Compuestos y Moléculas

El uso adecuado de las palabras es fundamental para la comunicación, y en la ciencia esto no es una excepción (^{Reina et al., 2022}). En química es crucial nombrar correctamente cada entidad y cada especie química que se evoque. Sin embargo, y en parte debido a que la terminología química ha cambiado con el tiempo, es frecuente encontrar confusiones entre conceptos como elementos, átomos, moléculas y compuestos (^{Birch, 2015}; ^{Tsaparlis et al., 2010}; ^{Griffiths & Preston, 1992}; ^{Myers, 2012}; ^{Reina et al., 2022}). Taber y Othman, entre otros, señalan que frecuentemente los alumnos representan el cloruro de sodio con moléculas de fórmula NaCl en lugar de hacerlo por una estructura cristalina tridimensional (^{Taber, 2002a}; ^{Taber, 2002b}; ^{Othman et al., 2008}; ^{Barke, 2013}; ^{Toplis, 2008}; ^{Donaghy & Saxton, 2012}). Más aún, los estudiantes tienden a transferir propiedades del bulto a las partículas que lo conforman, afirmando que una sola molécula tiene propiedades físicas macroscópicas (^{Taber, 2002a}; ^{Taber, 2002b}; ^{Othman et al., 2008}; ^{Barke, 2013}). Es común igualmente el uso indistinto de las palabras molécula y elemento, incluso entre educadores de la química, por ejemplo Talanquer y Kahveci, aseguran que el octaazufre (S₈) es el elemento azufre en vez de una molécula (^{Stains & Talanquer, 2013}; ^{Kahveci, 2009}: ^{Stains & Talanquer, 2007}). Con el objetivo de paliar estos conceptos erróneos, diseñamos Compuestos y Moléculas.

En Compuestos y Moléculas, dos jugadores se enfrentan para intentar descubrir la carta del oponente realizando preguntas cerradas (^{Reina et al., 2022}). Está basado en el famoso juego de Milton Bradley, ¿Adivina Quién?, y se juega de forma similar; además está disponible en español e inglés. La principal diferencia radica en que, en vez de descubrir un personaje a partir de sus características, los jugadores deben atinar a encontrar el sistema químico de su adversario a partir de sus propiedades. Por turnos, los jugadores hacen preguntas acerca del sistema de su adversario y con base en la respuesta, van eliminando aquellas sustancias que no cumplen con dicha característica. El juego consta de 50 posibles compuestos o moléculas y está diseñado para incluir siete distintos aspectos acerca de las sustancias:

El juego es versátil y abierto, por lo que preguntas relacionadas con el tipo de átomos o al tipo de enlace también son posibles. Para mostrar que el juego está bien balanceado con respecto a la jugabilidad, la Figura 1 presenta un diagrama de Venn-Euler en el que se muestran los sistemas químicos en sus diferentes categorías (elementos, moléculas, compuestos y sus correspondientes intersecciones).

Reprinted with permission from J. Chem. Educ. 2022, 99(3), 1266-1271. Copyright 2022 American Chemical Society.

Figura 1 Diagrama de Venn-Euler para las categorías de molécula/ ambos/compuesto/ para cada una de las especies químicas presentes en el juego Compuestos y Moléculas: 12 moléculas, incluyendo el helio (He), 15 compuestos y 23 moléculas/compuestos (^{Reina et al., 2022}).  

En particular, el juego permite hacer una clara distinción entre sustancias formadas por moléculas y sustancias formadas por compuestos. Las especies formadas por moléculas son aquellas cuyas entidades químicas tienen un número finito de enlaces químicos (^{Reina et al., 2022}). Mientras que, las especies formadas por estructuras reticulares o por moléculas constituidas a partir de átomos de distintos elementos pueden considerarse como compuestos. De esta manera, el cloro molecular, formado por entidades de fórmula Cl₂, está formado por moléculas. Por su parte, las entidades que forman el ácido fluorhídrico, de fórmula HF, pueden clasificarse como moléculas, pero también como compuestos, ya que están formados a partir de átomos de dos elementos distintos: hidrógeno y flúor. Finalmente, el cloruro de sodio no está formado por moléculas, sino por una estructura reticular cristalina de iones Na+ y Cl-, por lo que sólo puede clasificarse como compuesto, y en la que su fórmula química corresponde a la relación de iones presentes en el sistema. Otros aspectos interesantes que el juego permite discutir en clase con los alumnos son los alótropos de carbono, que evidencian las diferencias estructurales y fisicoquímicas de las especies C₆₀ y C_diamante, lo que demuestra claramente que una especie formada por átomos de un mismo elemento no es el elemento en sí (^{Birch, 2015}; ^{Reina et al., 2022}; ^{Reina et al., 2022}). Un caso muy particular es el del helio, de fórmula He, ya que está formado por átomos aislados de helio. Estas entidades también pueden ser consideradas moléculas de helio, incluso si no forman enlaces químicos (^{Reina et al., 2022}). Se discute también que, entre las especies con estructuras reticulares, no todas forman enlaces iónicos. Mientras que CaF₂ es un compuesto iónico, SiO₂ es un compuesto covalente. La diferencia en la geometría y la polaridad de especies como SiF₄ y SeF₄, permite la introducción del tema de Teoría de Repulsión de los Pares Electrónicos de la Capa de Valencia (TRPECV) (Figura 2).

