Didáctica de la nomenclatura química, un enfoque sistemático

1. Planeamiento general del aprendizaje de la formulación y nomenclatura química inorgánica – un enfoque sistemático
2. Metas del aprendizaje
3. Diagrama general del aprendizaje
4. Los elementos químicos
5. Guía de aprendizaje individualizado
6. Problemática general y significado implícito en la denotación de compuestos químicos
7. Grado de oxidación (g. O.)
8. Reglas de grado de oxidación comunes
9. Problemática general y significado implícito de la formulación y nomenclatura compuestos químicos
10. Desarrollo cronológico de la nomenclatura química
11. Nomenclatura y formulación de compuestos químicos
12. Propuesta para la enseñanza de la nomenclatura inorgánica
14. Unidades de investigación
15. Unidades de adiestramiento

PLANEAMIENTO GENERAL DEL APRENDIZAJE DE LA FORMULACIÓN Y NOMENCLATURA QUÍMICA INORGÁNCIA – UN ENFOQUE SISTEMÁTICO

Es necesario, antes de iniciar el estudio de un determinado contenido marcar los fines del esfuerzo y definir en términos operativos o de destrezas las metas del aprendizaje lograr.

CONTENIDO

• Formulación y Nomenclatura química inorgánica.

FINES

• Problemática general y significado implícito de la denotación de un elemento químico.
• Problemática general y significado implícito de la denotación de un compuesto químico.
• Problemática general de la formulación y nomenclatura de los compuestos químicos inorgánicos.
• Problemática general de la formulación y nomenclatura de los compuestos químicos orgánicos.

METAS DEL APRENDIZAJE

El estudio y consideración de los Conceptos Básicos de Química son imprescindibles para comprender el significado químico inherente a la problemática de la formulación química. De forma que podríamos decir que la primera meta a lograr por el estudiante en el proceso de aprendizaje de este contenido es captar, comprender y manejar, a efectos de razonamientos químicos, el paralelismo existente entre los conceptos que están íntimamente ligados a los de sustancias elementales, sustancias compuestas, símbolos y fórmulas químicas.

No obstante, el estudiante, al terminar el proceso de aprendizaje, deberá haber logrado las siguientes metas:

• Definir correctamente, reconocer e interpretar las definiciones, diferenciar entre afirmaciones ciertas o falsas de aspectos concernientes a todos los términos, conceptos y principios de la nomenclatura química.
• Captar la necesidad de aprender Nomenclatura Química, como una realidad derivada de nombrar inequívocamente y clasificar adecuadamente a cada una de las sustancias químicas.

• Dominar el significado cualitativo y cuantitativo del lenguaje químico simbólico; lo cual el permitirá interrelacionar cualitativa y ponderalmente las diferentes sustancias que se combinan químicamente.
• Entender que la asignación de las fórmulas no es arbitraria, en el sentido estricto del vocablo, sino que constituye la expresión más sencilla e internacionalmente aceptada de representar y sintetizar el mayor número posible de datos relativos a una sustancia química pura.

• Entender que las fórmulas químicas no son una imposición injustificada para complicar el aprendizaje químico, sino una necesidad imperiosa para la expresión química, y que al tratarse de una cuestión compleja debe estandarizarse y estructurarse al máximo.

• Comprender la necesidad de establecer y aceptar Normas Internacionales de Nomenclatura (IUPAC), captando la dificultad que entraña dicho problema en el caso de ser unas normas totalmente generales.

• Aprender el lenguaje específico de la Química, de forma que esté en condiciones de formular y nombrar correctamente cualquier sustancia inorgánica.

DIAGRAMA GENERAL DEL APRENDIZAJE

Sin duda alguna, la justificación final del estudio que iniciamos, es el aprendizaje de la Nomenclatura y Formulación Química. Es decir, alcanzar la conveniente soltura en la notación química; pero nosotros entendemos que su logro per se, no tiene sentido, y su consecución es ardua y tediosa. De aquí que intentemos, algo más que una mera e importantísima sistemática de la nomenclatura química –tema tratado más adecuadamente y a un nivel superior en textos específicos–– y es centrar la problemática en un contexto netamente químico, la de relacionarlo con en mundo que nos rodea.

Antes de entrar en el estudio de la normativa concreta de la formulación es preciso:

• Aceptar su imperiosa necesidad como medio de expresión química.
• Captar la problemática que implica el establecimiento de una fórmula química, y
• Comprender que todo el lenguaje químico simbólico lleva implícitamente un significado cualitativo.

