1. Introducción
La propuesta didáctica presentada en éste artículo
está diseñada con la finalidad de que los alumnos
recojan, analicen y procesen saberes y actitudes propias de la actividad
científica, y aprendan a utilizarlos en la toma de decisiones
sobre problemas sociales actuales. Del mismo modo, permite relacionar
los nuevos conocimientos que se proponen con los ya existentes en
las estructuras cognitivas, realizando una asimilación eficaz
de los nuevos contenidos a partir del aprendizaje significativo
(Ausubel, 1983).
La realización de experiencias y el planteamiento de preguntas
abiertas y de situaciones simuladas favorecen la transición
del pensamiento concreto al abstracto, lo cual es importante para
el desarrollo del razonamiento intelectual formal de los estudiantes,
al mismo tiempo que motivan a conocer y experimentar qué
es realmente la ciencia, a comprender su potencial y sus limitaciones
y a integrar diversas disciplinas de estudio.
La propuesta relaciona contenidos de Química con temas medioambientales,
tecnológicos y sociales. Plantea, además, el aprendizaje
de las ciencias a partir del estudio experimental y la discusión
de temas de actualidad relacionados con los productos químicos.
Una parte importante del proyecto estudia cómo se manejan
ciertos procesos de reciclaje, en los que aparecen muchos productos
de desecho que contienen estos compuestos. La propuesta puede orientarse
también como una herramienta capaz de promover una conciencia
ecológica entre los estudiantes y como un instrumento para
crear sentido de comunidad y pertenencia entre ellos.
La idea central de este proyecto es realizar un estudio sobre los
polímeros, sustancias químicas que son utilizadas
en la actualidad en múltiples aplicaciones y que están
presentes en la naturaleza, en el hogar y en los procesos de reciclaje.
El conocer sus técnicas de obtención, características
y aplicaciones, permite realizar un uso adecuado de estos compuestos.
El análisis histórico, ético y tecnológico
debe estar presente cuando se considera la producción del
conocimiento científico. Las explicaciones propuestas acerca
de los procesos naturales se han ido modificando en diferentes contextos
históricos. La inclusión en el trabajo de aspectos
históricos de la ciencia y sus relaciones con la tecnología
aporta elementos que permiten apreciar la importancia de las condiciones
socioculturales, tanto en lo que se refiere a la producción
del conocimiento, como al impacto que este provoca en la sociedad.
Así, la tarea interdisciplinaria adquiere especial protagonismo
y brinda la oportunidad de incursionar en el conocimiento integrado
que sustente una intervención responsable con relación
a problemáticas de gran relevancia personal, social y económica
en el presente y, sin duda, en el futuro inmediato.
2. Contenidos
- Polímeros, monómeros y polimerización.
- Polímeros naturales y sintéticos.
- Estructura molecular de los polímeros.
- Factores que determinan las características de los polímeros:
naturaleza química de los monómeros, fuerzas intermoleculares
y condiciones de reacción.
- Reacciones de polimerización por adición y condensación.
- Relación, estructura, propiedades y aplicaciones de
los polímeros.
- Propiedades físicas de los plásticos comunes.
- Peligros ambientales del uso masivo de plásticos.
- Polímeros termorrígidos y termoplásticos
Secuenciación, organización y alcance de los contenidos
Tema |
Actividad |
Motivación e indagación de conceptos previos.
Definición de polímero. Polímeros naturales
y sintéticos. |
Textos: "Grandes moléculas" y "El petróleo
y los polímeros sintéticos".
Guía de problemas e investigación: "Polímeros
en la naturaleza".
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Polímeros termorrígidos y termoplásticos.
Degradación y tratamiento de residuos plásticos.
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Texto: "Los residuos plásticos y su reciclado".
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Polimerización por adición y condensación.
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Guía de problemas e investigación: "Lentes
blandas", "Vidrios de seguridad" y "El kodel".
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Propiedades de los polímeros. Polímeros inorgánicos.
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Trabajo práctico: "Las siliconas"(utilización
de una V de Gowin |
Relación entre estructura y propiedades de los polímeros.
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Guía de problemas e investigación: "Polietileno"
y "El caucho".
