Innovación educativa en la enseñanza de la química. Creación de gráficas Mª del Mar de la Fuente ICE 31 de enero 2008

Transcripción

1 Innovación educativa en la enseñanza de la química Creación de gráficas Mª del Mar de la Fuente ICE 31 de enero 2008

2 Esquema Información general Distintos ejemplos Conclusiones Referencias

3 Definición Representación visual utilizada para la comunicación y asimilación de ideas y conceptos

4 Gran utilidad para el aprendizaje en Ciencias experimentales Una gráfica bien hecha Herramienta Gran cantidad de información forma rápida y eficaz

5 Innovación educativa?

6 Innovación educativa? Destrezas transversales Comunicación oral Comunicación escrita Toma de decisiones Capacidad de liderazgo Sentido crítico Resolución de problemas Trabajo en equipo Gestión del tiempo

7 Título Europeo de grado en Química Habilidades y destrezas cognoscitivas Destrezas en la evaluación, interpretación y síntesis de información y datos químicos Destrezas en la presentación oral y escrita de material científico a un público experto Habilidades computacionales y de procesamiento de datos, en relación con información y datos químicos Destrezas prácticas Destrezas en la monitorización, mediante observación y medida de propiedades químicas, sucesos o cambios y su registro sistemático y fiable

8 Título de grado en Química Competencias profesionales (saber hacer) Evaluación, interpretación y síntesis de datos e información química Interpretación de datos procedentes de observaciones y medidas de laboratorio en términos de su significación y de las teorías que la sustentas Otras competencias específicas Capacidad de crítica y autocrítica

9 Filosofía ECTS Trabajo centrado en el alumno Metodologías activas Uso de las TIC Proceso enseñanza aprendizaje Tutorización del alumno Actividades dirigidas Evaluación

10 Creación de gráficas en el proceso de aprendizaje de asignaturas de Química 1. Fomenta las habilidades transversales 2. Permite realizar una evaluación previa rápida 3. Permite la detección rápida de errores 4. Favorece el proceso enseñanza aprendizaje 5. Permite el uso de herramientas informáticas 6. Estimula a los alumnos

11 Una gráfica bien hecha 1. Ejes: magnitudes y unidades 2. Escala de los ejes: los datos deben ocupar toda la gráfica 3. Datos o puntos experimentales: verse claramente, no unir por líneas 4. Ajuste: incluir ecuación de la curva y la correlación 5. Gráficas de calidad: software adecuado, permite hacer cálculos

12 Qué gráficas se usan? Gráfica de dispersión Sencilla Versátil Clara Tendencia Licencia Campus Excel

13 Ejemplos de gráficas Cinética química: determinación de parámetros Disoluciones: volúmenes de mezcla Equilibrio: determinación de constantes Estudio de los equilibrios químicos en disolución Análisis cuantitativo Valoraciones Colorimetría

14 Determinación del orden cinético y de las constantes de velocidad 1. Método integral a) Método matemático b) Método grafico 2. Método del tiempo fraccionario 3. Método de la velocidad inicial Comparar los datos experimentales con las leyes integrales Br 2 (ac) + HCOOH (ac) 2Br - (ac) + 2H + (ac) + CO 2 (g)

15 LA CARA Y CRUZ DE LA CINÉTICA Simulación cinética de una reacción elemental QI T1 - Trabajo 2 -Curso 2007/08 - Comunidades Moléculas-Tiem po Orden cinético Moléculas (N) Serie1 Serie2 Serie Serie Serie Serie Tiempo (tiradas)

16 Ningún alumno escribe la recta y la correlación Moléculas-tiempo 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, Serie1 4, , , , , , Serie2 4, , , , , , Serie3 4, , , , , , tiempo (tiradas) Lineal Orden cinético 1

17 1 / Moléculas - tiempo Orden cinético 2 0,3 0,25 0,2 0,15 Serie1 Serie2 Serie3 0,1 0, Serie1 0,01 0, , ,0625 0,125 0,2 Serie2 0, , , , , , Serie3 0, ,02 0,04 0, ,1 0,25 tiempo

18 La cara y cruz de la cinética nº de monedas Nº total Nº caras Nº cruces Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3 Etapa 4 Etapa 5 Nº total Nº caras Nº cruces nº de etapas (=t) gráfica inapropiada

