QUÍMICA 2º BACHILLERATO 2. OBJETIVOS Esta materia requiere conocimientos incluidos en Física y Química. Materia de modalidad del bachillerato de Ciencias y Tecnología, la Química amplía la formación científica de los estudiantes y sigue proporcionando una herramienta para la comprensión del mundo en que se desenvuelven, no sólo por sus repercusiones directas en numerosos ámbitos de la sociedad actual, sino por su relación con otros campos del conocimiento como la medicina, la farmacología, las tecnologías de nuevos materiales y de la alimentación, las ciencias medioambientales, la bioquímica, etc. Ya en etapas anteriores los estudiantes han tenido ocasión de empezar a comprender su importancia, junto al resto de las ciencias, en las condiciones de vida y en las concepciones de los seres humanos. El desarrollo de esta materia debe contribuir a una profundización en la familiarización con la naturaleza de la actividad científica y tecnológica y a la apropiación de las competencias que dicha actividad conlleva, en particular en el campo de la química. En esta familiarización las prácticas de laboratorio juegan un papel relevante como parte de la actividad científica, teniendo en cuenta los problemas planteados, su interés, las respuestas tentativas, los diseños experimentales, el cuidado en su puesta a prueba, el análisis crítico de los resultados, etc., aspectos fundamentales que dan sentido a la experimentación. En el desarrollo de esta disciplina se debe seguir prestando atención a las relaciones Ciencia, Tecnología, Sociedad y Ambiente (CTSA), en particular a las aplicaciones de la química, así como a su presencia en la vida cotidiana, de modo que contribuya a una 1
formación crítica del papel que la química desarrolla en la sociedad, tanto como elemento de progreso como por los posibles efectos negativos de algunos de sus desarrollos. El estudio de la Química pretende, pues, una profundización en los aprendizajes realizados en etapas precedentes, poniendo el acento en su carácter orientador y preparatorio de estudios posteriores, así como en el papel de la química y sus repercusiones en el entorno natural y social y su contribución a la solución de los problemas y grandes retos a los que se enfrenta la humanidad. Los objetivos contemplados en el Real Decreto 1476/2007, de 2 de noviembre son: La enseñanza de la Química en el bachillerato tendrá como finalidad el desarrollo de las siguientes capacidades: 1. Adquirir y poder utilizar con autonomía los conceptos, leyes, modelos y teorías más importantes, así como las estrategias empleadas en su construcción. 2. Familiarizarse con el diseño y realización de experimentos químicos, así como con el uso del instrumental básico de un laboratorio químico y conocer algunas técnicas específicas, todo ello de acuerdo con las normas de seguridad de sus instalaciones. 3. Utilizar las tecnologías de la información y la comunicación para obtener y ampliar información procedente de diferentes fuentes y saber evaluar su contenido. 4. Familiarizarse con la terminología científica para poder emplearla de manera habitual al expresarse en el ámbito 2
científico, así como para poder explicar expresiones científicas del lenguaje cotidiano, relacionando la experiencia diaria con la científica. 5. Comprender y valorar el carácter tentativo y evolutivo de las leyes y teorías químicas, evitando posiciones dogmáticas y apreciando sus perspectivas de desarrollo. 6. Comprender el papel de esta materia en la vida cotidiana y su contribución a la mejora de la calidad de vida de las personas. Valorar igualmente, de forma fundamentada, los problemas que sus aplicaciones puede generar y cómo puede contribuir al logro de la sostenibilidad y de estilos de vida saludables. 7. Reconocer los principales retos a los que se enfrenta la investigación de este campo de la ciencia en la actualidad. Los objetivos desarrollados en nuestra programación son: 1.- Aplicar con criterio y rigor las etapas características del método científico. 2.- Desarrollar con suficiencia las estrategias y particularidades de la Química para desarrollar pequeñas investigaciones. 3.- Comprender y aplicar correctamente los principios de la Química así como sus leyes, teorías y modelos. 4.- Resolver los problemas de la vida cotidiana, aplicando los conocimientos que la Química proporciona. 5.- Valorar los conocimientos adquiridos para concebir modos de vida positivos y adecuados para la propia persona, para su entorno, para la sociedad y para el planeta. 6.- Comprender las interacciones de la Química con la tecnología y sociedad 3
7.- Evaluar la información proveniente de otras áreas del saber, para formarse una opinión propia que permita al alumno expresarse con criterio en lo relacionado con la química. 8.- Ser capaz de expresar y comunicar (de forma verbal y/o escrita) los conocimientos y la resolución de problemas numéricoprácticos, de manera clara y precisa. 9.- Ser capaz de realizar prácticas de laboratorio y describir el procedimiento y material necesario para su realización. 3. CONTENIDOS Según lo expuesto en el Real Decreto 1476/2007, de 2 de noviembre: La Química contemplada en la materia de Física y Química de 1º Bachillerato se centra fundamentalmente en el estudio del papel y desarrollo de la teoría de Dalton y, en particular, se hace énfasis en la introducción de la estequiometría química. En este curso se trata de profundizar en estos aspectos e introducir nuevos temas que ayuden a comprender mejor la química y sus aplicaciones. Los contenidos propuestos se agrupan en bloques. Se parte de un bloque de contenidos comunes destinados a familiarizar a los alumnos con las estrategias básicas de la actividad científica que, por su carácter transversal, deberán ser tenidos en cuenta al desarrollar el resto. Los dos siguientes pretenden ser una profundización de los modelos atómicos tratados en el curso anterior al introducir las soluciones que la mecánica cuántica aporta a la comprensión de la estructura de los átomos y a sus uniones. 4