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Propiedades y aplicación de los polímeros. |
Trabajos prácticos: "Plásticos solubles
en agua" y "El polímero sediento". |
Síntesis de polímeros. Cambios en la estructura
y en las propiedades.
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Trabajo práctico: "Cadenas entrecruzadas".
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Aplicación y avances en la industria de los polímeros.
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Texto sobre plásticos conductores.
Guía de problemas e investigación: "Poliuretanos"
y "Fibras peligrosas".
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Identificación de materiales plásticos a partir
de sus propiedades.
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Desarrollo de una pequeña investigación: "Reconocimiento
de materiales plásticos". |
Evaluación sumativa.
|
Evaluación.
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3. Actividades
A continuación se presentan algunas actividades a modo de
ilustración del trabajo.
Actividad de motivación, reflexión e indagación
de conceptos previos
1. Los alumnos se dividen en grupos de 4 ó 5 integrantes.
2. Cada grupo recibe del docente el texto "Grandes moléculas"
y resuelve las distintas consignas planteadas.
3. Una vez finalizada la actividad, el docente propone un
debate general donde cada grupo expone las conclusiones obtenidas.
Grandes moléculas
El inventor americano John Wesley Hyatt (1837-1920), en un
intento por ganar la recompensa ofrecida a quien obtuviese
un sustituto del marfil para las bolas de billar, empezó
a trabajar con la piroxilina (celulosa parcialmente nitrada).
La disolvió en una mezcla de etanol y éter etílico,
y añadió alcanfor (compuesto que se obtiene
de la madera del alcanforero) para hacerla más segura
y maleable. Hacia 1869 había formado lo que llamó
celuloide, y ganó el premio. El celuloide fue el primer
plástico sintético (es decir, un material que
puede moldearse).
Pero los químicos tampoco se conformaban con las moléculas
gigantes que ya existían en la naturaleza. El químico
belga-americano Leo Hendrik Baekeland (1863-1944) estaba investigando
en aquel momento un sucedáneo de la goma laca. Para
este propósito buscaba una solución de una sustancia
gomosa, semejante al alquitrán, que resultase de la
adición de pequeñas unidades moleculares para
formar una molécula gigante (macromolécula).
La pequeña molécula es un monómero ("una
parte"), y el producto final es un polímero ("muchas
partes").
Baekeland empezó con fenol y formaldehído como
monómeros y produjo un polímero para el que
no pudo encontrar disolvente alguno. Se le ocurrió
entonces que un polímero tan duro y resistente a los
disolventes podía ser útil por esas mismas razones.
Podía moldearse a medida que se formaba y solidificar
en la forma de un no conductor de electricidad, duro, resistente
al agua y a otros disolventes, pero fácilmente mecanizable.
En 1909 anunció la existencia de lo que él llamó
bakelita, el primero y todavía, en cierto modo, uno
de los más útiles entre plásticos totalmente
sintéticos.
1- Es difícil poder imaginar que exista alguna relación
entre la clara del huevo y un envase de agua mineral, o entre
una película fotográfica y el material genético
de una célula. ¿Qué características
en común crees que poseen las moléculas de estos
materiales?
2- A partir de la lectura del texto, ¿cómo
puede definirse un polímero?
3- Los términos plástico y polímero
suelen confundirse porque, ciertamente, están relacionados.
Los plásticos son materiales que pueden ser deformados
y moldeados, como la arcilla, el vidrio y la mayor parte de
los polímeros. Nombra, si es posible, algunos polímeros
que no sean plásticos.
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Actividad de trabajo con textos
Se utilizan diferentes técnicas didácticas,
como ConSat y CGMA, para lograr que los alumnos comprendan los
contenidos de los distintos textos.
1. Redacta con tus propias palabras todo aquello que conoces
sobre la degradación y el tratamiento de residuos plásticos.
2. Lee el siguiente texto:
Los residuos plásticos y su reciclado
Los plásticos, al contrario del papel, son no degradables
o muy difícilmente degradables por acción del
tiempo o de los microorganismos. Se calcula que una bolsa
de plástico puede tardar unos 240 años en alterarse.
En otras palabras, los residuos plásticos, por lo general
no son biodegradables y por eso contribuyen a la contaminación
del medio ambiente: se estima que alrededor del 60% de los
restos que se encuentran en las costas son materiales plásticos.