Reprinted with permission from J. Chem. Educ. 2022, 99(3), 1266-1271. Copyright 2022 American Chemical Society.

Figura 2 Ejemplos de especies químicas presentes en el tablero del juego (los colores azul y rojo son para los jugadores 1 y 2) (^{Reina et al., 2022}). 

Para examinar la utilidad del juego, se realizaron diferentes partidas. Primero entre profesores de las asignaturas de Química General I y II de la Facultad de Química de la UNAM, en la que los docentes pudieron conocer y evaluar el juego. A continuación, un pequeño grupo de estudiantes (18) del primer semestre de la carrera probaron el juego y lo evaluaron. Al terminar de jugar, tanto docentes como estudiantes evaluaron Compuestos y Moléculas, respondiendo una encuesta de 10 preguntas con una escala de tipo Likert (^{Likert, 1932}), utilizando las aseveraciones planteadas por da Silva Júnior (^{da Silva Júnior et al., 2019}), que se encuentran divididas en diferentes categorías: jugabilidad, contenido y utilidad. En cada una de las categorías evaluadas, el juego fue evaluado de manera muy positiva tanto por los docentes como por los alumnos (^{Reina et al., 2022}). Adicionalmente, los estudiantes respondieron un examen diagnóstico antes y después de jugar, en el que se observó un incremento en su capacidad para distinguir correctamente entre especies químicas formadas por moléculas o por compuestos. Estos resultados prometedores apuntan a que Compuestos y Moléculas representa un instrumento didáctico para promover el aprendizaje y la discusión de diversos temas de química general. La dinámica del juego estimula a los alumnos a reflexionar y discutir acerca de la naturaleza de las entidades químicas que conforman a las sustancias, pero también acerca de otras propiedades fisicoquímicas. Al ir descartando sustancias conforme sus preguntas son respondidas, el alumno entrena su capacidad lógica mientras descubre características de ciertas especies químicas y aprende a categorizarlas.

MET-orgánica

La terminología química, como quedó mostrado en el caso anterior, es clave para poder transmitir correctamente los fenómenos macroscópicos y su interpretación mediante modelos submicroscópicos (^{Talanquer, 2011}; ^{Johnstone, 1991}; ^{Reina et al., 2022}). Uno de los aspectos más complicados de enseñar y aprender, es la nomenclatura de los compuestos orgánicos e inorgánicos (^{Skonieczny, 2006}; ^{Lind, 1992}; ^{Report of the Organic Subcommittee of the Curriculum Committee, 1972}; ^{Loeffler, 1989}; ^{Eggert et al., 1992}; ^{Orvis et al., 2016}; ^{Fendos, 2021}; ^{Mullin & Courtney, 1996}; ^{Childs & Sheehan, 2009}; ^{Markow & Lonning, 1998}; ^{Nakhleh, 1992}; ^{Bojczuk, 1982}; ^{Ratcliffe, 2002}; ^{Pungente & Badger, 2003}; ^{Fautch, 2015}). A pesar de la necesidad e importancia de nombrar correctamente los compuestos para facilitar la comunicación entre pares, se ha demostrado que existe un importante número de obstáculos para el aprendizaje de la nomenclatura química por parte de los estudiantes de los primeros semestres de las carreras de química (^{Gómez-Moliné et al., 2008}). Más aún, estos obstáculos impactan directamente en el seguimiento del temario por parte de los alumnos, que al no comprender el lenguaje en el que sus profesores se expresan, son incapaces de seguir el ritmo del curso. Algunos de los principales obstáculos que se han encontrado son: la confusión de las reglas y el aprendizaje memorístico, el aislamiento del tema de nomenclatura del resto de los conceptos, la falta de motivación para aprender algo que en principio parece o muy complejo o inútil y el gran número de excepciones a las reglas de nomenclatura que dificultan su uso (^{Gómez-Moliné et al., 2008}). En este contexto, diseñamos MET-orgánica, un juego educativo para aprender nomenclatura orgánica.

