respuesta al comentario en: COMPRENSIÓN DEL EQUILIBRIO QUÍMICO Y DIFICULTADES EN SU APRENDIZAJE. Anto M

Tabla resumen resultados de la investigación.

Pregunta.	Intención de la pregunta.	Resultados obtenidos.
«¿Porqué algunas sustancias reaccionan entre sí y otras no lo hacen?	se quiere poner a prueba si los estudiantes saben que el problema estructurante que trata de resolver la idea de equilibrio químico es el de conocer las causas mediante las cuales explicamos por qué las sustancias reaccionan o interaccionan entre sí y dejan de hacerlo a pesar de que puedan seguir estando en el sistema químico.	ninguno de los estudiantes estableció relación entre la idea de equilibrio químico y la no reactividad de las sustancias, si bien el 19% de estos estudiantes dio alguna justificación de tipo energético. Por ejemplo, el siguiente razonamiento basado en el cambio de entalpía: que la reacción suponga, al menos durante cierto tiempo, una manera de estabilización energética basada en la disminución de la energía potencial del sistema. Así si el O2 y el H2 reaccionan es solamente porque en el transcurso de la violenta reacción, se produce un desprendimiento de energía, que posibilita la estabilidad. Por otra parte el 20% de los estudiantes expresó razonamientos basados en la semejanza de las sustancias o la complementariedad de ellas, como por ejemplo en el siguiente caso: «Algunas sustancias reaccionan entre sí, porque poseen propiedades que se complementan. Las fuerzas de atracción entre los electrones y protones de los átomos de los compuestos juegan un papel decisivo. Así, una sustancia que es muy electronegativa reaccionará ampliamente con una sustancia que no lo sea, un metal por ejemplo. Se producen reacciones entre los átomos de un elemento y los átomos de otro, como consecuencia de atracciones y repulsiones. La mayoría de las respuestas, 54%, se inclina por asociar la causalidad de las reacciones químicas a la unión entre átomos (tendencia a la formación de enlaces). Aquí se presenta una superposición entre los niveles macro y micro puesto que los alumnos identifican sustancia con átomo y tratan de justificar la formación de compuestos con la formación de enlaces entre átomos (para ellos, sustancias simples) y forman sustancias (compuestos) que identifican con moléculas. Por ejemplo en la siguiente respuesta: El hecho de que una sustancia reaccione con otra es debido a sus electrones de valencia. Dos sustancias reaccionan para formar un compuesto o molécula más estable. Para conseguir la mayor estabilidad deben intentar alcanzar la estructura de gas noble, es decir completar su última capa de valencia.
Menciona, como mínimo, dos ejemplos de equilibrios químicos que creas que tengan interés	se trata de conocer el grado de percepción que los alumnos tienen de las relaciones CTS del tema de equilibrio químico. Si el alumno ha estado motivado con el estudio del equilibrio químico, le será fácil dar respuestas rápidas y claras, de lo contrario tendrá dificultad para evocar algún ejemplo.	Solo el 8% de los estudiantes mencionó dos ejemplos de equilibrios quí- micos, el 48% mencionó un ejemplo y los demás, (44%), no lograron mencionar ningún ejemplo. Uno de los dos ejemplos más citados y que corresponde a una de las respuestas más explícitas que ha dado la muestra es la siguiente: Pues creo que es un equilibrio químico lo del ozono, la formación y destrucción del ozono. Que es interesante porque es lo que nos protege. Esta respuesta es, pues, representativa de las de mejor calidad dado que, al menos, relaciona la idea de equilibrio con la existencia de dos procesos antagónicos (formación y destrucción del ozono). En el análisis de las respuestas se ha visto que, en general, los estudiantes no conocen en profundidad ninguno de los ejemplos citados.