En la actualidad, alrededor del 10% de los residuos plásticos
son incinerados, y esto presenta el inconveniente de la posible
emisión de gases tóxicos, especialmente si se
trata de la incineración de PVC (policloruruo de vinilo),
que produce un derivado clorado y tóxico llamado dioxina.
En las plantas modernas de incineración, el riesgo
medioambiental está minimizado. Además, se debe
tener en cuenta que el calor producido en la combustión
de los residuos plásticos es elevado, por lo que su
incineración en plantas de recuperación de energía
sería una opción razonable.
El procedimiento menos riesgoso para el medio ambiente es
el reciclado. Esta opción sólo se aplica al
1% de los residuos plásticos, frente al 20% del papel
o el 30% del aluminio. Para la etapa inicial de la separación
se aprovechan las distintas propiedades de los diferentes
tipos de plásticos, como por ejemplo la densidad. Otra
opción se basa en el hecho de la diferente solubilidad
de los plásticos en solventes orgánicos a distintas
temperaturas. Los plásticos termorrígidos, que
no se reblandecen por el calor, se reducen a polvo y son utilizados
como material de relleno en construcción. Los materiales
termoplásticos pueden ser fundidos y vueltos a moldear
para lograr otros objetos. Una vez separados los diferentes
plásticos, se procede a reciclarlos en forma mecánica,
donde se mantiene la estructura del polímero, o química,
en la que se degrada la estructura del polímero en
productos de baja masa molecular. Durante el reciclado, los
plásticos pueden contaminarse con otros materiales
y transformarse en productos de baja calidad, por lo que no
es aconsejable que se utilicen para contener alimentos.
En la actualidad, no obstante, se fabrican algunos plásticos
que incorporan sustancias como el almidón, que son
biodegradables. Cuando ciertos microorganismos degradan el
almidón, se forman estructuras porosas que aceleran
los procesos de oxidación del polímero y disminuyen
su resistencia mecánica, lo que facilita su pulverización.
Además, existen plásticos fotodegradables en
cuya fabricación se han incorporado compuestos fotosensibles,
de modo que su exposición prolongada a la luz ultravioleta
de la radiación solar provoca su degradación.
Es de lamentar que estas alternativas sean costosas, lo que
impide su utilización masiva.
3. Escribe sobre los nuevos conocimientos que has adquirido
después de la lectura del texto.
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Guía de problemas e investigación
1. Polímeros en la naturaleza
En la naturaleza se encuentra una considerable cantidad de
materiales formados por polímeros, algunos de los cuales,
como el látex, el algodón y la madera, son utilizados
por el hombre para la fabricación de diversos objetos.
Las proteínas (como la albúmina de la clara
de huevo), los polisacáridos (azúcares) y los
ácidos nucleicos (como el ADN que guarda el material
genético de una célula) son polímeros
naturales que desempeñan funciones biológicas
de extraordinaria importancia en los seres vivos y que reciben
el nombre de biopolímeros.
a) ¿Cuál será la estructura del monómero
que forma a las proteínas si esta unidad básica
es denominada "aminoácido"?
b) De acuerdo con los grupos funcionales presentes en los
aminoácidos, ¿cómo crees que se realiza
el encadenamiento de estas unidades? ¿A qué
tipo de reacción química corresponde este
proceso?
2. El polietileno se puede obtener en dos variedades
denominadas de alta densidad (PEAD) y de baja densidad (PEBD).
Uno de ellos tiene una estructura lineal y el otro ramificada,
con cadenas laterales de hasta cinco átomos de carbono
unidas a la cadena hidrocarbonada principal. ¿Qué
estructura da lugar al polímero de mayor densidad?
¿Qué polímero posee mayores zonas cristalinas?
3. Investiga cuáles son los polímeros
que se utilizan en las siguientes aplicaciones y representa
en cada caso su estructura molecular:
- Fibras textiles que reemplacen la seda.
- Fabricación de trajes de buceo.
- Material que recubre sartenes antiadherentes.
- Jeringas descartables.
- Envases para gaseosas.
- Protección y aislamiento en el embalaje de televisores.
- Trajes de baño femeninos.