MET-orgánica es un juego de cartas de química orgánica, para 2 a 10 jugadores, basado en el famoso juego UNO (^{García-Ortega et al., 2022}). El objetivo del juego es que un jugador logre deshacerse de las cartas que tiene en la mano colocándolas en la pila central. El juego se encuentra disponible en español, francés e inglés y en cuatro niveles de dificultad diferentes. A diferencia del UNO, en el que hay una correspondencia entre el número o el color de la carta que se juega con la carta del centro, en MET-orgánica se deben hacer coincidir el número de carbonos de la molécula o el grupo funcional al que pertenece. Las cartas están dividas en compuestos de 4 a 7 carbonos y pertenecientes a los 11 principales grupos funcionales. Los grupos funcionales presentes en el juego son los más comunes y los que se trabajan en la asignatura de Química Orgánica I: alcanos, alquenos, alquinos, alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, ésteres, éteres, aminas y amidas.

Para cada grupo funcional y cada número de carbonos, existen dos cartas correspondientes a dos isómeros. Por ejemplo, para los alcanos C4, las cartas butano y 2-metilpropano integran el mazo. Cada carta incluye el nombre de la molécula, su fórmula molecular, el grupo funcional al que pertenece, el número de carbonos que tiene y la representación molecular de enlace-línea. De esta manera, al jugar, los estudiantes pueden familiarizarse con los grupos funcionales, pero también con la nomenclatura orgánica (Figura 3).

Reprinted with permission from J. Chem. Educ. 2022, 99(5), 1948-1956. Copyright 2022 American Chemical Society.

Figura 3 Ejemplos de cartas en MET-organica (^{García-Ortega et al., 2022}). 

Además de las 88 cartas de moléculas, se diseñaron 20 cartas de acción que dotan al juego de dinamismo, al tiempo que permiten a los docentes tratar otros temas de química orgánica (Figura 4):

Reprinted with permission from J. Chem. Educ. 2022, 99(5), 1948-1956. Copyright 2022 American Chemical Society.

Figura 4 Ejemplos de las cartas de acción en MET-organica (^{García-Ortega et al., 2022}).  

Aunado a esto, se diseñaron otros tres mazos de 108 cartas correspondientes cada uno a un nivel de dificultad diferente: principiante (carbón), experto (grafito), legendario (diamante) y supremo (nanotubo de carbono). Conforme el nivel de dificultad aumenta, disminuye la información en las cartas. Mientras que en el nivel carbón, toda la información se encuentra presente en las cartas, en el nivel diamante, el jugador debe ser capaz de contar el número de carbonos y de identificar el grupo funcional sin ayuda (Figura 5).

Reprinted with permission from J. Chem. Educ. 2022, 99(5), 1948-1956. Copyright 2022 American Chemical Society.

Figura 5 Ejemplos de las cartas MET-organica en los diferentes niveles disponibles: principiante (carbón), experto (grafito), legendario (diamante) y supremo (nanotubo de carbono) (^{García-Ortega et al., 2022}).  

El juego, en su nivel carbón, fue probado con 62 alumnos de los primeros semestres de la Facultad de Química de la UNAM. Ninguno de los estudiantes había cursado química orgánica a nivel universitario antes de probar el juego. Además de contestar una encuesta de tipo Likert como en el juego mostrado anteriormente, los alumnos contestaron preguntas para generar una escala de compromiso del usuario (User Engagement Scale) tal y como propone Hall (^{O’Brien et al., 2018}). Este tipo de escalas muestra el agrado del usuario en distintos aspectos que incluyen la sensación de inmersión durante el juego, la facilidad para jugar, el aspecto estético del material y la sensación de qué tan valioso y gratificante es realmente el juego. Los resultados de ambas encuestas fueron sobresalientes en todos los aspectos, demostrando que el juego es atractivo, útil y divertido (Figura 6).

Reprinted with permission from J. Chem. Educ. 2022, 99(5), 1948-1956. Copyright 2022 American Chemical Society.

Figura 6 Respuestas de los estudiantes a la escala de compromiso del usuario para MET-orgánica (^{García-Ortega et al., 2022}).  

Asimismo, los estudiantes respondieron una evaluación diagnóstica antes y después de jugar MET-orgánica. Puesto que ningún estudiante había cursado ninguna asignatura universitaria de química orgánica, tenían como mucho algunas nociones básicas de bachillerato. En ese sentido, es normal que los resultados previos arrojen que los estudiantes no fueran capaces de identificar grupos funcionales ni de nombrar compuestos orgánicos. En contraste, después de jugar se aprecia un incremento importante en la capacidad que tienen para realizar estas dos tareas. Observamos, sin embargo, que el error más común entre el alumnado es confundir algunos grupos funcionales como éteres y ésteres, o aldehídos y cetonas. Además de revelar una clara mejora en el aprendizaje, los alumnos lograron responder acertadamente preguntas acerca de las cartas de acción. Muchos de ellos fueron capaces de nombrar un carbono de tipo inorgánico, conocían disolventes de uso común en el laboratorio y pudieron identificar algunos organocatalizadores. Esto demuestra que el juego, además de ayudar a identificar grupos funcionales y nombrar compuestos orgánicos, permite abordar y discutir otros aspectos de química orgánica en el aula de clase. En conclusión, MET-orgánica es un juego divertido, atractivo y fácil de jugar. Se trata de un instrumento pedagógico eficiente, tal y como muestran los resultados previos y posteriores de los estudiantes, en los que se ilustra una clara mejora en el aprendizaje. Más aún, el juego permite abordar diversos tópicos de química orgánica más allá de la identificación de grupos funcionales y de nomenclatura, haciéndolo versátil y valioso. Por último, ayuda a generar comunidad entre el alumnado, tal y como se indica en la escala de compromiso del usuario.

