Los sistemas materiales y sus propiedades.
Se requiere: Cuadernito
de apuntes y “hoja de pensamientos” (para realizar un posterior análisis
metacognitivo)
Descripción de la actividad
Las propiedades de los sistemas materiales
constituyen uno de los temas centrales de la Química. Algunas de esas
propiedades nos permiten reconocer la presencia de una sustancia en una mezcla
homogénea o heterogénea y también facilitan la separación de una sustancia de
otra. Por otra parte, la obtención de sustancias con propiedades mejoradas es
uno de los temas permanentes de la química y con mayor impacto en nuestra vida
cotidiana.
Para clasificar los materiales en forma cotidiana
empleamos algunas de esas propiedades. Así, si algo brilla se lo suele
considerar un metal, si es líquido podemos decir que es alguna clase de
solvente y si se presenta como un sólido liviano y de aspecto homogéneo podemos
clasificarlo como un plástico.
Algunas de las propiedades intensivas más
importantes de las sustancias son los
caracteres organolépticos (o sea aquellos que podemos determinar con
nuestros sentidos ej:el estado en que se encuentra una sustancia a Tº ambiente,
el color, olor, etc.), las constantes
físicas(aquellas que no dependen de la cantidad de sustancia que tengamos
como la densidad, el punto de ebullición y de fusión, etc) y las propiedades químicas, o sea cómo se
transforman las sustancias cuando son sometidas a determinados tratamientos. En
este ejercicio de exploración ampliaremos el concepto de transformación química
e introduciremos su empleo en la clasificación de los materiales. El objetivo
final de esta exploración es comenzar a construir el concepto de sustancia
asociándolo con la idea de porción de materia con propiedades características.
Actividad
Sugeriremos seleccionar un conjunto de objetos
diversos que se hallen en el entorno de la huerta e instar a los alumnos a que
los exploren tratando de contestar la pregunta "¿Qué clase de material es
este?" o ¿qué clase de sistema material es? Sugiriéndoles clasificarlos por sus propiedades, esto permitirá
explorar las ideas previas de los alumnos sobre las propiedades de los
materiales. Es conveniente que los sistemas materiales seleccionados no sean
muy diversos, para obligar a refinar el criterio de selección. Un posible juego
de materiales puede incluir: herramientas de la huerta, tipos de suelo, bolsas
de plásticos, plaguicida orgánico disuelto en agua, etc. Es de esperar que los
alumnos realicen una clasificación de los materiales centrada en lo que
perciben los sentidos: forma, color, textura, sabor olor, son características
de los materiales bien definidas en lo cotidiano.
Se introducirá la pregunta sobre los conocimientos
a cerca de la densidad, el volumen y la masa de los sistemas materiales.
A los efectos de realizar una clasificación más
detallada, que supere e integre el conocimiento cotidiano de los alumnos, se
les propondrá un conjunto de pruebas de clasificación que arrojen mayores
distinciones. Una primera extensión de lo sensorial es examinar los materiales
con la ayuda de un microscopio o una lupa en el laboratorio. Es posible que en
esta etapa aparezcan descripciones de tamaño y forma de partículas. La
observación de partículas con formas geométricas definidas permitirá introducir
el concepto de sólido cristalino como opuesto a sólido amorfo.
La acción del calor sobre una sustancia es un
ensayo que jugó un rol central en el desarrollo de la química. Aquí habrá que
ayudar a los alumnos a distinguir entre un simple cambio de estado (como en el
caso del agua) y una reacción química que ocurre espontáneamente en las nuevas
condiciones de temperatura (caramelización del azúcar). Además de las transformaciones
que sufre el material al aumentar la temperatura, la exposición a una fuente de
calor nos permitirá evaluar qué materiales conducen bien el calor (se calientan
rápidamente) o por el contrario se comportan como aislantes térmicos. Referido
a la huerta estos conceptos los veremos en la construcción de un vivero.
El efecto de una fuerza sobre un material depende
de sus propiedades mecánicas. La resistencia o no al rayado (dureza), la
elasticidad del material y su ductilidad son propiedades que definen su
utilidad como materiales estructurales.
La acción de la luz constituye otro ensayo interesante.
Entre los materiales seleccionados, referido a la huerta observaremos la
construcción de un calentador parabólico (energía alternativa) y la disposición
de los canteros.
