolo-dipolo, repulsión o atracción entre átomos de una molécula. A pesar de que enuncian

estos conceptos no logran articularlos en una explicación de un caso específico.

El PF 4 argumenta que la existencia de ambas conformaciones se debe a “sus energías” y que a

partir de ellas se explican la estabilidad de uno o del otro, sin embargo, no identifican cuál de esas

conformaciones es más estable, así como que no asocian una estructura fluctuante o lábil, es decir

que constantemente se encuentra en cambio por las condiciones energéticas del medio en el que

se encuentran o fruto de las mismas interacciones energéticas intramoleculares. Parece que

asocian de manera fragmentada dichas conformaciones como estructuras estáticas.

El PF 6 argumenta que las estructuras de silla o bote son isómeros, sin embargo, no reconocen

que son isómeros conformacionales. quizás conocen el término isómero, pero no los tipos de

isómeros en el caso estudiado, también enuncian el término torsión, sin embargo, este no es

usado de forma articulada para dar explicación de sus análisis, por lo cual no puede decirse que

comprendan las mismas.

Los PF 7,8 y 9 argumentan la existencia de una estructura en términos de estabilidad energética,

repulsión entre átomos de una molécula y reconocen que los isómeros existen por la diferencia

de organización que se evidencian en las imágenes mostradas, no responden cuál de estas es más

estable o porque una u otra están presentes en la naturaleza.

Hexano ciclohexanona

Caprolactama

Ácido adípico

Hexametilendiamina.


93

En cuanto a las respuestas obtenidas en la pregunta número 5 encaminada hacia la categoría de análisis

de estructuras dinámicas y estáticas definidas en la matriz de criterios didácticos y recogiendo lo

expresado en la anterior pregunta, los docentes conciben estas estructuras independientes una de otra.

No conciben un proceso energético en la que la estructura del ciclohexano puede transformarse

constantemente por acción energética, por lo que podría decirse que la concepción que tienen de

estructura es estática.

El PF 1 y PF 2 tienen una concepción de estructura estática cuando enuncian “se mantiene

uniforme” o “más rígida y no le permite tener tantas variaciones”. Se evidencian ideas de

estructuras existentes en términos de unión o enlace estático, rígido y con características de ser

tangible.

El PF 3 y PF 9 argumentan que la conformación bote es más estable porque no presenta cambios

abruptos o perturbados en su energía potencial; este razonamiento es erróneo porque debido a

que la energía necesaria para el cambio de una conformación bote a bote retorcido se encuentra

en un rango de menor energía es más probable que esta cambie con una mayor facilidad. De

acuerdo a las respuestas de los PF 4 y PF 6 se evidencia que los docentes en formación se les

dificulta la lectura de diagramas, así como el manejo del lenguaje gráfico, las respuestas fueron

encaminadas en una sola variable a pesar de que estos análisis requieren del uso de dos o más.

Así mismo en el PF 5 y PF7 se evidencia problemas de redacción para argumentar un proceso, a

pesar de haber realizado un análisis correcto.

La respuesta del PF 8 es correcta, estos docentes en formación tienen una concepción de

estructura dinámica al enunciar cambios energéticos a través de una variabilidad. Por su parte

manejan el lenguaje gráfico, ya que fueron capaces de explicar un proceso y argumentarlo bajo

un análisis consecuente con el diagrama presentado.

7.6.6 Actividad de generalización

Esta actividad presenta tres preguntas iniciales denominadas a, b y c. La primera pregunta (a) se enmarca

bajo las categorías de análisis de propiedad emergente definidas en la matriz de criterios didácticos y

ontología de la estructura definida en la matriz de criterios filosóficos. Las siguientes dos preguntas (b y

c) se enmarcan en las categorías de niveles escalas y dimensiones y ontología de la estructura definidas

en las matrices de criterios didácticos y filosóficos. Por último, la pregunta número 7 se encuentra

delimitada bajo la categoría de análisis de niveles, escalas y dimensiones definida en la matriz de criterios

didácticos.