LOS ELEMENTOS QUÍMICOS

Se denomina elemento químico a toda sustancia que no puede descomponer en otras más simples por medios químicos convencionales. Hasta ahora se ha descubierto 109 elementos químicos, no obstante, ya se han reportado el descubrimiento de más elementos químicos.

A cada elemento se le ha asignado un símbolo, que no es más que una forma abreviada de escribir el nombre del elemento, aceptada internacionalmente. El origen de esto es muy diverso, y aunque este problema no nos preocupa desde el punto de vista conceptual, es interesante señalar que para algunos elementos se emplea como símbolo la primera letra inicial de su nombre en castellano, escrita con mayúsculas. Para hacer referencia a otros elementos, se escribe las dos primeras letras de su nombre, la segunda escrita con minúscula. En otros casos, se puede usar la tercera o la siguiente hasta generar un símbolo que no haya sido asignado a otro elemento. Finalmente, observaremos que muchos símbolos se derivan del nombre latino, o del griego latinizado, del elemento.

Como podrás comprobar, la mayoría de los elementos no se descubrieron hasta hace unos 300 años.

Respecto al origen de la denominación de los elementos podríamos decir que es diverso:

• Unos hacen referencia a algunas propiedades.
• Otros al nombre del descubridor o al de prominentes hombres de ciencia.
• Otros hacen referencia u homenaje a algunos países donde fueron descubiertos.
• Otros nombres nos recuerdan a algunos astros.

Para mayor información sobre los elementos químicos en referencia buscar en:

http://ciencianet.com/tabla.html

http://www.uv.es/~jaguilar/elementos/nombres.html

http://www.cnice.mecd.es/eos/MaterialesEducativos/mem2002/quimica/

http://www.fortunecity.com/campus/dawson/196/tabla.htm

http://www.icarito.cl/icarito/2003/918/pag2.htm

Crucigrama para elementos quimicos:

http://www.canalciencia.com/encrucillados/eq_08_02.html

Aplicaciones de los elementos:

http://html.rincondelvago.com/elementos-quimicos-y-sus-aplicaciones.html

http://eureka.ya.com/geoquimica/tema41.html

http://www.sindioses.org/cienciaorigenes/universo/universo7.html

http://www.sindioses.org/cienciaorigenes/universo/universo7.html

Minerales de los elementos:

http://plata.uda.cl/minas/apuntes/Geologia/depos/Cumine01.htm

Curiosidades de los elementos químicos:

http://ciencianet.com/exelementos.html

Elementos químicos en el cuerpo:

http://www.iqb.es/cbasicas/fisio/cap03/elemento.htm

http://www.arrakis.es/~lluengo/elementos.html

GUIA DE APRENDIZAJE INDIVIDUALIZADO

Con el fin de facilitar la enseñanza personalizada, se organizan los contenidos de la materia que nos interesa, de una forma rigurosamente lógica desde el punto de vista didáctico y científico, diseñando de acuerdo con los fines que nos preocupan las correspondientes guías, en las que fácilmente pueden apreciarse la seriación de los conocimientos que constituyen la base sobre la que se cimenta nuestro objetivo educacional, y cuyo seguimiento como pauta de aprendizaje puede constituir un modelo de enseñanza individualizada.

Hemos seguido y adoptado, en la medida de nuestras necesidades, las ideas de D.P. Altieri, expuestas en so Modelo operacional para la individualización de la enseñanza. Cada guía consta de tres columnas que nos muestra claramente tres líneas de aprendizaje:

1. La columna central que presenta el Recorrido principal del programa o progreso central de aprendizaje, en el que se expone la secuencia de captación de cada uno de los eslabones básicos que permiten conseguir el fin que motiva este estudio.
2. Unas ramificaciones a la izquierda de esta parte central, que expresan las destrezas previas o necesarias para acometer el estudio del programa o proceso central; es decir, las actividades de apoyo o fundamentación, y que se denomina Área de adiestramiento, y
3. Las ramificaciones de la derecha, que señalan Actividades de enriquecimiento o intereses especiales, y que en ellas se encuadran aquellos conceptos que nos son imprescindibles para el logro en un nivel mínimo y estricto de nuestros fines (niveles de conocimientos más específicos y de mayor altura conceptual) pero que al estar completamente relacionados con el Proceso central de aprendizaje, su tratamiento lo estimamos preciso para lograr una adecuada y conveniente visión global del problema.