El uso de un téster permitirá analizar si algunos
materiales conducen la corriente eléctrica (resistencia baja) o si por el
contrario son aislantes.
Otro conjunto muy importante de ensayos lo
constituye probar el comportamiento de cada sistema material frente a otros
sistemas tales como agua, vinagre, alcohol, aceite, etc. Estos ensayos
definirán dos clases de propiedades muy importantes: la solubilidad en un
solvente y la capacidad de reaccionar al ponerse en contacto con otro material
(reacción química).
El conjunto de estos ensayos permitirá desarrollar
una estrategia para distinguir entre cada uno de los materiales sugeridos. A
partir de los criterios de clasificación suministrados, los alumnos podrán
producir un informe en el que sinteticen sus observaciones y las comparen con
criterios de clasificación proporcionados y/o extraídos de la bibliografía, de
manera de poder clasificar a los materiales en familias, por ejemplo: metales,
sustancias , mezclas, soluciones, etc.
Durante la realización de estas pruebas, se les
propondrá a los alumnos que saquen fotos o filmen los distintos ensayos y luego
editen un video con Movie Maker (programa de edición de videos instalado en los
equipos). Podrán utilizar las webcams que incluyen los equipos o un celular con
cámara de fotos. Esto contribuye a una mejor observación y asegura el trabajo
colaborativo, ya que los alumnos deberán organizarse en grupos y distribuir los
roles y tareas. Podrán compartir los archivos y documentos y organizar una
biblioteca multimedia y alojarla en la red de la escuela, o en alguna de las
máquinas. También pueden utilizar el software Google Docs para agregar
comentarios y notas.
Sugerencias para seguir
trabajando
Estas mismas ideas se pueden desarrollar en el
contexto de separación de una mezcla o de purificación de una sustancia.
Algunos ejemplos de posibles actividades vinculadas son: separación de los
componentes de una mezcla heterogénea por filtración, separación cromatográfica
de los componentes de una mezcla compleja (por ejemplo tinta de marcador),
destilación de una mezcla de líquidos(vino), etc.
Sugerencias didácticas
Una introducción al tema
Desde la más remota Antigüedad, los seres humanos
extraen materiales de la naturaleza con el fin de aplicarlos a objetos que
respondan a sus deseos y sus necesidades. Hace miles de años se descubrió que
el barro moldeado podía endurecerse mediante la cocción. Con el tiempo se
empezó a trabajar el vidrio y a fundir metales, lo que dio comienzo a una
evolución que hoy ha cobrado dimensiones extraordinarias.
El estudio y la aplicación de los materiales
involucra actualmente diferentes miradas. Se trata, efectivamente, de una
actividad en la que participan tecnólogos y científicos provenientes de
distintas disciplinas. En el desarrollo de los procesos de producción de bienes
y servicios ha sido fundamental la contribución de la denominada ciencia y
tecnología de materiales. Su aporte se expresa hoy tanto en la optimización de
los materiales existentes como en el logro de otros nuevos.
Una de las clasificaciones usuales en esa
disciplina distingue a los materiales en cuatro grupos básicos: metales,
cerámicos, polímeros y compuestos. Otra clasificación tiene en cuenta el origen
de los materiales: artificiales si resultan de algún proceso de transformación,
y naturales si se encuentran directamente en el medio natural(huerta). Estos
últimos pueden ser diferenciados, a su vez, en renovables o no renovables. Los
primeros son generalmente de origen animal o vegetal y se forman en tiempos
relativamente cortos; los segundos requieren tiempos prolongados, como ocurre
con el carbón o el petróleo. También puede considerarse si los materiales son
reciclables, o sea, que existe la posibilidad de volver a utilizarlos en nuevos
productos; o biodegradables, que son los que pueden transformarse en materiales
más simples gracias a la acción de microorganismos que los reintegran al
ambiente.
Son varios los textos de química y tecnología que
dedican varias páginas al tema de los materiales. Las miradas propuestas por
unos y otros son algo diferentes. Para una persona interesada en adquirir una
perspectiva amplia del tema, las dos son complementarias. Por ello se sugiere
instar a los alumnos a obtener información adicional, en libros de consulta que
tratan el tema con mayor profundidad.
Para tener en cuenta: En los dispositivos de los
alumnos y en las notebooks de los docentes hay una serie de softwares
educativos.