En el cuarto y quinto se tratan aspectos energéticos y cinéticos de las reacciones químicas y la introducción del equilibrio químico que se aplica a los procesos de precipitación en particular. En el sexto y séptimo se contempla el estudio de dos tipos de reacciones de gran trascendencia en la vida cotidiana; las ácidobase y las de oxidación-reducción, analizando su papel en los procesos vitales y sus implicaciones en la industria y la economía. Finalmente, el último, con contenidos de química orgánica, está destinado al estudio de alguna de las funciones orgánicas oxigenadas y los polímeros, abordando sus características, cómo se producen y la gran importancia que tienen en la actualidad debido a las numerosas aplicaciones que presentan. Contenidos 1. Contenidos comunes: Utilización de estrategias básicas de la actividad científica tales como el planteamiento de problemas y la toma de decisiones acerca del interés y la conveniencia o no de su estudio; formulación de hipótesis, elaboración de estrategias de resolución y de diseños experimentales y análisis de los resultados y de su fiabilidad. Búsqueda, selección y comunicación de información y de resultados utilizando la terminología adecuada. 2. Estructura atómica y clasificación periódica de los elementos: Del átomo de Bohr al modelo cuántico. Importancia de la mecánica cuántica en el desarrollo de la química. Evolución histórica de la ordenación periódica de los elementos. Estructura electrónica y periodicidad. Tendencias periódicas en las propiedades de los elementos. 3. Enlace químico y propiedades de las sustancias: 5
Enlaces covalentes. Geometría y polaridad de moléculas sencillas. Enlaces entre moléculas. Propiedades de las sustancias moleculares. El enlace iónico. Estructura y propiedades de las sustancias iónicas. Estudio cualitativo del enlace metálico. Propiedades de los metales. Propiedades de algunas sustancias de interés biológico o industrial en función de la estructura o enlaces característicos de la misma. 4. Transformaciones energéticas en las reacciones químicas. Espontaneidad de las reacciones químicas: Energía y reacción química. Procesos endotérmicos y exotérmicos. Concepto de entalpía. Determinación de un calor de reacción. Entalpía de enlace e interpretación de la entalpía de reacción. Aplicaciones energéticas de las reacciones químicas. Repercusiones sociales y medioambientales. Valor energético de los alimentos: implicaciones para la salud. Condiciones que determinan el sentido de evolución de un proceso químico. Conceptos de entropía y de energía libre. 5. El equilibrio químico: Características macroscópicas del equilibrio químico. Interpretación submicroscópica del estado de equilibrio de un sistema químico. La constante de equilibrio. Factores que afectan a las condiciones del equilibrio. Las reacciones de precipitación como ejemplos de equilibrios heterogéneos. Aplicaciones analíticas de las reacciones de precipitación. Aplicaciones del equilibrio químico a la vida cotidiana y a 6
procesos industriales. 6. Ácidos y bases: Revisión de la interpretación del carácter ácido-base de una sustancia. Las reacciones de transferencia de protones. Concepto de ph. Cálculo y medida del ph en disoluciones acuosas de ácidos y bases. Importancia del ph en la vida cotidiana. Volumetrías ácido-base. Aplicaciones y tratamiento experimental. Tratamiento cualitativo de las disoluciones acuosas de sales como casos particulares de equilibrios ácido-base. Algunos ácidos y bases de interés industrial y en la vida cotidiana. El problema de la lluvia ácida y sus consecuencias. 7. Introducción a la electroquímica: Reacciones de oxidación-reducción. Especies oxidantes y reductoras. Número de oxidación. Concepto de potencial de reducción estándar. Escala de oxidantes y reductores. Valoraciones redox. Tratamiento experimental. Aplicaciones y repercusiones de las reacciones de oxidación reducción: pilas y baterías eléctricas. La electrólisis: importancia industrial y económica. La corrosión de metales y su prevención. Residuos y reciclaje. 8. Estudio de algunas funciones orgánicas: Revisión de la nomenclatura y formulación de las principales funciones orgánicas. Alcoholes y ácidos orgánicos: obtención, propiedades e importancia. Los ésteres: obtención y estudio de algunos ésteres de interés. Polímeros y reacciones de polimerización. Valoración de la utilización de las sustancias orgánicas en el desarrollo de la sociedad actual. Problemas medioambientales. 7
La síntesis de medicamentos. Importancia y repercusiones de la industria química orgánica. Según queda expuesto en el artículo 3 de la Orden de 5 de Agosto 8 de 2008, por la que se desarrolla el currículo correspondiente al Bachillerato en Andalucía, se exponen los principios para el desarrollo de los contenidos: Artículo 3. Principios para el desarrollo de los contenidos. Con objeto de consolidar la madurez personal y social del alumnado y proporcionarle las capacidades necesarias para su posterior incorporación a la educación superior y a la vida laboral, el desarrollo y la concreción de los contenidos de las materias establecidas para las distintas modalidades y, en su caso, vías del bachillerato incorporarán los siguientes aspectos: a) La dimensión histórica del conocimiento, el contexto en el que se producen los avances y el papel desempeñado por quienes los hicieron posibles. b) La visión interdisciplinar del conocimiento, resaltando las conexiones entre diferentes materias y la aportación de cada una a la comprensión global de los fenómenos estudiados. c) La aplicación de lo aprendido a las situaciones de la vida cotidiana, favoreciendo las actividades que capaciten para el conocimiento y análisis del medio que nos circunda y de las variadas actividades humanas y modos de vida. d) El aprovechamiento de las diversas fuentes de información, cultura, ocio y estudio presentes en la sociedad del conocimiento. e) La toma de conciencia sobre temas y problemas que afectan a todas las personas en un mundo globalizado, entre los que se considerarán la salud, la pobreza en el mundo, el agotamiento de los recursos naturales, la superpoblación, la contaminación, el calentamiento de la Tierra, la violencia, el racismo, la emigración y la desigualdad entre las personas, pueblos y naciones. f) El análisis de las formas de exclusión social que dificultan la 8