Unit Kemps

Desde la antigüedad, los seres humanos han tenido necesidad de medir magnitudes físicas. Las primeras unidades hacían referencia al cuerpo humano, el cúbito es la distancia del antebrazo entre el codo y la última falange del dedo medio; la yarda, definida en el siglo XV, es la distancia entre la nariz de un hombre y la última falange del dedo medio de su brazo estirado (^{McGlashan, 1968}). Para garantizar la homogeneidad de las mediciones y favorecer el intercambio mercantil en Europa, se adoptó el sistema métrico poco después de la Revolución francesa de 1897 (^{Anderton & Bigg, 1969}). Muchos esfuerzos se han realizado desde entonces para tener medidas y unidades estándar, de allí la generación de la Conferencia General de Pesos y Medidas (Conférence Générale des Poids et Mesures, CGPM) que constituyó el Sistema Internacional de Medidas (^{International Bureau of Weights and Measures [BIPM], 2018}; ^{Giunta, 2019}; ^{BIPM, 2018}). A cada magnitud física, le corresponde un símbolo, una unidad con su respectivo símbolo, y un instrumento de medida (^{Davies & Moore, 1980}). En ciencia, es crucial describir fenómenos físicos y químicos de manera clara y precisa, y poder cuantificar las magnitudes observadas mediante el uso de unidades. A pesar de que este tema es básico y fundamental para poder expresar fenómenos macroscópicos y submicroscópicos, se ha observado repetidamente que estudiantes de los primeros semestres de la formación universitaria no dominan los conceptos de magnitudes y unidades (^{Guggenheim, 1958}). Comúnmente los estudiantes usan indistintamente las magnitudes (masa) y unidades (gramos) para expresarse, lo que implica que no entienden conceptualmente la diferencia: “Los gramos de sulfato de sodio se miden con una balanza”. Para tratar de resolver estos conceptos erróneos, diseñamos un juego educativo que busca hacerles ver la diferencia entre magnitudes y unidades (^{Lhardy et al., 2022}).

Unit Kemps es un juego de cartas basado en el clásico juego francés Kemps. Unit Kemps se juega de 2 a 8 jugadores, por parejas. Cada jugador tiene 4 cartas en la mano y hay 4 cartas en el centro. Sin necesidad de tomar turnos, cada jugador puede intercambiar una de sus cartas por una del centro. Cuando todos los jugadores aceptan, las cartas del centro se retiran y se colocan cuatro nuevas cartas. El objetivo del juego es conseguir cuatro cartas de la misma propiedad: magnitud, símbolo, unidad y su respectivo símbolo e instrumento de medición (Figura 7). Al conseguir 4 cartas emparejadas, el jugador debe hacer una señal discreta a su compañero, que a su vez debe decir “Unit Kemps” para ganar un punto. En este sentido, a partir de un clásico mazo, se diseñaron 52 cartas correspondientes a 13 magnitudes físicas y químicas, incluyendo las 7 magnitudes fundamentales pertenecientes al Sistema Internacional de unidades (Tabla 1). Además de estas magnitudes, se diseñaron cartas suplementarias para que cada profesor pueda discutir temas distintos como propiedades eléctricas (resistencia eléctrica, potencial eléctrico) o magnitudes importantes en química (molaridad, molalidad y pH).

Reprinted with permission from J. Chem. Educ. 2022, 99(5), 3170-3176. Copyright 2022 American Chemical Society.

Figura 7 Ejemplo de cuatro cartas emeparejas de Unit Kemps (^{Lhardy et al., 2022}).  

