Kelvin

En 1848 William Thomson, un joven profesor de ciencias de la Universidad de Glasgow, se encontraba enfrascado en estudios teóricos sobre las máquinas de calor, desarrollados pocos años antes por el físico francés Sadi Carnot. Según la teoría de Carnot, el rendimiento de una máquina reversible, que transforme calor en trabajo mecánico, está en función únicamente de las dos temperaturas en las que trabaja la máquina. Sin embargo, los cálculos de Thomson tropezaban con las escalas de temperatura conocidas en ese entonces, que requerían el uso de valores negativos para bajas temperaturas y sobretodo porque el punto cero de las escalas estaba definido de forma arbitraria. Thomson resolvió el problema al proponer la primera escala termodinámica de la temperatura en la que tenía en cuenta "el cero absoluto". Estableció su nueva escala partiendo de la premisa que los valores de temperatura son proporcionales a los calores absorbidos y cedidos por una máquina de Carnot. Haciendo uso de la ecuación que define el rendimiento o eficiencia de una máquina de calor, determinó el cero absoluto en su escala.

La máquina de calor alcanza la máxima eficiencia (100%, e = 1), cuando la temperatura es cero, el menor valor posible en esta escala.

Thomson dio a conocer su nueva escala en el artículo "On an Absolute Thermometric Scale": usa la graduación de la escala Celsius, pero estableciendo el "frío infinito" (cero absoluto) como el punto cero de su escala. Como Gay-Lussac en sus estudio de dilatación de los gases, Thomson calculó que el cero absoluto se hallaba a -273 °C.

William Thomson (Belfast, 1824-1907) quedó huérfano de madre a los 6 años y nunca asistió a la escuela, pero desde muy pequeño descubrió las matemáticas de manos de su padre, quien se encargó de su educación. Cuando William contaba con 8 años, su familia se mudó a Glasgow, donde su padre se hizo cargo del Departamento de Matemáticas de la Universidad. Siendo aún muy joven ingresó a la Universidad de Glasgow y luego a la de Harvard, donde estudió matemáticas y ciencia. Posteriormente fue a París para realizar estudios de física, y a los 22 años se convirtió en profesor de ciencias de la Universidad de Glasgow. Thomson desarrolló teorías en termodinámica, magnetismo y electricidad. Llevó a la práctica muchos de sus estudios al diseñar diversos instrumentos, uno de los más famosos es el que permitió instalar el telégrafo transatlántico entre Irlanda y la actual Terranova, Canadá. Su prolífica carrera lo llevó a que lo nombraran Sir a los 34 años y Barón, o Lord como se les llama habitualmente a los Barones, a los 68 años. Fue él mismo quien propuso que su título fuera el de Baron Kelvin of Largs, en recuerdo del río Kelvin que pasa cerca de la Universidad de Glasgow, mientras que Largs hace referencia al lugar donde tenía su casa de campo, cerca del pueblo de Largs, y donde finalmente murió a los 83 años. El nombre Kelvin se emplea hoy en día no sólo para identificar a William Thomson sino también para denominar la unidad de la escala absoluta de temperaturas.
Referencias

• The Straight Dope, Why do we have so many temperature scales?, December 28, 2004, http://www.straightdope.com/columns/read/2191/why-do-we-have-so-many-temperature-scales
• Escalas de Temperatura, La Enciclopedia-El País, pp. 14792-4, Ed. Salvat, 2003
• General Chemistry Online!, Why is the difference between Celsius and Kelvin temperatures 273 units?, http://antoine.frostburg.edu/chem/senese/101/measurement/faq/why-273.15-kelvin.shtml
• Silvanus P. Thomson, Lord Kelvin biography, IEC, http://www.iec.ch/about/history/articles/lkbio-e.htm
• In Depth Info, Lord Kelvin and His Scale, http://www.indepthinfo.com/temperature/kelvin.htm
• La Temperatura y su Medida, La Enciclopedia del Estudiante-El País, tomo 12: Física y Química, pp. 28-9Ed. Santillana, 2005.

Imagen

• William Thomson, 1st Baron Kelvin
• Firma de Kelvin
• Wordle creado usando el texto de este post.

Bonne année! Bonne santé!

Este es el primer saludo que se dan los franceses al verse por primera vez en el nuevo año, y me pareció muy apropiado usarlo para mi primer post del 2010: Feliz año y que la salud les acompañe.