igualdad de los seres humanos, con especial dedicación a la desigualdad de las mujeres. g) La adopción de una perspectiva que permita apreciar la contribución de las diferentes sociedades, civilizaciones y culturas al desarrollo de la humanidad, y adquirir la visión continua y global del desarrollo histórico, especialmente referida a los últimos siglos, posibilitando así una interpretación objetiva del devenir de la humanidad. h) El análisis y la valoración de las contribuciones más importantes para el progreso humano en los campos de la salud, el bienestar, las comunicaciones, la difusión del conocimiento, las formas de gobierno y las maneras de satisfacer las necesidades humanas básicas. i) El conocimiento de los procedimientos y de los temas científicos actuales y de las controversias que suscitan, así como la adquisición de actitudes de curiosidad, antidogmatismo y tolerancia y la conciencia de la necesidad de caminar hacia la sostenibilidad del planeta. j) El desarrollo de los componentes saludables en la vida cotidiana y la adopción de actitudes críticas ante las prácticas que inciden negativamente en la misma, para contribuir al afianzamiento de la personalidad y autonomía del alumnado. k) La profundización conceptual en las bases que constituyen la sociedad democrática, analizando sus orígenes a lo largo de la historia, su evolución en las sociedades modernas y la fundamentación racional y filosófica de los derechos humanos. l) El desarrollo de la capacidad comunicativa y discursiva en diferentes ámbitos, tanto en lengua española como extranjera, que permita consolidar los aprendizajes realizados por el alumnado en las etapas educativas anteriores y contribuir a su formación integral a través del respeto, el interés y la comunicación con otros hablantes, desarrollando una conciencia intercultural como vehículo para la comprensión de los problemas del mundo globalizado. m) El fomento de la actividad investigadora en el aula como fuente de conocimiento, con objeto de armonizar y conjugar los aprendizajes teóricos con los de carácter empírico y práctico. 9
En la Orden de 5de Agosto de 2008, también se expone: El currículo de Química de bachillerato incluye los objetivos, contenidos y criterios de evaluación establecidos para esta materia en el Real Decreto 1467/2007, de 2 de noviembre, junto con las aportaciones específicas que para la Comunidad Autónoma de Andalucía se desarrollan a continuación. Relevancia y sentido educativo. Las ciencias tienen como objetivo principal el conocimiento de la naturaleza, por lo que tratan de describir, explicar y predecir los fenómenos y procesos que tienen lugar en ella. La sociedad del siglo XXI plantea situaciones, problemas y hechos cuya interpretación y tratamiento requieren, cada vez con más frecuencia, una adecuada formación científica. Esa formación está relacionada tanto con el conocimiento de ciertas teorías y conceptos como con el dominio de determinados procedimientos científicos. Unos y otros deben, inexcusablemente, formar parte de la enseñanza de la química en el bachillerato. Como materia de modalidad, la química debe ayudar al alumnado a: - Aprender ciencias, es decir, a que profundicen en los conocimientos científicos ya adquiridos y sepan utilizarlos para interpretar los fenómenos naturales. - Aprender a hacer ciencia, es decir, a que estén en condiciones de utilizar los procedimientos científicos para la resolución de problemas: búsqueda de información, descripción, análisis y tratamiento de datos, formulación de hipótesis, diseño de estrategias de contraste, experimentación, elaboración de conclusiones y comunicación de las mismas a los demás. - Aprender sobre la ciencia, es decir, comprender la naturaleza de la ciencia, sus diferencias con las creencias y con otros tipos de conocimiento, sus relaciones con la tecnología y las implicaciones de ambas en la sociedad. El papel formativo de esta materia se relaciona por tanto con aspectos como: - La profundización en los conocimientos de química adquiridos en cursos anteriores, poniendo el acento en su carácter orientador y preparatorio de estudios posteriores, así como en el papel de la 1
química en el mundo de hoy, su contribución a la solución de los problemas y retos a los que se enfrenta la humanidad, sus repercusiones en el entorno natural y social, etc. - El aprendizaje de los procedimientos científicos de uso más extendido en la química. - Conseguir que el alumnado se forme una idea más ajustada sobre lo que la química es y significa, de sus relaciones con otras disciplinas científicas y con la tecnología y la sociedad, así como de sus diferencias con la pseudociencia. Por otra parte, la química es una disciplina abstracta en la que el alumnado tiene que integrar representaciones macroscópicas y simbólicas junto con otras referidas al nivel de partículas elementales, átomos, moléculas, etc., lo que dificulta su aprendizaje. Por ello es preciso que haya un equilibrio en el desarrollo de sus contenidos de modo que los alumnos y alumnas tengan oportunidades y tiempo para reflexionar sobre los conceptos, usar los modelos y representaciones, aprender los procedimientos puestos en juego al elaborar los conocimientos, experimentar, etc. Sin ello difícil será que el aprendizaje de la química vaya más allá de memorizar una serie de cuestiones y ejercicios estándar. Núcleos temáticos. Los contenidos de esta materia se agrupan en los siguientes núcleos temáticos: 1. Aproximación al trabajo científico. Ciencia, tecnología y sociedad. 2. Qué estructura tienen los átomos? 3. El enlace químico. Cómo influye en las propiedades de las sustancias? 4. Energía de las reacciones químicas. Espontaneidad. 5. El equilibrio químico. 6. Ácidos y bases. 7. Introducción a la electroquímica 8. Estudio de algunas funciones orgánicas. 1. Aproximación al trabajo científico. Ciencia, tecnología y sociedad. Relevancia y sentido educativo. La estructura principal de la química se basa en conceptos, leyes y teorías que configuran los esquemas usados en ella para interpretar 1