19 Determinación del volumen de mezcla y de los volúmenes molares parciales de los componentes de una disolución binaria no reactiva

20 Agua Metanol Agua y metanol Metanol CH 3 OH H 2 O M V = V R V i

21 Cálculo de los volúmenes molares parciales de los componentes A y B a partir del volumen de mezcla M V

22 Cálculo de los volúmenes molares parciales de los componentes A y B a partir del volumen molar real V real

23 Gráfica muy aceptable Determinación de la variación de volúmenes molares de mezcla Vmr-Vmi 0,2000 0,0000 0,00-0,2000 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00-0,4000-0,6000-0,8000-1,0000-1,2000 Determinación de la variación de volúmenes molares de mezcla Polinómica (Determinación de la variación de volúmenes molares de mezcla) -1,4000 x(b) y = 7,0174x 4-16,091x ,264x 2-7,2299x + 0,0216 R 2 = 0,9744 Cifras significativas y datos discrepantes

24 45,00 40,00 Vreal 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 y = -2,7451x 3-2,7238x ,583x + 18,036 R 2 = 1 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 fracción molar etanol, x2 Gráficas muy aceptables 70,0000 Determinación de volúmenes molares parciales Vmr 60, , , , , ,0000 0,0000 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 Determinación de volumenes molares parciales Polinómica (Determinación de volumenes molares parciales) x(b) y = -2,0502x 3 + 7,4845x ,888x + 17,998 R 2 = 1

25 Gráfica buena tendencia 0,5 V- X 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 V -0,5-1 y = 5,9444x 2-5,2913x - 0,47 R 2 = 0,8263-1,5-2 X etanol Hay que fijar los puntos (x=0, y=0) y (x=1, y=0)

26 Claramente hay un dato discrepante

27 Dónde está el sentido crítico de este alumno? MV 0-0,2-0,4-0,6-0,8-1 -1,2-1,4-1,6-1, ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 y = 4124,2x ,9x ,2x ,9x ,75x 2-14,109x - 0,74 R 2 = 0,6717 Fraccion Molar Etanol

28 incremento de volumen molar AVm 1,500 1,000 0,500 0,000-0,500,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000-1,000-1,500-2,000-2,500 fracción molar etanol Serie1 Polinómica (Serie1) y = 191,31x 6-351,6x ,16x ,878x 3-61,19x ,868x - 0,4306 R 2 = 0,6477

29 Atención pregunta

30 representación gráfica y = 36,61x 3-120,69x ,943x + 0,2645 diferencia de volúmenes R 2 = 0, ,2 0,4 0,6 0,8 1 fracción molar de metanol

31 y = 21,404e 2,1232x R 2 = 0,9747 Error aceptable Sin leyenda de ejes ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Volumen molar Error conceptual El volumen molar de las sustancias puras es una constante Volumen ideal mezcla y = 84,042x ,871x + 30,774 R 2 = 0, ,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 Moles acetona

32 Buena comparación con la bibliografía

33 Determinación de la constante de un indicador ácido-base mediante colorimetría

34 << A cualquier temperatura dada, el valor de la expresión de acción de masas, para cualquier reacción en equilibrio es una constante que se conoce como K constante de equilibrio >>

35 Naranja de metilo Azul de bromotimol

36 Espectros del naranja de metilo Espectro Disoluciones a 50ºC Ácida Básica T1 T2 T3 T4 1 0,8 0,6 A 0,4 0,2 0-0, λ (nm)

37 Espectros del azul de bromotimol absorbancias 2,5 2 1,5 1 0,5 ph=1,12 ph=5,91 ph=6,39 ph=6,8 ph=6,93 ph=7, longitud de onda

38 absorbancias 2,5 2 1,5 1 0, longitud de onda ph=1,12 ph=5,91 ph=6,39 ph=6,8 ph=6,93 ph=7,07 ph=7,41 ph=12,74 Muy buen trabajo

39 1,0000 0,8000 Absorbancia 0,6000 0,4000 0,2000 0,0000 0, , , , , , , , ,0000-0,2000 ph 6,04 ph 6,31 ph 6,58 ph 6,78 ph 6,94 Básica Ácida -0,4000 Longitud de onda Datos discrepantes