Explica, tan extensamente como necesites, ¿qué es un equilibrio químico para ti?	se pretende detectar qué ideas usan los alumnos en su argumentación sobre el concepto de equilibrio químico y conocer qué características y condiciones del estado de equilibrio mencionan los estudiantes en sus explicaciones.	Se encuentra un bajo porcentaje de alumnos (8%) que tienen claro cuáles son las características macroscópicas de una situación de equilibrio (proceso reversible y composición constante), como se puede ver en el siguiente ejemplo: Pues cuando tenemos unas reacciones que son reversibles, que no se descomponen del todo sino que pueden, dependiendo del ambiente o del medio, volver otra vez al estado primario, pues cuando se encuentran en equilibrio es cuando ya no hay más reacción, cuando ya han llegado a un límite donde se encuentran en la proporción exacta en la que deben estar, entonces se mantiene y ya no se cambia la reacción, ya no va hacia un lado ni hacia otro sino ya se mantiene. Igualmente se encuentra bajo el porcentaje de alumnos (8%) que, además de considerar las características macroscópicas, explican microscópicamente el carácter dinámico del equilibrio, por ejemplo en la siguiente respuesta: Pues el equilibrio es que se descompone la misma cantidad de productos que de reactivos, o sea, se van transformando al mismo nivel y a la misma velocidad productos y reactivos, entonces siempre hay la misma concentración de unos y de otros. Se entiende que al decir que se siguen transformando a la misma velocidad productos y reactivos se está pensando en las interacciones entre partículas. Aparece una categoría de respuestas (13%) que presenta la tendencia de los estudiantes a identificar el equilibrio con la constante de equilibrio, es decir con la ley de equilibrio (expresión matemática) que han utilizado operativamente los alumnos para resolver los problemas cuantitativos. Se trata de un aprendizaje memorístico de la ley de equilibrio (se asocia la idea cualitativa de equilibrio con la definición operativa de la constante de equilibrio), ya que desde la enseñanza se hace una introducción operativa del concepto carente de significado químico. Un ejemplo es la siguiente respuesta: Pues un equilibrio quí- mico es una forma de expresar en qué relación deben estar los reactivos y los productos para formar las cosas... Otra categoría de respuestas que aparece (13%), corresponde a la idea subyacente en los alumnos de que el equilibrio consiste en la posibilidad del desplazamiento del sistema en equilibrio, producto de un aprendizaje memorístico del principio de Le Chatelier. Veamos un prototipo de respuesta donde se observa esto: Pues, en todos los equilibrios químicos pienso que debe de haber una temperatura, una presión, un volumen constantes, deben de ser constantes porque si no, no tendría sentido la palabra equilibrio, tienen que ser constantes, luego siempre debe de haber la misma posibilidad de que un reactivo se convierta en producto y que un producto se convierta en reactivo y eso significa que están en equilibrio, la misma palabra lo dice, hay tantas posibilidades de que pase una cosa como la otra, por eso se encuentran en equilibrio. Las otras categorías corresponden a las respuestas que solamente mencionaron una característica macroscópica, la existencia de un proceso reversible (8%) o la composición constante del sistema (29%), y respuestas consideradas incodificables (21%).
«El gas pentacloruro de fósforo, PCl5 , se descompone a 30ºC en los gases tricloruro de fósforo, PCl3 , y cloro, Cl2 . La reacción se lleva a cabo en un erlenmeyer cerrado. Al cabo de un tiempo se comprueba que aún hay bastante PCl5 sin descomponer y que esta cantidad se mantiene. ¿Cómo se explica que la descomposición del PCl5 no continúe si el sistema sigue estando a 30ºC?	se busca ver la capacidad de los estudiantes para relacionar el comportamiento macroscópico del sistema en equilibrio con la explicación microscópica del mismo.	Se encuentra muy bajo el porcentaje de estudiantes (7%) que relacionan el comportamiento macroscópico del sistema en equilibro con una explicación microscópica. Con el fin de bajar el nivel de exigencia en las respuestas de esta categoría, consideramos también aceptables aquellas respuestas que solo hagan mención de la igualación de las velocidades de los dos procesos antagónicos o el carácter dinámico del equilibrio (aunque no hagan mención explícita del modelo elemental de reacción). Por ejemplo la siguiente respuesta: Porque se ha alcanzado el equilibrio en la reacción; existe la misma cantidad de PCl5 que se descompone en PCl3 y Cl2 que la cantidad de PCl3 y Cl2 que reaccionan para formar PCl5 (es decir, la reacción se desarrolla en ambos sentidos a la misma cantidad y velocidad). Aparece un número considerable de respuestas (52%) que sólo tienen en cuenta la explicación macroscópica en el sentido de que las sustancias reaccionan hasta alcanzar un estado final de equilibrio en el cual el sistema no cambia aunque quedan sustancias que pueden interaccionar (ideas de reacción no total y constancia de la composición). Por ejemplo la siguiente respuesta: Esto quiere decir que el sistema ha alcanzado el equilibrio. Al descomponerse en un erlenmeyer cerrado a 30ºC el compuesto no se descompone en su totalidad, sólo se descompone hasta que el gas alcance la presión que hay en el recipiente. Las demás respuestas se pueden considerar incodificables, ya que no aportan ninguna explicación válida. Por tanto, se observa que la enseñanza debe insistir más en el tratamiento cualitativo de la situación de equilibrio.