La Tabla 13 presenta los resultados obtenidos en la actividad de finalización.


94

Tabla 13.Resultados obtenidos en la actividad de generalización.

ACTIVIDAD DE GENERALIZACION

preguntas

a) Explique qué relación existe entre

propiedades y estructura química

b) ¿Qué similitudes encuentra en las dos

estructuras? c) ¿Si las dos estructuras son tan similares por que difieren en propiedades?

7) ¿Explique apoyado en la estructura química del nylon 6,6 y en la información de sus propiedades,

porque este presenta mayor dureza, resistencia a la tracción y densidad

que el nylon 6?

7.1) Explique apoyado en la

estructura química del nylon 6 y en la información de sus propiedades,

porque este presenta mayor constante dieléctrica, absorción de

agua y conductividad térmica que el nylon 6,6

categoría Propiedades emergentes, Ontología de la

estructura Niveles escalas y dimensiones (macroscópico, microscópico *, simbólico) , ontología de

la estructura Niveles escalas y dimensiones

PF1 […]Es importante conocer la estructura porque conociendo más estas podemos determinar sus propiedades y

su función en la naturaleza[…]

PF1 […] Son trasparentes, son flexibles, se pueden quebrar fácilmente, son del

mismo grosor y textura[…]

PF1 […]Porque fueron sometidas a diferentes condiciones ya que si se propuso

una sola estructura los investigadores pueden estudiar y modificar este tipo de

estructuras[…]

PF1 […]Porque fue hecha específicamente para amarrar o

pescar, para lo cual es necesario un Nylon mucho más fuerte[…]

PF1 […]Porque este se hizo especialmente para material textil y para hacer juguetes por lo cual su

uso es más de carácter utilitario en el confort humano[…]

PF2 […]Resistencia, dureza[…] PF2 […]Misma cantidad de átomos de N,

H y O[…]

[…Porque es un isómero y al cambiar la estructura también cambian las

propiedades…] PF2

PF2 […]En la estructura del Nylon 6.6 se puede ver que el grupo amino

está ubicado en medio a diferencia del Nylon 6 que se encuentra en la parte final de la estructura y en la parte inferior. Este cambio de la

estructura le confiere mayor rigidez[…]

PF2 […]Debido a que su cadena es más larga permite mayor absorción

del agua asimismo se da para la constante dieléctrica y la

conductividad térmica por ser más larga la cadena, la conducción es

menor […]

PF3 […]Las propiedades y las estructuras se relacionan por medio de los enlaces que dan las propiedades físicas de los

objetos[…]

PF3 […]Persistencia (mecánica, térmica) dureza, flexibilidad, color y forma

tubular[…]

PF3 […La disposición de las moléculas en la estructura…]

PF3 […]La relación de sus enlaces, debido a que (el oxígeno) amida. Se encuentra en el carbono 9 y el otro

en el 7, alterando así sus propiedades[…]

PF3 […]La disposición del grupo funcional es capaz de alterar las

propiedades ya que el grupo funcional cetona se encuentra

distinto comparado ambas cadenas carbonadas[…]

PF4 […]Las propiedades son relativamente iguales (solo que uno se

rompe más fácil la estructura es similar, cambia de sito algunos grupos

funcionales[…] PF4

PF4 […]Poseen los mismos grupos funcionales, son iguales solo cambian de

posición[…]

PF4 […]Porque son isómeros de función y posición…]

PF4 […]Porque sus aplicaciones requieren que la estructura se más

estable que la otra[…]

PF4 […]Ya que dentro de la molécula posee más grupos acetona

y aminos haciendo que posee mayor absorción siendo más

polar[…]

Realizada Por Diana Carolina Roa García,

Luis Alfredo Ochoa Contreras Sesión Realizada: Estudiantes de la Universidad Distrital Fráncico José de Caldas