Tres son los buenos propósitos de Quimistorias para el 2010:

1. Conservar la salud


2. No perder el optimismo


3. Luchar contra la desinformación

¡Qué disfruten de un feliz año!

Imagen realizada utilizando wordle

Química y humor gráfico

Desde que vi la viñeta Environmental Scientists in the Wild West (en la preciosa página A mi me gusta la Ciencia), sobre dos pistoleros en pleno duelo hablando de las propiedades del plomo en las balas, he tenido el gusanillo de usar humor gráfico para transmitir conceptos de química de una forma menos formal y más amena. Las viñetas de mi primer cómic Y el termómetro ¿cómo funciona?, las dibujé usando Paint, con ratón, mucha muñeca y algo de paciencia. Pero no luce del todo bien publicar cada viñeta como imagen. En Cuaderno Intercultural hallé una serie de herramientas para crear cómics que permite utilizar imágenes propias, uno de ellos es Pikistrips, o Comeeko como se describe en el blog wwwhat's new. Es un programa muy fácil de usar, y para mis gráficos el botón Comic en el panel de Image Effects ayudó a acentuar los trazos. Aquí va el resultado.



Existen herramientas que permiten personalizar personajes pre-diseñados por el programa, como Bitstrips. Aunque no es precisamente un cómic, con La temperatura a escala atómica pretendía enunciar un concepto de manera distendida, aunque debo trabajar más en mi personaje.

La temperatura a escala atómica

Y el termómetro ...¿cómo funciona?

Coincidencias termométricas

¿Qué tienen en común los velocistas Usain Bolt y Tyson Gay? Además de ser los hombres más rápidos del planeta al día de hoy, provienen de los dos únicos países en los que la escala Fahrenheit es utilizada de forma habitual por sus ciudadanos: Jamaica y Estados Unidos. El récord impuesto por el jamaicano Bolt (¡9,58 segundos!) es de infarto.

Fotografía
Récord del mundo de Bolt - Foto finish, Foto AFP, http://www.marca.com/albumes/2009/08/16/bolt/index_4.html

Celsius

Como ya vimos con Fahrenheit, la evolución del termómetro y las escalas de temperatura fueron fruto de la habilidad, el ingenio, y en última instancia del sentido práctico de sus descubridores. La escala Celsius es buen ejemplo de ello.

Anders Celsius (1701-1744) descendía de una familia de científicos y él mismo era un reconocido astrónomo en Suecia. Durante el curso de sus investigaciones, decidió que la escala Fahrenheit podía serle más útil si ésta fuera centesimal, y fue así que en 1742 inventó la escala centígrada, de 0 a 100 grados. Sólo que designó al punto de ebullición del agua como cero (212° F) y al punto de fusión o congelación del agua como 100° (32° F). Es decir, al revés de lo que la conocemos ahora.

Aunque nos parezca algo ilógico, para Celsius su escala tenía mucho sentido. Sus mediciones se limitaban mayormente a condiciones del tiempo, y con su nueva escala podía obtener sólo valores positivos de temperatura. Al parecer los valores negativos no eran muy populares en esos tiempos.

Como con Fahrenheit, la modificación de la escala diseñada por Celsius tuvo lugar después de su muerte, ocurrida por tuberculosis a los 42 años. Fue el afamado botánico sueco Carl Linnaeus (1707-1778), colega de Celsius en la Universidad de Uppsala, quien invirtió la escala. En 1745, Linnaeus se encontraba enfrascado en la restauración del Jardín Botánico de la universidad, cuando advirtió la utilidad de registrar los datos de temperatura de los invernaderos. Fue así que en Diciembre de 1745 aparece por primera vez publicado, como pie de página en un artículo, la descripción de la nueva escala: "... nuestros termómetros muestran 0 en el punto en que el agua se congela y 100 grados a la temperatura de ebullición del agua". Nuevamente, el sentido práctico primaba, para Linnaeus las condiciones biológicas que él medía se reflejaban mejor en esta nueva escala. No le preocupaban los valores negativos de temperatura puesto que las plantas no sobreviven a valores menores de 0° C.