Al igual que para MET-orgánica, estudiantes de la Facultad de Química de la UNAM contestaron preguntas de tipo Likert y la escala de compromiso del usuario. En ambos aspectos, el juego fue altamente evaluado como un instrumento divertido, estético, relevante y valioso. Por su parte, la evaluación diagnóstica antes y después de jugar Unit Kemps, reveló el impacto en el aprendizaje de los alumnos (Figura 8). Las pruebas, previo y posterior, consistieron en dos ejercicios. El primero en responder una serie de preguntas de verdadero o falso, y el segundo en completar una tabla acerca de 7 magnitudes físicas o químicas. Mientras que, en el primer ejercicio, no hubo una diferencia significativa antes y después de jugar, en el segundo ejercicio se observan resultados contrastantes. Antes de jugar Unit Kemps, solamente 6% de los estudiantes pudo completar correctamente la tabla (15 respuestas correctas de 21), mientras que después de jugar, la proporción se incrementó a 85%. Los errores más comúnmente encontrados fueron confundir el símbolo del potencial eléctrico (U) con el símbolo de su unidad (V), y asociar correctamente que la intensidad de la corriente eléctrica (I) se mide con un amperímetro. Estos resultados son muy prometedores y muestran que Unit Kemps puede ser una herramienta útil para docentes y estudiantes de cualquiera de las ramas científicas.

Reprinted with permission from J. Chem. Educ. 2022, 99(5), 3170-3176. Copyright 2022 American Chemical Society.

Figura 8 Resultados de los estudiantes antes y después de jugar Unit Kemps (^{Lhardy et al., 2022}).  

Para realizar una lectura mucho más precisa, se invita al lector interesado a revisar las referencias: ^{Reina et al., 2022}; ^{García-Ortega et al., 2022} y ^{Lhardy et al., 2022}. 74, 75 y 76.

Proyecto de fin de cursos en el Laboratorio de Química Inorgánica I

La asignatura de Química Inorgánica I es para muchos estudiantes de la Facultad de Química, la última asignatura del Departamento de Química Inorgánica y Nuclear en la que se inscribirán. En ese sentido, se trata de una asignatura crucial que aborda, desde la óptica de la Química Inorgánica, numerosos temas y conceptos referentes a la estructura atómica y su relación con las propiedades periódicas, como herramienta fundamental en el estudio de las propiedades físicas y químicas de las sustancias inorgánicas, a la explicación del comportamiento de las sustancias a partir de principios químicos fundamentales, y a la descripción de los materiales desde el punto de vista estructural y de reactividad química empleando modelos pertinentes que permitan explicar las diferentes propiedades macroscópicas, entre otros. En este contexto, en las sesiones de laboratorio, se promueve el análisis crítico, la discusión reflexiva y la pertinencia de adagios comunes o de ideas ampliamente difundidas a partir de experiencias prácticas orientadas a descubrir, vincular y resaltar la importancia de la Química Inorgánica dentro del marco de la generación del conocimiento científico.

En la Facultad de Química, los grupos de laboratorio de la asignatura de Química Inorgánica I se componen de alrededor de 18 estudiantes de todas las carreras y durante el semestre se llevan a cabo entre 10 y 14 prácticas diferentes, destinadas a responder experimentalmente diversas cuestiones de reactividad en general. Para el grupo de laboratorio 26 del semestre 2021-1, que se impartió en línea con las enormes dificultades que eso conllevó, pues la experimentación fue imposible, se llevó a cabo un proyecto final de semestre con la finalidad de integrar el conocimiento aprendido a lo largo del semestre. El proyecto trató de generar un “Escape room” (Sala de escape) digital integrando al menos un conocimiento o aprendizaje importante de cada una de las prácticas vistas en clase. Un “Escape room” o sala de escape es un juego que se desarrolla en una habitación de la que se debe salir o escapar, resolviendo una serie de acertijos concatenados de diferente dificultad antes de que el límite de tiempo, generalmente una hora, se cumpla. Se trata de un juego colaborativo, es decir, que se juega en equipos de 3 a 6 personas normalmente, y apto para todos los públicos en los que una parte importante es la temática de la sala. Normalmente, el cuarto está ambientado en algún género popular: misterio, terror, aventuras, fantasía, ciencia ficción, y los acertijos pueden ser tanto físicos como cognitivos. A diferencia de los “Escape rooms” comerciales en los que no se requiere de ningún conocimiento o habilidad específica para resolverlos, en el proyecto desarrollado por los estudiantes del grupo 26, para resolver los enigmas y rompecabezas, se requería de los conocimientos aprendidos durante el semestre. De hecho, una de las reglas fue que algún conocimiento de cada una de las prácticas estudiadas se viera plasmado en el juego. En el grupo había 17 estudiantes inscritos, por lo que se organizaron 4 equipos, 3 equipos de 4 integrantes y uno de 5 estudiantes. En este trabajo, se presentará de forma sucinta el trabajo del equipo ganador, resaltando dos cuestiones principalmente: la complejidad de los acertijos diseñados, y la capacidad de los estudiantes para integrar conocimiento y plasmarlo en un juego.