Primera sección: 21 de marzo de 2018 Segunda sección: 23 de marzo de 2018



95

PF5 […]La estructura química nos da las propiedades el tipo de enlace covalente,

su estructura tridimensional[…]

PF5 […]Poseen la misma cadena, tiene grupo cetona, poseen nitrógeno.*[…]

PF5 […]Pues son isómeros de posición, en donde la cetona cambia a otro carbono,

dando diferentes propiedades químicas y físicas[…]

PF5 […]El Nylon 6.6 presenta mayor dureza resistencia a la atracción y densidad puesto que la estructura

química es más intensa, dado por su grupo funcional[…]

PF5 […]En nylon 6 presenta mayor constante dieléctrica, absorción y

conductividad térmica. Pues las dos primeras cetonas están más

cercanas y dan propiedades como estas[…]

PF6 […]La estructura determina las propiedades de las moléculas[…]

PF6 […]Los grupos funcionales, ambas son cadenas abiertas y el número de

carbones presentes en las moléculas *[…]

PF6 […]Por la posición de los grupos funcionales, distinta en el localizador[…]

PF6 […]La diferencia radica en la posición del grupo amida, en el

Nylon 6.6 este está ubicado en la mitad de la cadena por lo que este le da más estabilidad a la molécula[…]

PF6 […]Como el grupo amida está

ubicado en una posición (al final de la cadena) en la cual es más fácil

removerlo esto permite la absorción del agua y la

conductividad térmica por lo que le da más elasticidad a la molécula[…]

PF7 […] Al unir en la estructura el orden de los átomos estos comenzaran

interconectar de forma distinta entre ellos[…]

PF7 […]En esta estructura encontramos que son isómeros de posición, aunque

poseen los mismos átomos los encuentras en lugares diferentes[…]

PF7 […]Las propiedades difieren por el orden que presentan sus átomos en la estructura y esto también afectara las

interacciones entre los átomos confiriendo propiedades distintas[…]

PF7 […]El Nylon 6.6 tiene mayor proporcionalidad en la distribución de sus carbones entre sus grupos

funcionales como las cadenas carbonadas en el 6.6 son más cortas esto puede ayudar a dar más dureza

a la molécula[…]

PF7 […] La estructura del nylon 6 es asimétrica y desproporcional

debido a que no encontramos la misma cantidad de carbones entre los grupos funcionales puede que

sea esta desproporcionalidad la que le confiere un aumento en su

constante dieléctrica[…]

PF8 […]Tienen los mismos componentes,

presenta densidad, conductividad similar[…]

PF8 […]Misma fórmula molecular, pero distinto orden de sus sustituyentes[…]

PF8 […]Porque la ubicación de sus sustituyentes interfiere en las fuerzas intermoleculares, que permiten que posean diferentes propiedades[…]

PF8 […]la posición del oxígeno central en la molécula del Nylon 6.6

hace que sus fuerzas intermoleculares sean mayores ya

que se encuentran en el centro de la molécula hace que posea la misma

fuerza de atracción sobre el resto de la molécula[…]

PF8 […]El Nylon 6 al ser más elástico[…]

PF9 […]La Estructura química nos permite conocer las propiedades de los materiales, de acuerdo a la estructura y

orden se dará características específicas[…]

PF9[…]Son estructuras muy similares, se presenta una isomería en el enlace intermolecular del grupo amida[…]

PF9 […]El orden del enlace doble de los oxigeno puedo contribuir a una

característica diferente de rigidez y elasticidad[…]

PF9 […]Menos enlaces o menos fuerzas de interacción que hace que sea más rígido, en cambio el nylon 6

al tener más enlaces le permite tener una mayor estabilidad y puede

disminuir la resistencia de tracción[…]


96

De acuerdo a la información reportada en la tabla No 13, las respuestas de los profesores en formación

encontradas en la pregunta (a) acerca de la relación entre la estructura y sus propiedades, se pueden

enmarcar en una propiedad que emerge de la estructura y que se construye a través de las interacciones

entre átomos, entre moléculas y en una fibra. Para los docentes en formación existe una relación directa

entre una estructura y una propiedad, al explicar dicha relación en términos de orden de los átomos

dentro de la misma, así como al tipo de enlace que la conforma (Ontología de la estructura).