la realidad, pero también incluye los procesos que llevan a la elaboración de esos conocimientos. El estudio de tales procesos tiene gran interés formativo, no sólo por lo que suponen para la formación científica del alumnado, sino también porque le proporciona herramientas intelectuales aplicables en muchas facetas de su vida, ayudándole a desarrollar su capacidad para preguntarse sobre cuanto lo rodea, valorar informaciones sobre temas diversos, contrastar ideas y opiniones, elegir, decidir, tomar conciencia de los aspectos científicos que subyacen en muchos de los problemas que hoy se plantea la humanidad, etc. Estos contenidos deben estar presentes en todos los núcleos temáticos del curso. Sin ellos se transmite una visión poco realista de la química al alumnado, lejos de lo que esta ciencia es y significa en el mundo de hoy. Contenidos y problemáticas relevantes. La parte principal de este núcleo la constituyen las estrategias básicas usadas en la actividad científica: planteamiento de problemas y valoración de la conveniencia o no de su estudio, formulación de hipótesis, elaboración de estrategias de resolución, diseño y realización de actividades experimentales, análisis de resultados, etc. A eso se añade la obtención, selección y comunicación de información usando la terminología y medios adecuados, campo donde las tecnologías de la información y la comunicación desempeñan un papel destacado. El alumnado debe ser consciente de los logros, y también de las limitaciones, de los conocimientos científicos, valorando lo que la química aporta al mundo de hoy y evitando la mala imagen social que, en ocasiones, tiene esta disciplina. Las relaciones entre ciencia, tecnología y sociedad, la forma en que la química ayuda a afrontar los problemas o retos que se plantean a la humanidad, etc. son aspectos que no deben faltar en el desarrollo de los contenidos de este curso. Al tratar este núcleo, además del planteamiento de problemas e investigaciones sobre temas diversos, se pueden debatir cuestiones como: Cuáles son las aportaciones que hace la química a nuestra sociedad?, qué problemas plantea el uso de ciertos procesos químicos en la industria?, tiene sentido rechazar algún producto porque «tiene mucha química»?, cómo evolucionan las teorías y modelos en química?, influye la sociedad en los temas de química que se investigan en cada época?, etc. 1
2. Qué estructura tienen los átomos? Contenidos y problemáticas relevantes. La pregunta que da título a este núcleo proporciona un hilo conductor para la búsqueda y tratamiento de la información y permite seguir la evolución experimentada por los modelos atómicos desde las primeras ideas hasta los sofisticados modelos actuales. De esa forma, las nuevas teorías adquieren un carácter funcional que se hace evidente al ver que permiten resolver problemas que no podían revolverse con modelos o teorías anteriores. El estudio de estos contenidos debe hacerse de forma que el alumnado capte cómo evolucionan los conocimientos científicos, cómo los modelos y teorías se van modificando a medida que se dispone de nuevas informaciones, que se plantean nuevos problemas, etc. Así, el estudio del modelo de Bohr y la valoración de sus aciertos y limitaciones, es el punto de partida para plantear la necesidad de buscar nuevos modelos, siendo la mecánica cuántica y la ondulatoria quienes dan respuestas adecuadas a los problemas no resueltos por el modelo de Bohr. Usando ideas del modelo de la mecánica ondulatoria, el alumnado deberá escribir las estructuras electrónicas de los átomos y justificar la ordenación periódica de los elementos, las semejanzas entre las propiedades de los del mismo grupo, razonar cómo varían dichas propiedades al desplazarnos en grupos y períodos. El desarrollo de estos contenidos dará ocasión para plantear preguntas como: Es el modelo de Bohr un modelo cuántico?, qué ideas y experiencias científicas llevaron a Bohr a proponer su modelo atómico?, qué fenómenos pueden explicarse con él?, cuáles son las principales limitaciones del modelo de Bohr?, qué nuevos descubrimientos y propuestas teóricas dieron paso a los modelos basados en la mecánica cuántica y en la mecánica ondulatoria?, realmente describen órbitas los electrones?, son los electrones materia, son ondas?, dónde están los electrones en el átomo?, es la estructura electrónica la responsable de las propiedades de los átomos?, qué factores influyen en el radio y el volumen de los átomos?, etc. 3. El enlace químico y las propiedades de las sustancias. Contenidos y problemáticas relevantes. El conocimiento de las estructuras electrónicas permitirá al alumnado 1
razonar sobre la formación y propiedades de las sustancias y sobre los distintos tipos de enlace, que usarán para explicar la formación de cristales, moléculas y estructuras macroscópicas. Al estudiar el enlace covalente, el alumnado deberá deducir la fórmula, forma geométrica y polaridad de moléculas sencillas, aplicando la teoría de Lewis y la de repulsión de pares de electrones de capas de valencia. Deben distinguir entre enlaces de átomos y enlaces intermoleculares, viendo la influencia de los primeros en las propiedades químicas de las sustancias y la de los segundos en sus propiedades físicas. Se propondrán ejemplos concretos de sustancias de interés biológico o industrial, cuyas propiedades se razonarán en función de la estructura o enlaces presentes en ellas. El estudio de estos contenidos puede organizarse en torno a preguntas como: Por qué influye la estructura electrónica de un átomo en el tipo de enlaces que puede formar?, influye la forma de unirse los átomos en las propiedades de la sustancia de la que forman parte?, por qué hay sustancias que son buenas conductoras de la corriente eléctrica y otras que no lo son?, por qué hay sustancias sólidas, otras líquidas y otras gaseosas a temperatura ambiente?, por qué hay muchas sustancias orgánicas insolubles en agua?, por qué no se puede quitar con agua una mancha de aceite?, etc. 4. Energía de las reacciones químicas. Espontaneidad. Contenidos y problemáticas relevantes. Las transferencias y transformaciones energéticas en las reacciones químicas constituyen uno de los aspectos más relevantes de su estudio. La existencia de intercambios de energía en las reacciones da pie a distinguir entre reacciones exotérmicas y endotérmicas, recordar el primer principio de la termodinámica e introducir los conceptos de entalpía, calor de reacción, entalpía de enlace, entalpía de reacción, entalpía de formación, etc. Los alumnos y alumnas deben comprender lo que significa que la entalpía sea una función de estado y conocer la ley Hess, que aplicarán para calcular las variaciones de entalpía correspondientes a procesos diversos. También deben conocer y valorar las aplicaciones energéticas de las reacciones químicas y las repercusiones que para la salud, la sociedad y el medio ambiente tienen a veces los procesos usados para obtener energía. Es de especial interés el estudio del valor energético de los alimentos 1