Los estudiantes Axel Aguilar, Nayeli Arroyo, Joshua García y Gabriel Hernández, de segundo año de la carrera, nombraron a su escape room Infierno orbital (Figura 9), mismo que se sitúa en un ambiente espacial del género de ciencia ficción y terror muy parecido al de Alien: el octavo pasajero, película dirigida por Ridley Scott y estrenada en 1979. En Infierno orbital, la Tierra ha sido declarada inhabitable e inhóspita, por lo que una expedición de científicos mexicanos de la UNAM seleccionados por la NASA viaja al espacio para determinar si en un planeta lejano llamado Nova, existen las condiciones necesarias para la vida, y así poder habitarlo. Al llegar, la expedición se ve confrontada a la presencia de un ser maligno que buscará matarlos y destrozar su nave, haciendo la misión estéril.

Figura 9 Portada del “Escape room” Infierno orbital. 

En lo que prosigue se presentará un acertijo situado a la mitad de la misión. Además, se presentará su respuesta intentando poner de relieve cómo, a través del juego, los estudiantes son capaces de integrar conocimiento al tiempo que proponer material lúdico-didáctico interesante.

Acertijo 1 y su resolución.

Enunciado:

Ahora analizarás la sangre del alien, y por la batalla anterior sabes que su sangre es muy corrosiva. En el equipo que conforma la expedición saben que los ácidos y bases fuertes pueden ser corrosivos, por lo que, infieren que la sangre se compone de este tipo de sustancias, pero no saben cuál en específico. Para comprobarlo, tratan la sangre con diferentes sustancias. Primero, prueban agregando ácido hipocloroso a una muestra de sangre en disolución acuosa, y observan el desprendimiento de un gas verde. Posteriormente, a otra muestra de sangre en disolución, añaden unas gotas de hidróxido de sodio, y observan la formación de un sólido insoluble naranja. Por último, pretenden analizar qué tan corrosiva es la sangre del alienígena, por lo que introducen un trozo de plata a la sangre en disolución, y observan cómo se desprende un gas color ámbar. Después de realizar las pruebas, ¿la sangre es ácida o básica? Propón justificadamente la composición principal de la sangre del alien y explica ¿cuál es el papel de la especie que forma el sólido insoluble en la sangre?

Respuesta: La sangre tiene una composición ácida, más precisamente está constituida por agua regia (HCl y HNO₃) y por iones Hg²⁺ disueltos.

Se sabe que hay HCl porque al reaccionar con HClO forma Cl₂ (gas verde) en la reacción representada por la ecuación:

Además, la existencia de ácido nítrico, HNO₃, queda demostrada en el experimento de oxidación de la plata por el agente oxidante, NO₃-, y la producción de un gas ámbar (NO₂). La siguiente ecuación química representa dicho fenómeno:

Finalmente, se puede advertir la presencia del catión Hg²⁺, pues al reaccionar la sangre del alienígena con NaOH, se forma un sólido insoluble que corresponde al hidróxido de mercurio(II), según la ecuación:

La función de Hg²⁺ es que, al ser un catión ácido, debido a su alta electronegatividad, puede hidrolizar el escaso contenido de agua en la sangre de acuerdo con la ecuación tipo:

Por lo que contribuye todavía más (aunque de forma muy marginal) a la acidez de la sangre de la criatura.

Este es uno de los 12 acertijos propuestos por el equipo en el juego Infierno orbital. Cabe mencionar que no todos tienen la misma dificultad, hay algunos directos y que sirven para reforzar conocimiento básico, y otros como el que se presenta en este trabajo, que demuestra la imaginación, la creatividad y el trabajo de integración del conocimiento en un caso imaginario, pero académicamente válido. Para descifrar la composición de la sangre del alienígena se deben tener conocimientos sólidos de varias prácticas realizadas en el laboratorio (^{UNAM, 2023}).

Cursos intersemestrales extracurriculares

En los intersemestres 2022-1 y 2022-2 se llevaron a cabo sendos cursos intersemestrales extracurriculares titulados: Un acercamiento lúdico a conceptos básicos de Química y La química a partir de la elaboración de material lúdico didáctico. La oferta de cursos extracurriculares en la Facultad de Química es muy variada y cada intersemestre los estudiantes interesados aprovechan parte del periodo vacacional para completar su formación de muy diversas maneras. En ese sentido, los cursos propuestos cumplen el objetivo principal de este tipo de actividades académicas. El primer curso contó con la asistencia de 80 estudiantes y se centró en que los estudiantes probaran el juego de MET-orgánica y aprendieran el tema de grupos funcionales, mientras que el segundo con 16 participantes, y derivado de la muy grata experiencia mencionada en la sección anterior, tuvo la intención de poner a los estudiantes al centro de su aprendizaje al retarlos a proponer, diseñar y generar juegos de química. El primer curso extracurricular fue un éxito porque se pudo demostrar la eficacia de los juegos como herramientas válidas para aprender tópicos introductorios y de dificultad superior. Estos éxitos ya fueron descritos en la sección 2.2 de este trabajo. En opinión de los autores, el segundo curso fue todavía más exitoso, pues los estudiantes demostraron todo su ingenio y creatividad para, en una semana, seleccionar un tema, desarrollarlo y generar material lúdico-didáctico. A continuación, se exponen los dos juegos sugeridos por los estudiantes participantes. Cabe mencionar que los juegos diseñados abordan temáticas muy diferentes, se basan en mecánicas de juego completamente distintas y que la estructura de pensamiento es prácticamente opuesta; sin que, por ello, los juegos dejen de ser divertidos, retadores y útiles desde el punto de vista docente.