Sin embargo, cabe denotar que los docentes en formación, extrapolan una propiedad desde los

microcomponentes de la estructura o unidad básica, en este caso un monómero, pero no desde la

estructura producto del conjunto de miles de unidades básicas que conforman la fibra como polímero, es

decir el macro sistema (Lombardi&Perez, 2010), que en ultimas, sí explica las propiedades de resistencia

y dureza como propiedades que emergen de todo el conjunto; de forma similar a como lo expresa

Mortimer 2007 en (Izquierdo M. , 2018), para explicar las propiedades de una sustancia, una sola molécula

de la misma no tiene las propiedades de la substancia concreta. Es decir, que la representación de un solo

monómero, se asocia a la estructura del polímero y con ella se determinan sus propiedades. Si bien se

sabe que un monómero es la base bajo la cual se construye un polímero, es necesario explicar que la

estructura física y química del mismo, así como las propiedades que surgen desde ellas, no solo se explican

desde el orden de los átomos sino también de las condiciones de síntesis o alteraciones mecánicas en el

proceso de fabricación del polímero.

Las dos siguientes preguntas b y c referentes a las similitudes entre estructuras y las diferencias entre sus

propiedades, buscaban evidenciar la importancia de la estructura ya que el cambio mínimo en la misma

deriva en propiedades distintas, de allí el caso del Nylon 6 y Nylon 6,6. Las categorías de análisis usadas

en estas preguntas se definen como niveles escalas y dimensiones correspondientes a la matriz de

Criterios Didácticos (Tabla 6) y la categoría de Ontología de la estructura y niveles de complejidad

definidos en la matriz de criterios Filosóficos (Tabla 7).

Estas preguntas se encaminaban a expresar un razonamiento en un nivel microscópico y simbólico que

podría explicar una propiedad en un nivel macroscópico, sin embargo, en las respuestas expresadas por

los PF1 y PF3 persisten explicaciones en un nivel macroscópico al describir propiedades observables. Tal

como lo expresa el siguiente fragmento el PF1 […]Son trasparentes, son flexibles, se pueden quebrar

fácilmente, son del mismo grosor y textura […] y PF3 […]Persistencia (mecánica, térmica) dureza,

flexibilidad, color y forma tubular[…]

Los PF4 ,7 y 8 identifican en las estructuras propuestas, similitudes en cuanto a los átomos constituyentes,

pero evidencian las diferencias en la disposición de los mismos (ontología). Tal y como se evidencia en los

siguientes fragmentos expresados por el PF4 […]son iguales solo cambian de posición […], PF7 […]son

isómeros de posición, aunque poseen los mismos átomos los encuentras en lugares diferentes […],

PF8[…]pero distinto orden de sus sustituyentes […]. Mientras que los PF 2,5 y 6 se refieren solo a los

componentes de la misma: PF2 […]Misma cantidad de átomos de N, H y O […] , PF5[…]Poseen la misma

cadena, tiene grupo cetona, poseen nitrógeno[…] y PF6[…]el número de carbones presentes en las

moléculas *[…].


97

Los mismos análisis hechos en la pregunta C, por parte de los profesores en formación, mostró que para

ellos, la idea del orden de los átomos y de los enlaces explica la diferencia de propiedades, sin embargo,

a pesar de ser correctas estas afirmaciones no existe un dialogo entre niveles (Talanquer (B), 2010).