o las consecuencias del uso de combustibles fósiles en el incremento del efecto invernadero. Al plantear las condiciones que determinan el sentido en que evolucionan los procesos químicos, se llega al segundo principio de la termodinámica, con la introducción de los conceptos de entropía y energía libre, que después permitirán al alumnado analizar y predecir la espontaneidad de algunas reacciones químicas. El desarrollo de estos contenidos puede estructurarse en torno al planteamiento de cuestiones como: puesto que ambos son energía, puede decirse que calor y trabajo son una misma cosa?, de dónde procede la energía liberada en las reacciones exotérmicas?, es igual el calor de una reacción, independientemente de que se produzca a presión o a volumen constante?, pueden ser iguales en alguna ocasión?, se puede calcular la entalpía de formación de una sustancia, aunque no se pueda hacer la reacción correspondiente?, influye la energía de los enlaces en la entalpía de una reacción?, son espontáneas todas las reacciones exotérmicas?, cómo se puede explicar que en la Naturaleza se den algunos procesos y no los inversos?, etc. 5. Equilibrio químico. Contenidos y problemáticas relevantes. El estado de equilibro de un sistema químico se aborda en este núcleo desde una perspectiva macroscópica y desde una perspectiva submicroscópica, destacándose el carácter dinámico del equilibrio, considerado desde la perspectiva de las moléculas o agrupaciones de átomos que intervienen en la reacción. La definición de la constante de equilibrio y el análisis de los factores que afectan a sus condiciones permitirán al alumnado predecir la evolución de un sistema químico y resolver problemas de equilibrios homogéneos, en particular de reacciones gaseosas, y de equilibrios heterogéneos, entre los que tendrán especial protagonismo las reacciones de disolución-precipitación y sus numerosas aplicaciones en el análisis químico. Debe destacarse la importancia de que, tanto en la vida cotidiana, como en procesos industriales, tiene la utilización y acomodación de los factores que afectan al desplazamiento del equilibrio. Entre las cuestiones que pueden plantearse al desarrollar estos contenidos pueden estar: cuándo se acaba una reacción química?, puede decirse que, al alcanzar el equilibrio, una reacción se acaba, 1
se para?, puede ser que una reacción alcance el equilibrio sin que se haya agotado ninguno de los reactivos?, pueden variar las concentraciones de las sustancias presentes en un determinado equilibrio químico?, puede variar la constante de equilibrio de una determinada reacción?, se puede forzar el equilibrio para conseguir una mayor cantidad de las sustancias que queremos obtener?, se puede alterar el equilibrio para que no se formen determinadas sustancias?, si se rompe el equilibrio de una reacción puede volver a recuperarse?, qué utilidad tienen las reacciones de precipitación?, se puede hablar en ellas de la existencia de un equilibrio?, etc. 6. Ácidos y bases. Contenidos y problemáticas relevantes. La revisión de las propiedades de ácidos y bases y su explicación, mediante la teoría de Arrhenius, permite mostrar al alumnado el caso de una teoría que fue de utilidad y supuso, en su tiempo, un gran avance, pero cuyas limitaciones se hicieron, poco a poco, más evidentes, hasta dar paso a una teoría más avanzada, la de Brönsted y Lowry, que se utilizará para identificar y clasificar, como ácidos o bases, distintas sustancias, reconocer pares ácido-base conjugados, presentes en algunas reacciones, aplicar lo estudiado sobre el equilibrio a las reacciones ácido base, estudiando el significado y manejo de los valores de la constante de equilibrio, introducir el fenómeno de la hidrólisis y su influencia para determinar y predecir el carácter ácido o básico de disoluciones acuosas de sales, etc. El concepto de ph merece un tratamiento especial, debiendo el alumnado calcularlo y medirlo, conocer su importancia en muchos procesos de interés biológico, industrial, etc. Deben estudiar experimentalmente las volumetrías ácido-base, conocer sus aplicaciones y hacer alguna para determinar la concentración de ácidos en sustancias de uso común como vinagres, aceites Debe abordarse el estudio de algunos ácidos y bases de interés industrial y en la vida cotidiana, así como el problema de la lluvia ácida y sus consecuencias. Al desarrollar estos contenidos pueden plantearse cuestiones como: Qué propiedades tienen los ácidos y las bases?, se pueden aplicar las leyes del equilibrio químico a las reacciones entre ácidos y bases?, qué utilidad tiene el ph?, qué ph tendrá una disolución formada al disolver en agua cierta cantidad de un ácido, o de una base o de una sal?, qué es la lluvia ácida?, por qué en los anuncios de jabones o geles de baño se insiste en que son de ph neutro?, qué importancia 1
tiene eso?, qué ph tienen las disoluciones o líquidos que forman parte de nuestro cuerpo?, qué son las disoluciones reguladoras?, etc. 7. Introducción a la electroquímica. Contenidos y problemáticas relevantes. Las reacciones de oxidación-reducción desempeñan un papel esencial para explicar fenómenos que, por sus aplicaciones en ámbitos diversos de la vida, han desempeñado un papel decisivo para definir nuestra forma actual de vivir. El enfoque de este núcleo debe centrarse, por tanto, en el estudio de dichas reacciones como medio para explicar sus aplicaciones. Es la razón de que la electroquímica sea el elemento central en torno al que se agrupan estos contenidos. El alumnado debe comprender el significado de conceptos como oxidación, reducción, especies oxidantes y reductoras, así como que la oxidación de una especie química implica la reducción de otra y viceversa. El concepto de número de oxidación da paso al ajuste de ecuaciones redox por los métodos del número de oxidación y del ión-electrón, lo que permite un estudio estequiométrico de dichas reacciones, con la introducción del concepto de equivalente redox. La definición del concepto de potencial de reducción estándar y el establecimiento de una escala de oxidantes y reductores permitirá predecir las especies que se reduzcan u oxiden en presencia de otras. La experiencia adquirida al estudiar las volumetrías ácido-base permitirá