4° Semestre - Reacciones químicas: conservación de la materia en la formación de nuevas sustancias - Progresiones de Aprendizaje - CNEyT
Es importante recordar que el concepto central de la materia y sus interacciones está integrado por dos componentes: El primero se centra en cómo los elementos y los compuestos tienen propiedades características que pueden usarse para identificarlos, al reconocer la estructura y propiedades de la materia se construye la comprensión de cómo se combinan o reaccionan las partículas para formar la variedad de sustancias conocidas. El segundo componente, son las reacciones químicas, cuya comprensión proporciona información sobre cómo se combinan o reaccionan las sustancias para formar otras distintas, de qué forma se caracterizan y explican estas reacciones, y en un nivel más profundo se hacen predicciones sobre ellas. Este componente también aborda la subestructura de los átomos y cómo esto determina su interacción con otros átomos. Esto construye la comprensión de cómo a partir de unos pocos elementos existe la gran diversidad de materiales en el universo.
Para profundizar en la comprensión de la materia es necesario estudiarla en términos de los tipos de átomos presentes y las interacciones entre ellos y dentro de ellos. Muchos de los fenómenos observados en los sistemas vivos e inertes son producto de reacciones químicas en las que se conserva el número de átomos de cada tipo, pero cambian su disposición. Las reacciones nucleares implican cambios en los tipos de núcleos atómicos presentes y son clave para la liberación de energía del Sol.
La explicación de cómo los átomos se combinan y reorganizan para formar las sustancias subyace en la estructura y subestructura atómica. Las atracciones y repulsiones eléctricas entre partículas cargadas (es decir, núcleos atómicos y electrones) en la materia explican la estructura de los átomos y las fuerzas entre los átomos que hacen que formen moléculas (a través de los enlaces químicos). Los átomos también se combinan debido a estas fuerzas para formar estructuras extendidas, como redes cristalinas o metálicas. Además, la explicación moderna de cómo los átomos particulares influyen en las propiedades de los materiales o moléculas es fundamental para comprender el funcionamiento físico y químico de los sistemas biológicos.
Aplicación disciplinar
La subestructura de los átomos y sus interacciones con otros átomos son fundamentales en las disciplinas científicas de la química, la física, la biología y la ecología.
Progresión de aprendizaje del concepto central “Conservación de la energía y sus interacciones con la materia”
Para Ciencias Naturales, Experimentales y Tecnología, las progresiones de aprendizaje son ideas que permiten la apropiación del concepto central, ordenadas progresivamente (de lo más simple a lo más complejo). Estas ideas se complementan con los conceptos transversales y las prácticas de ciencia e ingeniería, para mayor referencia sobre estas relaciones, así como con los propósitos, contenido científico asociado y prácticas sugeridas.
El propósito de la progresión de aprendizaje es ayudar a las y los estudiantes a apropiarse del concepto central y proporciona al docente una idea clara del nivel de conocimientos que tienen sus estudiantes. A partir de la recuperación de sus ideas previas se puede orientar de mejor forma a las y los estudiantes a alcanzar una mayor comprensión y desarrollo del sentido científico.