Las dos últimas preguntas (7 y 7.1) se refirieron al análisis directo de 3 propiedades especificas del nylon

6 y nylon 6,6 con respecto a la estructura presentada de cada material, estas preguntas fueron realizadas

en la actividad de finalización para evidenciar de forma más explícita y contundente el dialogo entre

niveles que los docentes deben realizar para explicar un fenómeno como el presentado y que en ultimas

es propio de un estudiante experto a diferencia de uno novato. Como lo enuncia Vicente Talanquer “el

uso de suposiciones de herencia y aditividad para construir explicaciones y hacer predicciones es

característico de estudiantes novatos, con una visión estática del mundo submicroscópico” (Talanquer (B),

2010, p. 13) cursivas nuestras.

Estas dos últimas preguntas de la actividad de finalización se enmarcan en la categoría de análisis de

niveles, escalas y dimensiones definida en la matriz de criterios didácticos (Tabla 6).

A partir de las respuestas dadas por los docentes en formación, tales como:

La del PF2 […]En la estructura del Nylon 6.6 se puede ver que el grupo amino está ubicado en medio a

diferencia del Nylon 6 que se encuentra en la parte final de la estructura y en la parte inferior. Este cambio

de la estructura le confiere mayor rigidez […].

El PF5 […]El Nylon 6.6 presenta mayor dureza resistencia a la atracción y densidad puesto que la estructura

química es más intensa, dado por su grupo funcional…]

El PF7 […]La estructura del nylon 6 es asimétrica y desproporcional debido a que no encontramos la misma

cantidad de carbones entre los grupos funcionales puede que sea esta desproporcionalidad la que le

confiere un aumento en su constante dieléctrica […]

Y por último el PF 8 […]la posición del oxígeno central en la molécula del Nylon 6.6 hace que sus fuerzas

intermoleculares sean mayores ya que se encuentran en el centro de la molécula hace que posea la misma

fuerza de atracción sobre el resto de la molécula […].

se evidencia, que para los docentes en formación la idea del orden en el que se dispone: el grupo

funcional, el oxígeno presente en el mismo grupo y la simetría de una estructura, adquiere relevancia para

explicar propiedades macroscópicas. Los docentes en formación reconocen diferencias entre una

estructura y otra (nivel microscópico y simbólico) con las propiedades de la misma (nivel macroscópico),

pero no a todos los docentes se les facilita hilar los argumentos desde un nivel microscópico y simbólico

a un nivel macroscópico.

En la misma línea se puede inferir que las explicaciones de un fenómeno no son entendidas desde las

interacciones que puedan ocurrir dentro de un material que se derivan de las interacciones propias de

una estructura base (monómero) o un microsistema con otras. Las explicaciones de los docentes se


98

refieren a la ubicación de un grupo y el largo de la cadena de una estructura dada pero no es claro que el

análisis que realizan debe referirse a un material conformado por miles de esas estructuras.

Con relación a lo anterior se puede concluir que:

El PF1 se refirió a una explicación únicamente en un nivel macroscópico. Este grupo asocia una

propiedad en función de una aplicación, pero no se refiere a su estructura.

El PF 2,3, 6 y 8 argumentan sus explicaciones con respecto a la ubicación del grupo funcional, sin

embargo, no se les facilita explicar desde un nivel microscópico una propiedad macroscópica.

El PF 7 argumenta las propiedades descritas del nylon 6 y nylon 6,6 en términos de simetría, si

bien esta puede influir en la forma en la que ocurren las interacciones intramoleculares e

intermoleculares, los docentes en formación no desarrollan un análisis directo que explique las

propiedades macroscópicas de un material apoyándose en la estructura. Se asocia una propiedad

en términos de cantidad de carbonos.

El PF 5 encuentra una mayor relevancia a la naturaleza de los grupos funcionales y la cercanía

entre ellos, existe entonces una asociación entre las fuerzas de atracción o repulsión de las partes

de un grupo funcional específico con las propiedades macroscópicas, se evidencia una idea de

herencia de una propiedad.