Se hicieron varios experimentos a determinada temperatura para determinar la constante de equilibrio, K, de la reacción N2 O4(g) →← 2NO2(g). Se encontró que el valor de K es 0,2. Explica qué significa este valor de la constante de equilibrio	se trata de detectar qué significa para los alumnos el valor de la constante de equilibrio.	Se encuentra muy bajo el porcentaje de estudiantes, 11%, que expresan el significado correcto de la constante de equilibrio en cuanto hacen alguna referencia a la extensión de la reacción directa frente a la extensión de la reacción inversa, por ejemplo la siguiente respuesta: Que el equilibrio no está muy desplazado en ninguno de los dos sentidos y que no tiende a irse hacia ninguno de los lados en particular. En cambio aparece un elevado número de respuestas, 72%, que muestra la visión operativa que tienen los estudiantes de la constante de equilibrio K, bien haciendo referencia a la relación entre cantidades de productos y reactivos como en el siguiente caso: Que la cantidad de productos es casi igual a la de reactivos y por eso da 0,2, no hay mucha diferencia entre las dos, o bien refiriéndose más concretamente a la expresión matemática de K: Al hacer el valor de K el segundo término va al cuadrado y por eso es menor que el primero, porque da 0,2 que es la división entre el segundo al cuadrado dividido el primero. Entre las demás respuestas, unas identifican la constante de equilibrio con la velocidad de reacción, por ejemplo en el siguiente caso: Pues el valor este quiere decir que más o menos van a la misma velocidad hacia el producto que hacia el reactivo o sea que más o menos se va consumiendo lo mismo que se produce, y otras identifican K con la concentración de las sustancias, por ejemplo: Supongo que será a cada temperatura los moles que reaccionan son esos por cada litro de mezcla.
«La ley del equilibrio quí- mico se aplica a cada reacción química y se concreta en la denominada ‘constante de equilibrio’. ¿De qué factores crees que depende esta constante de equilibrio?	se quiere valorar si los estudiantes saben que la constante de equilibrio depende de la naturaleza de las sustancias que interaccionan (no sólo de los reactivos sino también de los productos) y, en particular, de la forma en que se simbolice la interacción sustancial y de la temperatura a la cual se realiza el proceso.	Se encontró que el 7% de los estudiantes consideran solamente la temperatura como factor del cual depende la constante de equilibrio. Con el fin de ser más amplios en la aceptación de las respuestas consideramos estas respuestas correctas suponiendo que llevan implícito el conocimiento del esquema de la reacción (de hecho, todos los estudiantes utilizan el esquema de reacción cuando tienen que hacer cálculos de equilibrio químico). Veamos una respuesta prototípica de esta categoría: La Kc depende únicamente de la temperatura. Por otra parte, un alto porcentaje de estudiantes, 45%, considera que la constante de equilibrio depende de la concentración de las sustancias y de otras variables (el 33% incluye la temperatura), es decir existe en los estudiantes la idea de que K no es una constante sino una función de otras variables como se puede observar en la siguiente respuesta: La constante de equilibrio depende prioritariamente de la concentración de las sustancias que toman parte en una reacción química (reactivos y productos). Pero a su vez la concentración depende de otras variables o magnitudes físicas como el volumen, la cantidad, etc.». Las demás respuestas son algunas que no mencionan ni la temperatura ni la concentración, como por ejemplo: Un 116 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2003, NÚMERO EXTRA factor del que depende son los catalizadores, estos son la velocidad de la reacción con que llegan al estado de equilibrio», y otras respuestas que