Figura 10 Profesores y estudiantes durante el Curso Intersemestral 2022-2. 

Orbitopoly

Orbitopoly es un juego para repasar y profundizar en el tema de estructura atómica desarrollado por Jesús Erubiel Miguel, Sebastián Maldonado y Dennise Salazar. Orbitopoly es un juego a la imagen del clásico Monopoly, en el que los jugadores deberán demostrar sus amplios conocimientos en el tema de estructura atómica para poder asegurar la victoria. Orbitopoly es una competencia entre dos parejas, en la que cada una representa un par de electrones con espines opuestos. Estos electrones se moverán a lo largo de un tablero que representa un átomo con siete niveles energéticos. El objetivo del juego es comprar un orbital en cada nivel energético para crear una trayectoria que le permita a una pareja llegar al orbital de menor energía, i.e., 1s. Cada pareja deberá unir sus fotones, emitir y absorber energía, contestar preguntas, someterse a batallas, comprar propiedades, y más, para lograr el objetivo de llegar al orbital 1s y así ganar la partida.

El tablero (Figura 11) consiste en una representación de un átomo en el que se describen siete niveles energéticos, cada uno con sus respectivos subniveles de energía. Al inicio, cada jugador debe posicionar su electrón en un cuadro fuera del átomo y se le hará entrega de 300 fotones (los fotones funcionan como moneda en este juego). Para moverse en el tablero se escogen las fichas que contienen las configuraciones electrónicas de diferentes átomos (en estado fundamental). En este caso la ubicación a la que se llega depende del último orbital que se llena en el átomo de la ficha.

Figura 11 Tablero de Orbitopoly con los siete niveles de energía y los subniveles asociados. 

Figura 12 Ejemplo de fichas de fotones. 

Figura 13 Ejemplo de fichas de preguntas. 

En ese caso el jugador deberá tomar una carta de otro mazo que le indicará la acción a realizar (preguntas, ganancia o pérdida de fotones, entre otras opciones).

Para poder llegar al orbital 1s cada equipo debe ser propietario de al menos un subnivel de energía por cada nivel energético, de esa forma se podrá trazar la trayectoria del electrón del nivel más externo al orbital 1s. Además, para conseguir el orbital se requiere cumplir con los requisitos de la ficha del orbital 1s, es decir, contestar la clase de preguntas que se piden y pagar la cantidad de fotones requerida. Finalmente, ambos miembros del equipo deben estar en el orbital.

Aunque el juego no ha sido probado con muchos estudiantes, algunas pruebas de concepto se han efectuado con resultados promisorios. La intención es comprobar su eficacia en estudiantes de segundo y tercer año de carrera de la Facultad de Química de la UNAM.

Quimiaudaz

Los estudiantes Wendy Domínguez, Daniel Jarquín, Karen Morín y Lizbeth Rodríguez diseñaron Quimiaudaz, un juego de velocidad y destreza en el que varias parejas (de 2 a 6) se oponen para encontrar las tarjetas ganadoras. Quimiaudaz fue generado con el objetivo de reforzar de manera lúdica los conocimientos básicos sobre la identificación y representación de los grupos funcionales en diversas sustancias químicas comunes. La dinámica del juego se basa en el lanzamiento de dos dados que contienen los nombres de los diferentes grupos funcionales presentes en el juego. A continuación, los jugadores, por parejas, deben identificar el grupo funcional entre una serie de 50 tarjetas dispuestas al azar en una mesa antes de que se cumpla un minuto. Los jugadores que más tarjetas correctas acumulen ganan; sin embargo, si escogen una tarjeta equivocada y sus oponentes son capaces de nombrar el grupo funcional escrito en la tarjeta, el punto pasa a la pareja que atinó el nombre. El juego está diseñado para tener una duración de cuatro partidas, es decir, que se lanzan los dados cuatro veces, y en los que nuevos grupos funcionales van apareciendo. En Quimiaudaz, están presentes los once grupos funcionales más comunes y que sirven de introducción a la nomenclatura y reactividad de la Química Orgánica, mismos que a continuación se enlistan:

Los estudiantes diseñaron además varios niveles para incrementar el tiempo de vida útil del juego. En los siguientes niveles, las tarjetas contienen dos y hasta tres grupos funcionales. En las Figuras 14 y 15, se presentan los dados utilizados en el juego, así como el frente y el reverso de una tarjeta del juego. Aunque el juego se desarrolla con el frente de las tarjetas, es decir, mostrando la estructura de línea de las moléculas de las sustancias, el reverso de las tarjetas tiene información adicional, misma que puede ser consultada por los jugadores durante o después de la partida. En ese sentido, el reverso de las tarjetas muestra la fórmula química condensada, algunas propiedades fisicoquímicas como la densidad o el punto de fusión y ebullición de la sustancia, y sobre todo el uso de la sustancia. Este aspecto en particular tiene el objetivo de que los estudiantes reconozcan que las sustancias con las que están jugando en Quimiaudaz son de uso común y tienen aplicaciones directas. En la Figura 15, se muestra la información de la tarjeta del éter etílico, en la que se resalta su aplicación como anestésico.

Figura 14 Dados de Quimiaudaz. 

Figura 15 Tarjeta de frente y reverso para el éter etílico. 

Quimiaudaz en su nivel más básico, fue probado durante el curso intersemestral extracurricular por cerca de 15 estudiantes de la Facultad de Química de diferentes semestres y por tres profesores de la misma institución. En términos generales, el juego es explosivamente divertido, fácil de jugar y genera una sana competencia. Esto se debe principalmente a que los jugadores se encuentran alrededor de una mesa, están en constante movimiento para tomar las tarjetas y sólo tienen un minuto por partida.

En el marco de la semana de Bienvenida para los estudiantes de la generación 2023 en la Facultad de Química de la UNAM, en la que se recibió a más de 1,400 estudiantes, se organizaron durante el segundo día una Feria de Bienvenida, diferentes módulos y stands con información acerca de algunos temas de interés para la comunidad estudiantil ente las que se incluyeron temas de protección civil, posibilidades de mercado laboral para egresados, demostraciones de los laboratorios de química, actividades de educación de género y de respeto a la diversidad, entre otros (Figura 16) (^{Facultad de Química, 2023}). Entre dichos puestos, los integrantes de Galio, con la ayuda de los estudiantes Erick Díaz, Joshua Máximo, Jesús Erubiel Miguel, Daniel Ocampo y Dennise Salazar, prepararon cinco mesas para que los estudiantes de nuevo ingreso pudieran jugar con algunos de los juegos educativos de química diseñados para ellos. Durante la sesión, que duró alrededor de 4 horas, más de 400 jóvenes participaron activamente en los stands de Galio disfrutando del material lúdico-didáctico propuesto. Los estudiantes recibieron la propuesta lúdica con entusiasmo, se sintieron rápidamente acogidos en el seno del campus y pudieron conocer a otros estudiantes en un ambiente didáctico distendido.

Figura 16 Foto de la Feria de Bienvenida. 

Los juegos que se ofrecieron durante el evento fueron Unit Kemps, Quimiaudaz, presentados en las secciones anteriores, y un ejemplo de un juego llamado Quimdoku. Es una adaptación del popular juego de lógica matemático japonés Sudoku. El sudoku es uno de los juegos de puzle más populares de las últimas décadas. El objetivo del sudoku es rellenar una cuadrícula de 9x9 con números, de forma que cada fila, columna y bloque de 3x3 contenga cada uno de los dígitos entre 1 y 9. En este caso, los recuadros se completan empleando conocimientos de química. El ejemplo probado durante la Feria de Bienvenida, versa sobre los elementos químicos, la alquimia y los planetas del sistema solar. En ese sentido se integra el conocimiento de simbología química moderna y alquímica con los nombres de 9 elementos químicos. En particular, es interesante el símbolo alquímico de algunos elementos relacionados con cuerpos celestes. Al jugar este Quimdoku los estudiantes amplían su cultura general con respecto a la historia de la química, al tiempo que refuerzan su conocimiento de nombres y símbolos químicos (Figura 17). Aunado a esto, el Quimdoku está organizado de tal manera los elementos de la diagonal corresponden al orden de los planetas en el sistema solar, del más cercano al más lejano al Sol. En el reverso de la hoja, se propone información acerca de símbolo alquímico y del planeta que representa (Figura 18). El objetivo a mediano plazo es diseñar una plataforma digital para poder jugar todas las versiones de Quimdoku que han sido diseñadas, que incluyen temas de química general, química orgánica y química de coordinación.

Figura 17 Quimdoku de los elementos químicos, alquimia y los planetas del sistema solar. 

Figura 18 Reverso del juego Quimdoku con información acerca de los cuerpos celestes presentes en el juego y sus símbolos alquímicos.