Referencias

• InDepthInfo, "Anders Celsius and His Scale", http://www.indepthinfo.com/temperature/celsius.htm
• Linné on line, Uppsala University, "Linnaeus' thermometer", http://www.linnaeus.uu.se/online/life/6_32.html

Fahrenheit

La propiedad de dilatación y contracción de muchos líquidos al ser expuestos al calor y al frío fue utilizada ya desde finales del s. XVI en la fabricación de termómetros. Agua, vino, mercurio o aceite de linaza eran los más usados. Pero estos primeros termómetros tenían poca utilidad por su escasa precisión, en parte debido a que se desconocía cómo se expandían los fluidos, a la baja calidad de las columnas de vidrio que se fabricaban en ese entonces, pero sobretodo a la falta de una escala que permitiera cuantificar las variaciones de temperatura de manera reproducible. Fue en 1714 cuando ocurrió el gran cambio con la invención del termómetro de mercurio por Fahrenheit.

Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736), nacido en lo que hoy es Gdansk, fue de profesión comerciante, pero de vocación hombre de ciencias. Su interés por las ciencias naturales lo llevó durante uno de sus viajes (1708) a visitar al astrónomo danés Olaf Rømer, quien años antes había desarrollado una escala termométrica propia que le permitiera ajustar sus mediciones astronómicas para que no difieran con el paso del verano al invierno.

Conocedor de la importancia de contar con instrumentos científicos de gran precisión, Fahrenheit se dedicó a su fabricación una vez establecido en Amsterdam. Su habilidad como soplador de vidrio le permitió construir finas columnas de vidrio de gran regularidad que permitían una mejor graduación. Experimentó primero con agua en sus termómetros, luego en 1709 con alcohol (Rømer empleaba vino mezclado con azafrán), para luego decantarse en 1714 por mercurio, que a diferencia del alcohol podía obtenerse en un alto estado de pureza y tenía un coeficiente de expansión casi lineal. Finalmente, basó su escala de temperaturas en la utilizada por Rømer, que hacía uso de 3 puntos de referencia: cero grados, correspondiente a la temperatura más fría conocida en ese entonces (que Fahrenheit asignó a la que se obtenía al mezclar hielo y agua con sal común); la temperatura de congelación del agua; y, la temperatura corporal como el punto de calibración más alto. Modificó la escala original de Rømer ampliándola (la temperatura corporal pasó de ser 22,5 grados Rømer a 96 grados Fahrenheit), para obtener valores enteros de temperatura, de tal manera que establecía 180° entre la temperatura de fusión y la de ebullición del agua (32° y 212° F). Pulió su escala de temperaturas una y otra vez para hacerla más precisa, hasta convertir su termómetro de mercurio en el primer termómetro comercial de gran aceptación. Aunque la mayor demanda era para observaciones del tiempo (0-96°), Fahrenheit llegó a construir termómetros que llegaban a medir 600°, temperatura a la que ebullía el mercurio en sus termómetros. Su curiosidad lo llevó a comprobar el hecho ya conocido entonces de que el agua hervía a una temperatura fija, por más calor que se le aplicara, para luego descubrir por su cuenta que líquidos puros poseían p.eb. determinados. Dio clases de química en Amsterdam, y en 1724 fue nombrado miembro de la Royal Society, con la que publicó muchos de sus hallazgos.

Aunque muy buena para la época, la escala Fahrenheit no era del todo precisa, su problema radicaba en la elección de sus referencias. Saltan las sospechas cuando describe que el valor cero de su escala, "la mezcla de hielo, agua y cloruro de amonio o inclusive agua de mar", "se obtiene mejor en invierno que en verano"; y que el tercer punto de la escala (96°) se obtenía "al sostener el termómetro en la boca o bajo la axila de un hombre vivo en buena salud ...". El cambio de referencias por las más consistentes temperaturas de fusión y ebullición del agua, y la eliminación del tercer punto de calibración en la escala, solucionó el problema, aunque Fahrenheit no vivió para ver estos cambios.