ahora al alumnado diseñar y realizar experimentalmente alguna valoración redox. Al estudiar las aplicaciones y repercusiones de las reacciones redox, se introduce el estudio de las pilas y baterías eléctricas y se destaca la importancia de que, tanto históricamente, como en la actualidad, tiene la electrólisis, destacando la importancia de los trabajos de Faraday cuyas leyes de la electrólisis se utilizan aún en la actualidad y la importancia industrial de la electrólisis en procesos como la prevención de la corrosión de metales, reciclaje, refinado, etc. Al desarrollar estos contenidos pueden plantearse cuestiones como: es necesaria la intervención del oxígeno para que se produzca oxidación?, cómo puede determinarse la concentración de un oxidante o de un reductor en una disolución?, cómo se obtenían en la antigüedad los metales a partir de sus óxidos?, se usaba algún proceso de oxidación o de reducción?, por qué se oxida el hierro al dejarlo a la intemperie y, sin embargo, el oro no lo hace?, qué 1
importancia tuvo la invención de la pila de Volta?, en qué se basa hoy el funcionamiento de una pila eléctrica?, etc. 8. Estudio de algunas funciones orgánicas. Contenidos y problemáticas relevantes. Por su protagonismo en las reacciones que se dan en los seres vivos, por la gran cantidad de ellas que se conoce y por las múltiples aplicaciones que encuentran, las sustancias orgánicas tienen una indudable importancia social y económica. Tras el estudio realizado en el curso anterior, se dedica este núcleo a conocer algunas funciones orgánicas de especial interés, destacando las importantes aplicaciones de muchas sustancias orgánicas en el desarrollo de la sociedad actual, el papel decisivo que hoy desempeña la síntesis de sustancias orgánicas en la fabricación de medicamentos, etc. El alumnado debe conocer las principales funciones orgánicas, alcoholes y ácidos orgánicos y ésteres, y estudiar la polimerización y los polímeros, así como sus propiedades, métodos de obtención y aplicaciones más relevantes, destacando su importancia para el desarrollo de la sociedad. PRÁCTICAS DE LABORATORIO 1ª.- Preparación de disoluciones: a) A partir de sustancias sólidas. b) A partir de otra disolución. 2ª.- Valoración de un ácido fuerte con una base fuerte o una valoración redox. Los alumnos deberán conocer los procedimientos y el material necesario para realizar en el laboratorio estos trabajos prácticos. Además de lo mencionado con anterioridad, siguientes contenidos: 0. Cálculos en química: se tratarán los 1
Formulación y nomenclatura de compuestos inorgánicos y orgánicos. Conceptos de química. La fórmula de un compuesto. Los gases. Medida de la cantidad de sustancia. Mezcla de sustancias. La reacción química. Técnicas experimentales: Preparación de una disolución con soluto sólido y preparación de una disolución con soluto líquido. Cuestiones y problemas sobre estos contenidos. 1. Estructura atómica: - El modelo atómico de Bohr. - Limitaciones del modelo de Bohr. - Los modelos mecanocuánticos. - Cuestiones y problemas sobre estos contenidos. 2. Distribución electrónica y tabla periódica: - Primeras clasificaciones. - Distribución electrónica. - La tabla periódica actual. - Propiedades periódicas. - Cuestiones y problemas sobre estos contenidos. 3.Enlace químico: - Concepto de enlace químico. - Enlace iónico. -Enlace covalente. - Enlace metálico. - Fuerzas intermoleculares. - Cuestiones y problemas sobre estos contenidos. 1
4.Termodinámica química: - La energía y las reacciones químicas. - Calor y trabajo en un proceso. - Primer principio de la termodinámica. - La entalpía. - Aplicaciones energéticas de las reacciones químicas. - Segundo principio de la termodinámica. - Tercer principio de la termodinámica. - La energía libre y la espontaneidad de los procesos. - Cuestiones y problemas sobre estos contenidos. 5.Cinética química: - Velocidad de las reacciones químicas. - Mecanismo de reacción. - Teorías acerca de las reacciones químicas. - Factores que afectan a la velocidad de una reacción. Los catalizadores. Catálisis. - Cuestiones y problemas sobre estos contenidos. 6.Equilibrio químico: - El estado de equilibrio. - Aproximación termodinámica al estado de equilibrio. - La constante de equilibrio. - Equilibrios homogéneos. - Equilibrios heterogéneos. - Alteraciones del estado de equilibrio. Principio de LeChatelier. - Equilibrio de solubilidad. - Reacciones de precipitación. 7.Reacciones de transferencia de protones: - Ideas sobre ácidos y bases. - Teoría de Arrhenius. 2
- Teoría de Brönsted and Lowry. - Ionización del agua. - Fuerza relativa de ácidos y bases. - Calculo del ph. - Hidrólisis. - Efecto de ión común. - Disoluciones reguladoras. - Indicadores y medidores del ph. - Valoraciones ácido-base. - Ácidos y bases de especial interés. - Cuestiones y problemas sobre estos contenidos. 8. Reacciones de transferencia de electrones: - Concepto de oxidación y reducción - Ajuste de las ecuaciones redox. - Valoraciones redox. - La energía eléctrica y los procesos químicos. - Celdas electroquímicas. - Predicción de reacciones redox espontáneas. - La corrosión. - Pilas y baterías. - Cubas electrolíticas. - Comparación entre una clda galvánica y una cuba electrolítica. - Procesos redox de importancia industrial. - Cuestiones y problemas sobre estos contenidos. 9. Los compuestos del carbono: - Química orgánica. - Hidrocarburos. - Compuestos halogenados. - Compuestos oxigenados. - Compuestos nitrogenados. - Formulación de compuestos multifuncionales. 2
- Isomería. - Moléculas orgánicas de importancia biológica. - Polímeros. - Cuestiones y problemas sobre estos contenidos. 10. Química, industria y sociedad: - La industria química, Importancia económica y social. - El proceso químico industrial. - Algunas industrias químicas de interés. - Química y evolución social. 8.1 CRITERIOS DE EVALUACIÓN Los criterios de evaluación recogidos en el Real Decreto 1476/2007, de 2 de noviembre se exponen a continuación: Criterios de evaluación 1. Analizar situaciones y obtener información sobre fenómenos químicos utilizando las estrategias básicas del trabajo científico. Se trata de evaluar si los estudiantes se han familiarizado con las características básicas del trabajo científico al aplicar los conceptos y procedimientos aprendidos y en relación con las diferentes tareas en las que puede ponerse en juego, desde la comprensión de los conceptos a la resolución de problemas, 2