40 1,0000 0,9000 0,8000 0,7000 Absorbancia 0,6000 0,5000 0,4000 0,3000 0,2000 0,1000 0,0000-0,1000 0, , , , , , , , ,0000 Longitud de onda Cifras significativas

41 0,6000 0,5000 Absorbancia 0,4000 0,3000 0,2000 0,1000 ph 6,11 ph 6,42 ph 6,72 ph 6,98 ph 7,14 Ácida Básica 0,0000 0, , , , , , , , ,0000-0,1000 Longitud de Onda Dónde está el punto isosbéstico? Errores, evaluación, tutorización

42 1 er Método de cálculo ph = pk a + log [ In ] = pk A + log max A [ ] a HIn A Amin 2º Método de cálculo

43 2,5 2 A 1,5 1 long ácida long básica 0, ph Trabajo incompleto

44 Fenolftaleína 0,35 Forma ácida Forma Básica 0,3 0,25 Absorbancia 0,2 0,15 0,1 0,05 0-0,05 8 8,75 9,5 10, ,75 12,5 ph Buen análisis de datos discrepantes

45 y = 0,5483x + 9,0989 Obtención del pk R 2 = 0,9959 ph 9,6 9,4 9,2 9 8,8 8,6 8,4 8,2-1,500-1,000-0,500 0,000 0,500 1,000 log(a/a)

46 Dónde está el sentido crítico de este alumno? 7,8 7,7 7,6 7,5 7,4 7,3 7,2 7,1 7 y = -0,0082x + 7,6784 R 2 = 0,0441 Serie1 Lineal (Serie1) R 2 = 0,0441 6, Serie1 Lineal (Serie1) Lineal (Serie1) ,685 0,69 0,695 0,7 0,705 0,71 0,715 0,72 0,725

47 Estudio de los equilibrios químicos en disolución

48 A favor desde un punto de vista didáctico Expresiones obtenidas del estudio sistemático El alumno no tiene que realizar cálculos tediosos Ni representaciones tediosas Es posible centrar la atención en la comprensión de los equilibrios Motivación adicional para el alumno Disminuye la posibilidad de error Seminarios en aulas informáticas Evaluación de ejercicios en formato electrónico

49 Equilibrios ácido-base

50 Diagramas de distribución de especies

51 Equilibrios de formación de complejos

52 Constantes condicionales

53 Áreas de predominancia en sistemas Redox

54 Solubilidad de hidróxidos con el ph

55 Análisis cuantitativo: Valoraciones Colorimetría

56 Valoraciones ácido-base (1) Valoración de ácido acético con hidróxido sódico

57 Valoraciones ácido-base (2)

58 Colorimetría: Determinación de Cu 2+ [Cu(H 2 O) 2 (NH 3 ) 4 ] 2+ Dónde está el calculo de ε?

59 Construcción deficiente de las escalas

60 Conclusiones Herramienta más Sencilla y eficaz Facilita entornos activos Permite tutorización Permite evaluación Versátil Atractiva para el alumno

61 Obras citadas Proyecto Tuning: Educational Structures in Europe. Disponible en la dirección de Internet Libro blanco del título de grado. Disponible en la dirección de Internet J. Martínez. Cinética química: análisis de una experiencia práctica en el aula. Didáctica de la Química y Vida Cotidiana. Editor: Gabriel Pinto. Madrid, 2003 A. Narros, M.M. de la Fuente, M.I. del Peso Empleo de Excel para el estudio de los equilibrios químicos en disolución y sus aplicaciones. Didáctica de la Física y la Química en los distintos niveles educativos. Editor: Gabriel Pinto, Madrid D.C. Harris, Análisis Químico Cuantitativo, 2ª Ed, Reverté, Barcelona, D.A. Skoog, D.M. West, F.J. Holler y S.R. Crouch, Química Analítica, 7 ª Ed., Mc Graw-Hill, Mexico, R.de Levie, How to use Excel in Analytical Chemistry, Cambridge University Press, S.R. Crouch y F.J. Holler, Applications of Microsoft Excel in Analytical Chemistry, Thomson Brooks-Cole, 2004

62 Muchas gracias