Resumen de: "ERRORES CONCEPTUALES EN EL ESTUDIO DEL EQUILIBRIO QUÍMICO: NUEVAS APORTACIONES RELACIONADAS CON LA INCORRECTA APLICACION DEL PRINCIPIO DE LE CHATELIER" de J. Quílez Pardo y V. Sanjosé López.

INTRODUCCION

Ha sido grande el estudio en torno a la existencia de errores conceptuales en estudiantes y profesores. Estos estudios buscan dar respuesta a preguntas como: cuáles son estos errores, por qué se originan, cómo deben ser tratados y como evitarlos o superarlos.

En este trabajo intentará dársele respuesta a algunas de las preguntas que surgen en torno al principio de Le Chatelier.

ERRORES CONCEPTUALES Y DIFICULTADES DE APRENDIZAJE RELACIONADOS CON EL CONCEPTO DE EQUILIBRIO QUÍMICO

Las principales dificultades de aprendizaje y de errores conceptuales se deben s los siguientes aspectos:

El concepto de equilibrio químico es uno de los más difíciles de enseñar. Esto, debido a la naturaleza abstracta del mismo, y a que se requiere el conocimiento previo de un gran numero de conceptos relacionados con él.

a) Incorrecta interpretación de la doble flecha. b) Errores relacionados con el carácter dinámico del equilibrio. c) Compartimentación del equilibrio. d) Confusiones debido a la estequiometría.

h) Errores en la predicción de la evolución de un sistema en equilibrio por un cambio de las magnitudes que lo definen: principio de Le Chatelier.

e) Errores en el estudio de equilibrios heterogéneos: dificultades masa-concentración y aplicación incorrecta del principio de Le Chatelier. f) Dificultades con la constante de equilibrio.

g) Errores acerca del efecto de los catalizadores sobre el equilibrio.

Estos errores conceptuales se deben en su mayoría por ideas inducidas a través de la enseñanza, es decir, que no surgen de manera espontánea. Puede deberse a errores en analogías que tanto los profesores como los libros que se utilizan para enseñar el concepto de equilibrio químico usan o por problemas en el lenguaje.

Otra dificultad se relaciona con la deficiente resolución de problemas, que puede deberse a un tratamiento superficial del problema al que no se le realiza el correcto control de las variables y además, se emplean estrategias de resolucion de tipo al algorítmico que no cuestionan su validez y otorga resultados pocas veces analizados.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Los aspectos más problemáticos a los que se enfrentan los investigadores al estudiar el equilibrio químico son: realizar la correcta comprensión del principio de Le Chatelier y su correcta utilización.

El principio de Le Chatelier es limitado, vago y ambiguo. Por lo que se ha empleado un tratamiento termodinámico mediante la utilización de una constante de equilibrio que evita los inconvenientes. Aún así, algunos libros de química general ignoran las deficiencias.

Al hecho del deficiente planteamiento didáctico que realizan muchos libros de química general y al tratamiento superficial y algorítmico en la resolución de problemas, hay que sumarle la importancia que se le otorga al momento de evaluar a los alumnos. En gran parte de las evaluaciones que se realizan no se consideran todas las variables, por lo que genera ambigüedad en la respuesta correcta.

Hay que recalcar que la utilización del principio de Le Chatelier es incorrecta para el caso de adición o eliminación de un sólido en equilibrios heterogéneos. Demás está decir que este principio sólo se utiliza sobre sistemas que se encuentran en equilibrio. sin embargo, hay libros que piden que se utilice esta regla sobre sistemas que no se encuentran en equilibrio químico.

OBJETIVOS E HIPÓTESIS

A pesar de que se discute la validez del principio de Le Chatelier, sigue siendo presentado de forma simplificada, por lo que se considera como infalible. Ésto, sumado al aprendizaje memorístico y algorítmico con el que se enseña para resolver problemas de equilibrio químico, genera errores conceptuales al momento de estudiar el tema señalado.

Este estudio se centrará en aquellos errores que pueden surgir por la incorrecta aplicación o comprensión del principio de Le Chatelier.