Código | Progresión de Aprendizaje |
|---|---|
PA4.1. | Las sustancias reaccionan químicamente de formas características. En un proceso químico, los átomos que componen las sustancias originales llamadas reactivos se reagrupan formando diferentes sustancias, denominadas productos, que se caracterizan por tener propiedades distintas a las de los reactivos. |
PA4.2. | Algunas reacciones químicas liberan energía, otras absorben energía. |
PA4.3. | Cada átomo tiene una subestructura con cargas eléctricas, que consiste en un núcleo con protones y neutrones, rodeado de electrones. |
PA4.4. | La tabla periódica ordena los elementos químicos horizontalmente por el número de protones en el núcleo del átomo y coloca aquellos con propiedades químicas similares en columnas. Los patrones repetitivos de esta tabla se asocian a los patrones de la configuración de electrones externos. |
PA4.5. | Los ejemplos de propiedades que son predecibles a partir de patrones incluyen la reactividad de los metales, los tipos de enlaces formados, la cantidad de enlaces formados y las reacciones con el oxígeno. |
PA4.6. | La atracción y repulsión entre cargas eléctricas a escala atómica explica la estructura, propiedades y transformaciones de la materia, así como las fuerzas de contacto entre los objetos materiales. |
PA4.7. | El hecho de que los átomos se conserven, aunado al conocimiento de las propiedades químicas de los elementos involucrados, puede usarse para describir y predecir reacciones químicas. |
PA4.8. | Una molécula estable tiene menos energía que el mismo conjunto de átomos cuando están separados, se debe proporcionar al menos esta energía para romper los enlaces de la molécula. |
PA4.9. | Es posible establecer relaciones proporcionales entre las masas de los átomos en los reactivos y los productos, y la traducción de estas relaciones a la escala macroscópica usando el concepto de mol como la conversión de la escala atómica a la escala macroscópica. |
PA4.10. | Un equilibrio dinámico ocurre cuando dos procesos reversibles suceden a la misma velocidad. Diversos procesos (como determinadas reacciones químicas) son reversibles y cuando están en un equilibrio dinámico, la reacción inversa ocurre a la misma velocidad. |
PA4.11. | Los procesos químicos, sus velocidades y si requieren energía o la liberan, pueden entenderse en términos de colisiones de átomos o moléculas y reordenamiento de átomos para formar distintas sustancias, con los consiguientes cambios en la suma de las energías de enlace de todas las moléculas y los cambios correspondientes en la energía cinética. |
PA4.12. | Si un sistema en equilibrio es perturbado, el sistema evoluciona para contrarrestar dicha perturbación, llegando a un nuevo estado de equilibrio. |
PA4.13. | Los procesos nucleares, incluida la fusión, la fisión y la desintegración radiactiva de núcleos inestables, implican la liberación o absorción de energía. El número total de neutrones más protones no cambia en ningún proceso nuclear. |
PA4.14. | La ciencia como un esfuerzo humano para el bienestar, parte 4. La química del aire ¿cómo mejorar lo que respiramos? |
Cuadro 1. Uso de los conceptos transversales y las prácticas en la apropiación del concepto central “Reacciones químicas: conservación de la materia en la formación de nuevas sustancias”
CT1 - Patrones | CT2 - Causa y efecto | CT3 - Medición | CT4 - Sistemas (modelos de sistemas) | CT5 - Flujos y ciclos de la materia y la energía | CT6 - Estructura y función | CT7 - Estabilidad y cambio | Prácticas |
Se utilizan patrones al estudiar las cargas del protón y electrón, que son exactamente iguales pero opuestas. La misma cantidad de protones y electrones se cancelan entre sí en un átomo neutro. También en el uso de la tabla periódica vemos patrones repetitivos asociados a la configuración de los electrones externos. | Conociendo los temas de conservación de la materia y propiedades podemos observar el CT de causa y efecto al observar cómo algunas reacciones químicas liberan energía y otras la requieren para que sucedan. | La conversión de la escala atómica a escala macroscópica (mol), la usamos para establecer proporciones entre las masas de los átomos. | Para comprender procesos químicos, sus velocidades y si liberan o requieren energía podemos usar la "teoría de colisiones", que nos proporciona un modelo cualitativo para explicar las velocidades y características de las reacciones químicas. | El número total de cada tipo de átomo se conserva (no cambia) en cualquier proceso químico y, por lo tanto, la masa se conserva. | Conocer la subestructura del átomo y las características de cada elemento, núcleo, protón, neutrón y electrón; nos da la información necesaria para conocer mejor las relaciones de atracción y repulsión en las cargas eléctricas a escala atómica y así transformaciones en la materia. También ayuda a generar las nociones sobre los fenómenos relacionados con el núcleo, ya que explican la formación y abundancia de los elementos, la radiactividad, la generación de energía nuclear y más. | El equilibrio dinámico nos muestra procesos de estabilidad y cambio de forma continua. Observamos el equilibrio dinámico cuando dos procesos suceden a la misma velocidad y pueden ser reversibles. | Las y los estudiantes realizarán a lo largo del curso prácticas relacionadas con las reacciones químicas y la conservación de la materia en la formación de nuevas sustancias, lo que les permitirán también desarrollar las habilidades de hacer preguntas, utilizar modelos, obtener, analizar e interpretar datos, usar su pensamiento matemáticos, así como evaluar y comunicar información. |