Referencias

• InDepthInfo, "Fahrenheit: The Man and His Scale", http://www.indepthinfo.com/temperature/fahrenheit.htm
• Chemistry Enciclopedia, "Fahrenheit, Daniel Gabriel", http://www.chemistryexplained.com/Di-Fa/Fahrenheit-Daniel-Gabriel.html
• Sizes, "Fahrenheit temperature scale", http://www.sizes.com/units/temperature_Fahrenheit.htm
• Cecil Adams"On the Fahrenheit scale, do 0 and 100 have any special significance?", http://www.straightdope.com/columns/read/1266/on-the-fahrenheit-scale-do-0-and-100-have-any-special-significance
• Chemistry Daily, "Fahrenheit", http://www.chemistrydaily.com/chemistry/Fahrenheit
• Cecil Adams, "Why do we have so many temperature scales?", http://www.straightdope.com/columns/read/2191/why-do-we-have-so-many-temperature-scales
  

Marie Curie

"Dejamos de temer aquello que se ha aprendido a entender"

En homenaje al Día de la Mujer Trabajadora, aquí va un crucigrama sobre la vida y obra de Marie Curie, creado con el programa HotPotatoes.

Referencias

• Curie, M. "Radium and Radioactivity", http://www.physics.ucla.edu/~cwp/articles/curie.htm
• Fröman, N. "Marie and Pierre Curie and the Discovery of Polonium and Radium" NobelPrize.org, http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/articles/curie/
• Strathern, P. (1999) "Curie y la radiactividad" Siglo XXI de España Editores.

Fotografía

Chemists Pierre Curie and wife Marie Curie in their laboratory, Life, http://images.google.com/hosted/life/l?q=chemist+source:life&prev=/images%3Fq%3Dchemist%2Bsource:life%26ndsp%3D20%26hl%3Des%26sa%3DN%26start%3D20&imgurl=1341b0be4f66d704

Compuestos quitanieves

Recuerdo una noche preciosa en el campus de NC State después de una nevada, con los árboles coronados por nieve y estalactitas de hielo colgando de sus ramas. Todo alrededor parecía brillar. Como si la escena hubiera sido sacada de una película de cine. Mientras me preguntaba por qué no había gente en las calles disfrutando del espectáculo, casi tuve un resbalón, el primero de muchos que sufrí hasta llegar a casa. Y aunque es indudable la belleza que ofrecen el hielo y la nieve, no es posible olvidar sus peligros para el tránsito por calles y carreteras.

Para mantener a raya los resbalones, patinazos, choques y accidentes a causa del hielo y la nieve, se esparcen millones de toneladas de sustancias químicas para retirar el hielo del pavimento. En una típica operación quitanieves, se retira primero la mayor cantidad de nieve de las carreteras con palas o maquinaria adecuada, y luego una mezcla de sal, arena y/o líquido descongelante se esparce sobre la nieve o el hielo que queda en la superficie. Después de transcurrido el tiempo suficiente para que la nieve o el hielo se suavice, se retira el material resultante (una especie de salmuera).

En contacto con el hielo, los compuestos quitanieves se disuelven lentamente, formando una solución cuyas propiedades difieren de manera importante de los del agua pura. Mientras que el agua se congela a O°C, las soluciones acuosas se congelan a menores temperaturas. Una aplicación práctica del descenso del p.f. son los compuestos quitanieves.

Probemos nuestros conocimientos sobre los compuestos quitanieves, contestando el siguiente test creado con HotPotatoes.

El uso a gran escala de las sales (NaCl, MgCl2 y CaCl2) desde los años 60 para el mantenimiento de carreteras ha generado graves efectos secundarios en su entorno:

• Acción corrosiva. Mientras que la oxidación del hierro ocurre espontáneamente en ambientes donde tanto el O2 como el H2O se encuentran presentes, la presencia de sales intensifica la reacción de oxidación. Los iones de las sales actúan como electrolitos, asegurando el flujo de electrones como un puente salino en una celda voltaica. La aplicación de sales en las carreteras puede corroer en pocos años vehículos, puentes y guardaraíles. Es por esta razón que el uso de las sales se encuentra prohibido en los aviones y aeropuertos, donde las condiciones de seguridad son mayores.


• Daños medioambientales. Una vez derretido el hielo y la nieve de las carreteras, las sustancias quitanieves se depositan en la vegetación y el suelo adyacente para depositarse eventualmente en los ríos y acuíferos locales. Los altos niveles de sal en el suelo inhiben la habilidad de la vegetación para absorber agua y nutrientes, disminuyendo su crecimiento y afectando el habitat de los animales de la zona. Por otro lado, el agua salina que entra a los lagos y acuíferos tiende a acumularse en los fondos al ser mayor su densidad, dificultando la circulación del agua. Para mantener un sistema ecológico saludable es esencial la mezcla de las capas de agua para distribuir el oxígeno y los nutrientes dentro de los lagos.