- Películas para proteger alimentos.
- Sustituto del vidrio.
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Pequeña investigación
La Fundación de la Industria Plástica para
la preservación del Medio Ambiente (FIPMA) ha difundido
entre los fabricantes de objetos plásticos el Código
de Identificación adoptado por la Sociedad de Industrias
Plásticas de los Estados Unidos con el objeto de reconocer
los distintos materiales plásticos y favorecer su posterior
clasificación, por ejemplo, en el proceso de reciclado.
El sistema identifica solamente seis materiales plásticos,
que son los más difundidos y aquellos con los cuales
se fabrican casi todos los productos conocidos.
Recolecta distintos objetos plásticos de uso cotidiano
que presenten el código de identificación y
diseña una experiencia que te permita comparar, mediante
distintos ensayos, las propiedades de los diferentes polímeros.
Con los resultados obtenidos justifica los diferentes usos
y aplicaciones de estos polímeros, y completa la siguiente
tabla:
|
Evaluación
1. El poli-4-metil-1-penteno (PMP) es un polímero
que se utiliza en la fabricación de distintos objetos
de laboratorio debido a su baja reactividad química.
a) Representa la estructura del polímero.
b) ¿Se trata de un polímero de condensación
o de adición?
c) Calcula la masa molar promedio de una muestra de PMP formada
por cadenas de aproximadamente 180 unidades repetitivas.
2. La siguiente tabla contiene información acerca
de algunas propiedades físicas del polietileno según
su grado de cristalinidad:
Polietileno |
Baja densidad (55% de cristalinidad) |
Alta densidad (85% de cristalinidad) |
Densidad (g/cm3)
|
0,93
|
0,96
|
Rango de fusión (ºC)
|
100-110
|
133-135
|
Rigidez relativa
|
1
|
6,6
|
¿Cómo se relaciona el grado de cristalinidad
con las demás propiedades de la tabla? Interpreta las
distintas propiedades físicas a partir de la estructura
y el ordenamiento de las cadenas en las dos variedades de
polietileno.
3. El caucho natural está constituido por cadenas
de poli-cis-isopreno, resultado de la polimerización
del metil-1,3-butadieno. La principal propiedad de este polímero
es su elasticidad (puede ser estirado hasta alcanzar más
de diez veces su longitud y recuperar su tamaño original).
Durante el proceso de vulcanización, el caucho adquiere
mayor rigidez sin alterarse su elasticidad longitudinal, obteniendo
también una mayor resistencia térmica. Se consiguen
así cauchos blandos que contienen de1% a 3% de azufre
y cauchos duros o ebonita, con 23% a 35% de azufre.
a) ¿Cuál es la estructura molecular y la unidad
repetitiva del polímero que constituye el caucho natural?
b) ¿Qué características estructurales
permiten justificar las distintas propiedades del caucho natural
y del vulcanizado?
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4. Conclusiones
La enseñanza de las ciencias, con el fin de resultar una
actividad realmente efectiva que permita superar aquellas dificultades
relacionadas con su aprendizaje, debe no sólo tener en cuenta
la forma de trabajar las ideas e intereses propios de los alumnos
en el aula, sino que también es necesario que establezca
metas educativas a mediano y largo plazo, concibiendo de esta manera
la educación científica como un proceso que posibilita
a los alumnos modificar sus esquemas conceptuales, ayudándoles
a construir estructuras interpretativas más complejas, y
favoreciendo también al desarrollo y utilización de
formas de pensamiento más próximas a las utilizadas
en la actividad científica.
El grado de integración y secuenciación presentados
en este trabajo, provee al docente de un marco didáctico
que sirve de base para la realización de proyectos educativos
relacionados con los materiales de uso cotidiano y su implicancia
en el medio ambiente, dirigido principalmente a alumnos de nivel
Polimodal, pero dotado a su vez de la suficiente flexibilidad para
poder ser adaptado a las características propias de cada
entorno, como también a los imprevistos que surjan durante
su desarrollo.
Bibliografía
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SUMMERLIN, L. R.; BORGFORD, C. L., y EALY, J. B. Chemical Demonstrations:
A Sourcebook for Teachers. Vol. 2. Washington, DC: American Chemical
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