mencionan la temperatura y otras variables pero no la concentración. Consideramos importante destacar que, del total de respuestas, el 32% no tiene en cuenta la temperatura debido probablemente a un caso de reducción funcional que lleva a los estudiantes a considerar que K no depende de la temperatura, porque la temperatura no aparece en la fórmula de K (Viennot, 1992). De la misma manera, el alto número de respuestas que consideran que la constante de equilibrio depende de la concentración puede deberse a un caso de fijación funcional, al considerar a K como una función de las variables que aparecen en su fórmula matemática y no como lo que realmente es, una constante. Como se ha podido observar, los estudiantes aprenden muy poco sobre el significado cualitativo de la constante de equilibrio en cuanto al grado de avance de la reacción directa respecto al grado de avance de la reacción inversa, a una temperatura determinada, y lo mismo, muy poco aprenden sobre el campo de validez de K, pero en cambio aprenden bien la definición operativa de la constante de equilibrio y su aplicación en problemas cuantitativos, como consecuencia del operativismo imperante en la enseñanza de la química.
«Empleando un razonamiento diferente al del principio de Le Chatelier, cómo puedes explicar el sentido de evolución del equilibrio PCl5(g) →← PCl3(g) + Cl2(g), si agregamos PCl5(g) al sistema a V y T constante?	se trata de verificar si el alumno utiliza alguna estrategia diferente al principio de Le Chatelier para explicar el efecto de un cambio de concentración sobre un sistema en equilibrio. Se ha elegido esta perturbación del equilibrio por ser la más sencilla de razonar desde el punto de vista cinético y donde es común que se presente la fijación funcional de dicho principio, como forma de razonamiento, que puede estar basada en una metodología de sentido común caracterizada por la certidumbre, por contestaciones rápidas y seguras, por la ausencia de dudas en sus razonamientos y la no consideración de soluciones alternativas (Furió, 1997).	Solamente el 6% de los alumnos utilizó la teoría de los choques eficaces para explicar sus respuestas, veamos el siguiente ejemplo: Al haber más concentración de las moléculas de pentacloruro hay más posibilidad de que choquen entre ellas y de que choquen con las demás partículas del equilibrio, por eso va la reacción hacia la derecha, porque al haber más choques se dividen las moléculas, al haber más moléculas es más fácil que choquen para que se dividan, la frecuencia es mayor. Con este bajo porcentaje, nuevamente se confirma que los estudiantes no establecen relación entre el comportamiento macroscópico de un sistema en equilibrio y la reversibilidad microscópica. Un número considerable de alumnos, 46%, utiliza correctamente como estrategia la comparación de la constante de equilibrio con el cociente de reacción para explicar el efecto del cambio de concentración sobre el sistema en equilibrio, por ejemplo en la respuesta: Si se le añade PCl5 , entonces la Q tiene que ser menor que la constante de equilibrio, entonces para que se compense los productos tienen que aumentar y entonces la reacción va para la derecha. A pesar de haberse solicitado en el enunciado utilizar una estrategia diferente al principio de Le Chatelier, un número apreciable de alumnos, 37%, lo utiliza en sus respuestas lo cual muestra la fijación funcional que tienen los alumnos en la utilización de este principio, veamos el siguiente ejemplo: El sistema evoluciona hacia la derecha porque aumenta la cantidad que se encuentra en la izquierda y entonces va hacia el otro lado y como el volumen y la temperatura pues son constantes, tiene que ir en esa dirección. Las demás respuestas se clasificaron como incodificables por no corresponder a ninguno de los indicadores considerados como significativos.