DISEÑO EXPERIMENTAL

Un cuestionario de cinco problemas se le administró a 3 grupos de estudiantes ya familiarizados con los conceptos de equilibrio químico. Estas cuestiones plantean situaciones en las que el principio de Le Chatelier no tiene aplicación, se encuentra limitado o da lugar a predicciones incorrectas del sentido de evolución de un sistema en equilibrio que ha podido ser perturbado.

Realizaremos el estudio de dos de los cinco problemas planteados en el paper de investigación.

ÍTEM 1

Supone la adición a un sistema en equilibrio químico, a presión y temperatura constantes, de uno de los reactivos que participan en la reacción.

Al aplicar el principio de Le Chatelier se obtienen dos respuestas contradictorias. Por un lado, si bien la presión total se mantiene constante, la adición de N2(g) produce un aumento en su presión parcial, mientras que la del H2 disminuye, produciéndose dos efectos contrapuestos. A una conclusión idéntica puede llegarse si se tiene en cuenta la variación del volumen del reactor.

ÍTEM 2

Consta de dos apartados:

a) Adición de una pequeña cantidad de sólido a un equilibrio heterogéneo.

b) Adición a ese sistema de un gas inerte a volumen y temperatura constantes.

Un error conceptual muy extendido es la aplicación del principio de Le Chatelier a equilibrios heterogéneos por la variación en la cantidad de una de las sustancias sólidas.

Un estudiante puede tratar de utilizar el principio de Le Chatelier de la siguiente forma (Driscoll 1960): "La adición de un gas inerte, a volumen y temperatura constantes, incrementará la presión del sistema. El principio de Le Chatelier indica que el sistema se acomodará para lograr disminuir ese incremento de presión. Para lograrlo, se supone la formación de un menor número de moléculas en una mayor extensión que en el equilibrio inicial" .Para resolver correctamente la b), basta con considerar inicialmente la expresión de la constante de equilibrio y realizar los razonamientos que se deben en función de la misma.

En el ítem 1, un 79% de los estudiantes predice un aumento en la cantidad de amoniaco. Todas esas respuestas se apoyan en el principio de Le Chatelier y entre éstas, un 10% utiliza la constante de equilibrio para apoyar su argumentación. ninguna de las respuestas presentó una discusión adecuada. Algunas contestaciones mostraron dificultades a la hora de expresar la constante de equilibrio y en otras (11%) se indicó que el nitrógeno añadido permanecería en exceso, sin producir desplazamiento, al no existir suficiente hidrógeno para reaccionar.

En el ítem 2, un 73 % utilizó el principio de Le Chatelier para responder la 2a. En algunas respuestas se encontraron confusiones relacionadas con el error conceptual masa-concentración y la incorrecta expresión de la constante de equilibrio. Un 24% realiza una predicción acertada, aunque sólo el 19% es capaz de explicarla correctamente, basando su argumentación en la constante de equilibrio. El otro 5% indica que un cambio en la cantidad de sólido no afecta a equilibrios heterogéneos.

Para la 2b, un 22% de los estudiantes utilizó el razonamiento de Driscoll. Un 65% señaló que ningún cambio ocurriría, aunque sólo un 8% proporcionó una explicación adecuada, aunque ninguna aludió de manera específica a la constante de equilibrio. El otro 57% indicó que no se produciría ninguna variación sobre el equilibrio, ya que no reacciona con ninguna de las sustancias químicas que participan en el mismo.

CONCLUSIONES

Si bien se ha discutido en un gran número de trabajos y libros sobre la existencia de errores conceptuales y de resolución de problemas al momento de enseñar el concepto de equilibrio químico, existe una gran disociación entre la investigación educativa y la realidad escolar. Tal como se analizó en este trabajo, los conceptos sen enseñados y aprendidos de manera memorística, utilizando algoritmos, los que carecen de significado para los estudiantes.

Resumen de las dificultades y errores conceptuales encontrados en este trabajo:

a) El principio de Le Chatelier se utiliza como principio infalible tanto en situaciones donde no tiene aplicación como en aquellas en las que se encuentra limitado.

b) Escaso conocimiento del rango de aplicación de las leyes y principios, así como dificultad de un control riguroso de variables.

c) Uso limitado de la ley de equilibrio químico.

d)Dificultad de transferir los principios de equilibrio químico a nuevas situaciones.

-Isidora