99

7.7 Conclusiones Los aportes teóricos de la Filosofía Química y la Historia de la Química permitieron construir elementos

de análisis como criterio para defender la autonomía de la Química, es así que:

1. La Filosofía establece que el constructo de estructura debe ser de corte dinámico, entendido

desde un pluralismo ontológico, que conlleva niveles de complejidad dependientes del nivel

o escala al que se refiera la estructura analizada y la didáctica.

2. La enseñanza de este constructo debe partir desde un dialogo entre niveles, escalas y

dimensiones, así como también, los recursos de modelaje para la representación del mismo y

los lenguajes bajo los que se explica dicho constructo, deben ser explícitos en cuanto a sus

limitaciones. El conocimiento adecuado de dichas limitaciones deriva en una concepción más

cercana al modelo que la ciencia entiende como estructura para que ésta aporte identidad y

sentido.

Gracias a la búsqueda y lectura de diferentes autores desde la Filosofía Química, la Didáctica de la

Química y la Historia de la Química, se pudo concluir que:

3. Es posible establecer los aportes y fundamentos que defienden la autonomía de la química

desde el constructo de estructura desde una serie de categorías de análisis, desde la filosofía

como: pluralismo ontológico, dimensiones de la ciencia, niveles de complejidad de la

organización conceptual. La ontología de la estructura química y representación. Así como,

desde la didáctica: propiedades emergentes, estructura dinámica y estática, modelo como

representación, niveles escalas y dimensiones. Cabe destacar que algunas de ellas se

enmarcan bajo una misma categoría en el presente trabajo, así, la categoría de dimensiones

de la ciencia se encuentra embebida en la categoría de niveles, escalas y dimensiones.

4. Fue posible retomar a los autores Olimpia Lombardi (2013) y el filósofo Artur Fine quienes

defienden el no reduccionismo de la Química a la Física, a partir del pluralismo ontológico y la

conceptualización de la “actitud natural”, en la secuencia didáctica desarrollada con los

profesores en formación.

5. El dominio que presentan los docentes en formación en cuanto a niveles, escalas y

dimensiones es reducido a un nivel macroscópico, presentan dificultades para comprender y

emitir juicios de valor desde los conceptos aprendidos que se encuentran en un nivel

microscópico y simbólico frente a uno material que presenta propiedades emergentes. Los

docentes en formación, le otorgan al enlace, cantidad de ellos o su naturaleza, una mayor

importancia que a la estructura producto de interacciones que se enmarcan en un nivel

microscópico (una sola molécula) a macroscópico (miles de moléculas).

6. La enseñanza de la estructura no puede ser abordada bajo una sola forma de modelización,

se debe entender que este es un sustituto idealizado del sistema real, por lo que el estudiante

debe aprender a reconocer las limitaciones de los mismos (estructuras dinámicas). Sin dicho

reconocimiento los docentes en formación no pueden dar explicaciones propias a diferentes

fenómenos que no se enmarquen bajo esos modelos. Es necesario que los docentes en

formación o los estudiantes tengan la oportunidad de crear sus propias modelizaciones antes

de ser introducidos en los modelos establecidos por la ciencia, para que estos adquieran

sentido para ellos.

7. El abordaje de actividades como al del nylon 6 y nylon 6,6 desde la historia como eje

transversal, ejemplifica de manera contextual que la Química y solo ella, responde a unas


100

necesidades específicas, por lo cual se constituye como una ciencia autónoma. Tanto la

filosofía como la didáctica se encuentran sumergidas en la historia, por tanto, es ésta la que

suscita cambios en las mismas.

8. El estudio de corte epistemológico realizado en el presente trabajo puede constituirse como

un marco de referencia para futuras reflexiones sobre la formación en la disciplina y las formas

en las que se constituye una identidad profesional desde el contexto de la ciencia hasta el

contexto de aula para dar sentido y significado a la Licenciatura en Química.

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