Dentro del estudio de cada una de las problemáticas que nos preocupa, se parte de un punto inicial y se llega a otro terminal (indicados en el diagrama por un cuadrilátero de costados curvos). Al comienzo de una unidad de estudio se plantea al estudiante si éste posee o no las capacidades o destrezas necesarias para la comprensión de los conceptos que la nueva etapa entraña, indicándose de dicho planteamiento en el diagrama mediante un cuadrado de decisión (en forma de rombo). Si el lector no está en condiciones de iniciar o acometer su estudio, insistirá sobre el área de adiestramiento, hasta que su nivel de preparación sea el requerido para la adquisición del concepto en cuestión. Una vez adquirida por el estudiante la competencia y adiestramientos necesarios podrá avanzar por la línea de recorrido principal.

Si un estudiante está en posesión de los conceptos previos, que están enmarcados en el área de destrezas, no es necesario que insista sobre ellos, pudiendo dedicar su atención a los conceptos indicados en la línea principal.

Cada uno de los conceptos previos, básicos o de enriquecimiento, están indicados en el diagrama dentro de los bloques de realización (rectángulos).

Indudablemente no se puede pasar a la captación o desarrollo de las actividades suplementarias o de enriquecimiento si previamente no se han logrado cada uno de los conceptos u objetivos parciales que están indicados en el Proceso central o línea básica de aprendizaje.

Por otro lado, la utilidad de estas guías de aprendizaje es doble, en el sentido de que no sólo conducen el aprendizaje, sino que clarificando cada una de sus metas a conseguir, facilitan la evaluación del proceso, tanto desde el punto de vista docente como discente.

PROBLEMÁTICA GENERAL Y SIGNIFICADO IMPLÍCITO EN LA DENOTACIÓN DE COMPUESTOS QUÍMICOS

Aunque realmente el punto inicial del estudio está en el concepto de compuesto químico y la idea de molécula, el primer cuadro de decisión nos señala claramente que es el dominio de la problemática implícita en la denotación de un elemento químico, lo que nos posibilita a iniciar este proceso de aprendizaje, en concreto el abordar la captación del significado de una fórmula química y su esquema de notación gráfica.

La contestación al segundo cuadro de decisión nos indicará si estamos preparados o no para abordar la problemática de la deducción de fórmulas químicas, mediante el entendimiento de los enlaces químicos.

La revisión en su caso de grado de oxidación, como expresión numérica de la combinación de un elemento químico, nos permitirá adentrarnos finalmente en el empleo del lenguaje químico como medio de expresión química.

PROBLEMÁTICA GENERAL Y SIGNIFICADO IMPLÍCITO EN LA DENOTACIÓN DE COMPUESTOS QUÍMICOS

Guía de aprendizaje individualizado

Electronegatividad

• Es una medida de la tendencia que muestra un átomo de un enlace covalente, a atraer hacia sí los electrones compartidos. Los átomos de los elementos más electronegativos presentan la mayor atracción por los electrones. Son los mismos elementos (agrupados en la esquina superior derecha de la tabla periódica) que muestran la máxima tendencia a ganar electrones para formar iones negativos.

Linus Pauling fue el primer químico que desarrolló una escala numérica de electronegatividad. En su escala, se asigna al flúor, el elemento más electronegativo, un valor de 4.0

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GRADO DE OXIDACIÓN (G. O.)

• Llamada también estado de oxidación, número de oxidación. Se define como la naturaleza eléctrica que aparentan los átomos de las especies químicas, debido a diferencias de electronegatividad entre los átomos enlazados.
• El grado de oxidación de un átomo en un compuesto es un número que caracteriza la forma en que se romperían los enlaces en curso de las reacciones (exceptuando las de óxido-Reducción). Representa la carga eléctrica que tomaría el átomo en el supuesto de que todos los enlaces estuvieran rotos.
• Se reserva los números arábigos, seguidos de un signo (+) ó (-) para denotar las cargas de los iones y los números romanos seguidos de un signo (+) ó (-) para designar los grados de oxidación, independiente de la fórmula del compuesto.
• Por ejemplo en la especie Al(OH)2+, el aluminio tiene grado de oxidación III+, propiamente, AlIII+.
• Cuando el compuesto es iónico o ionizable, se rompen fácilmente en disolución acuosa. Así, en las sales de ferrosas, el Fe2+, el hierro tiene grado de oxidación II+. En las sales férricas, Fe3+, tiene grado de oxidación III+. El hidrógeno tiene grado de oxidación I+ en el ión hidrógeno, H1+.
• Como existen relativamente pocos compuestos iónicos o ionizables, se define el grado de oxidación de un compuesto prescindiendo de la ionización. Ya que, las moléculas son eléctricamente neutras y la suma algebraica de las cargas eléctricas aparentes de todos los átomos que la forman, o sea, los grados de oxidación es cero.
• Hallar el grado de oxidación de cada uno de los átomos en los siguientes compuestos:

GRADOS DE OXIDACION COMUNES DE LOS ELEMENTOS

M E T A L E S

Li, Na, K , Rb, Cs, Ag: I+

Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Cd, Zn: II+

Pb, Sn, Pt, Pd: II+, IV+

Al, Ga, Sc, In: III+

Cu, Hg: I+, II+

Fe, Co, Ni: II+, III+

Au: I+, III+

N O M E T A L E S

Cl, Br, I: I-, I+, III+, V+, VII+

S, Se, Te: II-, II+, IV+, VI+

As, N*: III-, III+, V+

P: III-, I+, III+, V+

C: IV-, II+, IV+

B: III-, III+

F: I-

Si: IV-, IV+

* Además el nitrógeno presenta G.O.: I+, , II+, IV+, en óxidos neutros

METALES CUYOS ÓXIDOS TIENEN COMPORTAMIENTO VARIADO

* El Manganeso presenta G.O. IV+ con carácter básico en algunos compuestos: MnO2, MnF4, Mn(SO4) 2.

REGLAS DE GRADO DE OXIDACIÓN COMUNES

1.- El grado de oxidación de un átomo en un ión monoatómico coincide con la carga eléctrica del ión.

2.- En un elemento el grado de oxidación de los átomos es cero.

3.- El grado de oxidación del átomo de hidrógeno en la mayoría de sus compuestos es I+, excepto cuando se combinan con los metales donde es I-.

4.- El grado de oxidación del átomo de oxígeno es II- en la mayoría de sus compuestos, excepto en los peróxidos donde es I-, y en compuestos con el flúor donde es positivo.

5.- La suma de los grados de oxidación de todos los átomos de un compuesto es cero

6.- La suma de los grados de oxidación de todos los átomos de un ión es igual a la carga del ión.

Si mediante estas reglas se obtienen grados de oxidación "extraños" puede que se trate de un peróxido, hiperóxido, de un derivado tio. También es posible de que se trate de compuestos con átomos de distintos grados de oxidación.

Fe3O4 corresponde a: 4 OII-, 2 FeIII+, FeII+

S2O82- corresponde a: 2 SVI+, 2 OI-, 6 OII-

HNO4 corresponde a: NV+, HI+, 2 OI-, 2OII-

Los términos valencia y grado de oxidación no deben ser confundidos, ya que para una determinada valencia pueden haber varios grados de oxidación.

PROBLEMÁTICA GENERAL Y SIGNIFICADO IMPLÍCITO DE LA FORMULACIÓN Y NOMENCLATURA COMPUESTOS QUÍMICOS

Estimamos que no será conveniente asimilar las normas elementales de nomenclatura, si no se ha captado previamente la necesidad del aprendizaje del lenguaje químico. En caso negativo recomendamos la revisión de los conceptos químicos que su logro conlleva.

Un visión retrospectiva de la historia del lenguaje químico nos hará comprender la necesidad de uniformizar mediante reglas internacionalmente aceptadas y que tienden a la univocidad de la nomenclatura química.

Una vez en posesión de problemática planteada en el segundo cuadro de decisión, recomendamos iniciar el estudio de la formulación química inorgánica sistemática. Es decir, sin importar las funciones químicas a las que pertenecen, se nombran a las sustancias mediante un conjunto de reglas aceptadas internacionalmente.

Problemática

PROBLEMÁTICA GENERAL DEL SIGNIFICADO DE LAS FUCIONES QUÍMICAS

PROBLEMÁTICA DE LA NOMENCLATURA Y FORMULACIÓN DE COMPUETOS BINARIOS

PROBLEMÁTICA DE LA NOMENCLATURA Y FORMULACIÓN DE COMPUETOS TERNARIOS Y DE ORDEN SUPERIOR