Secuencia de actividades para introducir las propiedades químicas de los materiales como criterio de clasificación.
Las propiedades de los materiales constituyen uno de los temas centrales de la Química. Algunas de esas propiedades nos permiten reconocer la presencia una sustancia en una mezcla compleja 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 sus propiedades químicas, o sea cómo se transforman 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.
Sugerimos seleccionar un conjunto de objetos diversos e instar a los alumnos a que los exploren tratando de contestar la pregunta "¿Qué clase de material es este?". Si les sugerís clasificarlos por sus propiedades, esto te permitirá explorar las ideas previas de los alumnos sobre las propiedades de los materiales. Es conveniente que los que hayas seleccionado no sean muy diversos, para obligar a refinar el criterio de selección. Un posible juego de materiales puede incluir: mármol, yeso, sal de mesa, bromuro de plata, azúcar, cera, plástico, cobre, estaño e hierro. 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.
A los efectos de realizar una clasificación más detallada, que supere e integre el conocimiento cotidiano de los alumnos, proponeles 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. 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 de la cera) 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.
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. De entre los materiales seleccionados, solo el bromuro de plata cambiará de aspecto por la acción de la luz (la sal blanca se oscurecerá). Esta propiedad constituye la base de la fotografía en blanco y negro.
El uso de un téster les permitirá analizar si estos 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 material frente a otros sistemas tales como agua, vinagre, alcohol, acetona, aguarrás, 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 que les suministres, los alumnos podrán producir un informe en el que sinteticen sus observaciones y las comparen con criterios de clasificación proporcionados por vos o extraídos de la bibliografía, de manera de poder clasificar a los materiales en familias, por ejemplo: metales, sustancias no polares, sustancias polares, sustancias iónicas, etcétera.
Durante la realización de estas pruebas, proponles 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). Si no cuentan con una cámara filmadora o de fotos, 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.
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, etc.
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. 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.
En los dispositivos de los alumnos y en las notebooks de los docentes hay una serie de softwares educativos y quizás resulte oportuno utilizar el programa ACD/ChemSketch Freeware 12.0.