pasando por los trabajos prácticos. Este criterio ha de valorarse en relación con el resto de los criterios de evaluación, para lo que se precisa actividades de evaluación que incluyan el interés de las situaciones, análisis cualitativos, emisión de hipótesis fundamentadas, elaboración de estrategias, realización de experiencias en condiciones controladas y reproducibles, análisis detenido de resultados, consideración de perspectivas, implicaciones CTSA del estudio realizado (posibles aplicaciones, transformaciones sociales, repercusiones negativas ), toma de decisiones, atención a las actividades de síntesis, a la comunicación, teniendo en cuenta el papel de la historia de la ciencia, etc. 2. Aplicar el modelo mecánico-cuántico del átomo para explicar las variaciones periódicas de algunas de sus propiedades. Se trata de comprobar si el alumnado conoce las insuficiencias del modelo de Bohr y la necesidad de otro marco conceptual que condujo al modelo cuántico del átomo, que le permite escribir estructuras electrónicas, a partir de las cuales es capaz de justificar la ordenación de los elementos, interpretando las semejanzas entre los elementos de un mismo grupo y la variación periódica de algunas de sus propiedades como son los radios atómicos e iónicos, la electronegatividad y las energías de ionización. Se valorará si conoce la importancia de la mecánica cuántica en el desarrollo de la química. 3. Utilizar el modelo de enlace para comprender tanto la formación de moléculas como de cristales y estructuras macroscópicas y utilizarlo para deducir algunas de las propiedades de diferentes tipos de sustancias. Se evaluará si se sabe derivar la fórmula, la forma geométrica y la 2
posible polaridad de moléculas sencillas, aplicando estructuras de Lewis y la repulsión de pares electrónicos de la capa de valencia de los átomos. Se comprobará la utilización de los enlaces intermoleculares para predecir si una sustancia molecular tiene temperaturas de fusión y de ebullición altas o bajas y si es o no soluble en agua. También ha de valorarse el conocimiento de la formación y propiedades de las sustancias iónicas, covalentes y de los metales. 4. Explicar el significado de la entalpía de un sistema y determinar la variación de entalpía de una reacción química, valorar sus implicaciones y predecir, de forma cualitativa, la posibilidad de que un proceso químico tenga o no lugar en determinadas condiciones. Este criterio pretende averiguar si los estudiantes comprenden el significado de la función entalpía así como de la variación de entalpía de una reacción, si determinan calores de reacción, aplican la ley de Hess, utilizan las entalpías de formación y conocen y valoran las implicaciones que los aspectos energéticos de un proceso químico tienen en la salud, en la economía y en el medioambiente. En particular, se han de conocer las consecuencias del uso de combustibles fósiles en el incremento del efecto invernadero y el cambio climático que está teniendo lugar. También se debe saber predecir la espontaneidad de una reacción a partir de los conceptos de entropía y energía libre. 5. Aplicar el concepto de equilibrio químico para predecir la evolución de un sistema y resolver problemas de equilibrios homogéneos, en particular en reacciones gaseosas, y de equilibrios heterogéneos, con especial atención a los de disoluciónprecipitación. 2
Se trata de comprobar a través de este criterio si se reconoce macroscópicamente cuándo un sistema se encuentra en equilibrio, se interpreta microscópicamente el estado de equilibrio y se resuelven ejercicios y problemas tanto de equilibrios homogéneos como heterogéneos. También si se deduce cualitativamente la forma en la que evoluciona un sistema en equilibrio cuando se interacciona con él y si se conocen algunas de las aplicaciones que tiene en la vida cotidiana y en procesos industriales (tales como la obtención de amoniaco la utilización de los factores que pueden afectar al desplazamiento del equilibrio. 6. Aplicar la teoría de Brönsted para reconocer las que pueden actuar como ácidos o bases, saber determinar el ph de sus disoluciones, explicar las reacciones ácido-base y la importancia de alguna de ellas así como sus aplicaciones prácticas. Este criterio pretende averiguar si los alumnos saben clasificar las sustancias o sus disoluciones como ácidas, básicas o neutras aplicando la teoría de Brönsted, conocen el significado y manejo de los valores de las constantes de equilibrio para predecir el carácter ácido o base de las disoluciones acuosas de sales y si determinan valores de ph en disoluciones de ácidos y bases fuertes y débiles. También se valorará si se conoce el funcionamiento y aplicación de las técnicas volumétricas que permiten averiguar la concentración de un ácido o una base y la importancia que tiene el ph en la vida cotidiana y las consecuencias que provoca la lluvia ácida, así como la necesidad de tomar medidas para evitarla. 7. Ajustar reacciones de oxidación-reducción y aplicarlas a problemas estequiométricos. Saber el significado de potencial estándar de reducción de un par redox, predecir, de forma cualitativa, el posible proceso entre dos pares redox y conocer algunas de sus aplicaciones como la 2
prevención de la corrosión, la fabricación de pilas y la electrólisis. Se trata de saber si, a partir del concepto de número de oxidación, se reconocen este tipo de reacciones y se ajustan y aplican a la resolución de problemas estequiométricos. También si se predice, a través de las tablas de los potenciales estándar de reducción de un par redox, la evolución de estos procesos y si se conoce y valora la importancia que, desde el punto de vista económico, tiene la prevención de la corrosión de metales y las soluciones a los problemas que el uso de las pilas genera. Asimismo, debe valorarse si se conoce el funcionamiento de las células electroquímicas y las electrolíticas. 8. Describir las características principales de alcoholes, ácidos y ésteres y escribir y nombrar correctamente las fórmulas desarrolladas de compuestos orgánicos sencillos. El objetivo de este criterio es comprobar si se sabe formular y nombrar compuestos orgánicos oxigenados y nitrogenados con una única función orgánica, además de conocer alguno de los métodos de obtención de alcoholes, ácidos orgánicos y ésteres. También ha de valorarse el conocimiento de las propiedades físicas y químicas de dichas sustancias así como su importancia industrial y biológica, sus múltiples aplicaciones y las repercusiones que su uso genera (fabricación de pesticidas, etc.). 9. Describir la estructura general de los polímeros y valorar su interés económico, biológico e industrial, así como el papel de la industria química orgánica y sus repercusiones. Mediante este criterio se comprobará si se conoce la estructura de polímeros naturales y artificiales, si se comprende el proceso de 2
polimerización en la formación de estas sustancias macromoleculares y se valora el interés económico, biológico e industrial que tienen, así como los problemas que su obtención y utilización pueden ocasionar. Además, se valorará el conocimiento del papel de la química en nuestras sociedades y de la responsabilidad del desarrollo de la química y su necesaria contribución a las soluciones para avanzar hacia la sostenibilidad. En los criterios de valoración de los aprendizajes desarrollados en la Orden de 5 de Agosto de 2008, se expone: La principal referencia para la evaluación es comprobar si el alumno ha desarrollado suficientemente las capacidades que integran la competencia en el conocimiento y la interacción con el mundo físico. Debe valorarse, por tanto, su conocimiento de conceptos, leyes, teorías y estrategias relevantes para resolución de problemas, así como su capacidad para aplicar esos conocimientos al estudio de situaciones concretas, relacionadas con los problemas trabajados durante el curso. También se debe valorar hasta qué punto sabe reconocer situaciones problemáticas e identificar las variables que inciden en ellas, elaborar argumentos y conclusiones, comunicarlos a los demás, utilizando códigos de lenguaje apropiados, capacidad para analizar y valorar los argumentos aportados por los demás, creatividad, originalidad en el pensamiento, etc. También se evaluará su conocimiento del manejo de material y su destreza para la experimentación, su capacidad para diseñar experiencias y analizar sus resultados y las posibles causas de incidencias producidas durante las mismas. Por último, debe tenerse en cuenta el conocimiento que muestre el alumnado sobre las principales aportaciones de la química al desarrollo de la ciencia y a la mejora de nuestras condiciones de vida, valorando aspectos positivos y negativos, y las soluciones que aporta para problemas Que hoy se plantea la humanidad. Los CRITERIOS DE EVALUACIÓN contemplados en nuestra programación son: a) Emplea adecuadamente la terminología química. 2
b) Conoce la formulación y nomenclatura de los compuestos inorgánicos y orgánicos. c) Conoce los conceptos, principios y teorías de la Química. d) Presenta capacidad de razonamiento y deducción que le permite justificar y predecir las propiedades de las especies químicas a partir de los modelos teóricos. e) Aplica los modelos teóricos a la resolución de problemas numéricos, interpretando el sentido químico de los resultados, cuando proceda. f) Usa correctamente las unidades. g) Explica detalladamente los procesos seguidos en la resolución de cuestiones y ejercicios. h) Tiene capacidad de analizar datos expresados en tablas y representaciones gráficas. De manera más específica: Tema 0: Resolver de forma operativa cálculos que comprendan el concepto de mol, tanto para referirse a la cantidad de una sustancia, como de los elementos que forman una sustancia. Determinar la fórmula de un compuesto a partir de su composición centesimal y viceversa. Determinar la fórmula de un compuesto a partir de procesos que permitan conocer la proporción en que se combinan sus elementos, expresada en unidades de masa habituales (g, kg o mg). Distinguir y saber calcular fórmulas empíricas y moleculares. Expresar la cantidad de una sustancia en mol cualquiera que sea la forma en la que se muestren los datos. Calcular la presión que ejercen los distintos componentes de una mezcla de gases. Determinar la composición de una mezcla de gases expresada como porcentaje en masa y en volumen. Preparar una disolución. Hacer los cálculos pertinentes y obtenerla, en la práctica. Expresar la concentración de un ácido comercial en unidades de concentración habituales. Pasar de un modo de expresar la concentración de una disolución a otro cualquiera. Resolver ejercicios y problemas sobre cálculos estequiométricos. 2
Resolver cálculos estequiométricos relativos a los reactivos o productos que intervienen en una reacción química, cualquiera que sea el estado físico y el grado de pureza de las sustancias. Resolver cálculos estequiométricos en procesos en los que interviene un reactivo limitante y hay un rendimiento inferior al 100 %. Saber utilizar y relacionar entre sí las distintas unidades de masa y volumen, dedicando especial atención al concepto de mol. Resolver problemas y ejercicios aplicando, entre otras, la ecuación general de los gases ideales. Preparar disoluciones de concentración conocida. Resolver ejercicios y problemas sobre disoluciones. Prepara una disolución de concentración dada a partir de otra más concentrada. Resolver diversos ejercicios y problemas relacionando las distintas formas de expresar la cantidad en Química: masas molares, volúmenes molares, etcétera. Cálcular fórmulas empíricas y fórmulas moleculares a partir del análisis químico elemental. Aplicar la ecuación general de los gases ideales. Realizar cálculos estequiométricos, tanto en masa como en volumen, para diversas reacciones químicas. Determinación del reactivo limitante. Calcular la pureza de un reactivo o de una muestra. Realizar experiencias sencillas de laboratorio acerca de cómo preparar una disolución a partir de otra de concentración conocida. Tener responsabilidad en el trabajo realizado en el laboratorio, así como toma de las precauciones necesarias en el uso de sustancias químicas. Reconocer la importancia del lenguaje químico como el vehículo común de transmisión de los distintos saberes y conocimientos. Tener capacidad para realizar pequeñas experiencias que permitan determinar la concentración de una disolución. Reconocer la importancia que tiene la medida en el proceso de hacer Ciencia, así como los errores de los que va acompañada. 2