En los años 90 se introdujeron sales orgánicas como alternativa a las sales tradicionales. La más usada es el acetato de calcio y magnesio, menos corrosivo y con un menor impacto medioambiental. Sin embargo, tiene también sus desventajas. Aunque el acetato es biodegradable, su descomposición en CO2 y H2O causa una merma del O2 disuelto en el agua, mientras que en el suelo puede producir la precipitación de carbonatos metálicos e incrementar el pH. Además, funde el hielo a menor velocidad que las sales inorgánicas y es más caro.

En el caso de los aviones, se usan compuestos quitanieves líquidos, que actúan con mayor rapidez sobre el hielo y trabajan a menores temperaturas que las sales sólidas. Son por lo general mezclas de etilénglicol y propilénglicol, a los que se les añade un 10-20% de aditivos: inhibidores de corrosión, agentes espesantes, surfactantes, entre otros. La mezcla resultante exhibe una mayor toxicidad que los glicoles en estado puro, y como los compuestos quitanieves orgánicos antes vistos, también tienen efectos adversos en el medio ambiente: contaminan el agua reduciendo el oxígeno disuelto en las corrientes o lagos al degradarse.

Para retirar el hielo de las pistas de aterrizaje en aeropuertos de E.E.U.U. y Canadá, se emplea acetato de potasio, y en menor escala acetato de sodio, formiato de potasio y formiato de sodio. Su elección se basa en que las sales de acetato tienen un menor efecto medioambiental, y son mucho menos tóxicos que los reactivos basados en urea y glicoles. Pero hay que añadir una desventaja más al uso de estos compuestos: deterioran el asfalto.

Todos coincidiremos en que mantener las carreteras libres de hielo y nieve es esencial para nuestra seguridad en inviernos tan fríos como el que nos ha tocado este año. Pero no por eso podemos cerrar los ojos a los daños que causamos a nuestro entorno usando compuestos quitanieves. Es necesario llevar a cabo una mayor investigación para desarrollar compuestos químicos alternativos a los quitanieves hoy conocidos, pero en el corto plazo es posible reducir el daño medioambiental si empleamos la cantidad adecuada y no un exceso de estos compuestos e instalamos sistemas de recuperación para su reciclado y para capturar los aditivos que se añaden a estas sustancias.

Referencias

• Castro, C. "Varios países cuestionan la sal 'quitanieves' por su daño ambiental", Sociedad, El País, 16 Ene 2009.
• Viadero, R.C. "Roadway Deicing and the Environment", Government Engineering, Jan-Feb 2005, 32-33, http://www.govengr.com/environment/env_0105.pdf
• Kotz, J. C.; Joesten, M. D.; Wood, J. L.; Moore, J. W. The Chemical World: Concepts and Applications, Saunders College Publishing, 1994.
• Schueler, T. "Snow, Road Salt, and the Chesapeake Bay", Center for Watershed Protection, http://www.cwp.org/Resource_Library/Special_Resource_Management/ColdClimate/snow_roadsalt_chesbay.pdf
• Brown, T. L.; LeMay, H. E.; Bursten, B. E.; Burdge, J. R. en Chemistry-The Central Science, Pearson Education, Inc., N.J., 2003.
• Senese, F. "Why does salt melt ice?", General Chemistry Online!, http://antoine.frostburg.edu/chem/senese/101/solutions/faq/why-salt-melts-ice.shtml
• Helmenstine, A.M. "Melting Snow & Ice with Salt", About.com: Chemistry, http://chemistry.about.com/cs/howthingswork/a/aa120703a.htm
• Ramakrishna, D. M.; Viraraghavan, T. "Environmental Impact of Chemical Deicers-A Review", Water, Air, and Soil Pollution 2005, 166, 49-63, http://www.springerlink.com/content/q67285l92u757226/?p=604d72fca59f469eb95d913584c05515&pi=4
• Ritter, S. "Aircraft Deicers" C&EN 2001, 79, 30, http://pubs.acs.org/cen/whatstuff/stuff/7901scit5.html
• Advanced Asphalt Technologies "AATP Project 05-03: Effect of Deicing Chemicals on HMA Airfield Pavements" 2007, http://www.aaptp.us/Report.Interim.05-03.pdf
• Posegate, A. "Deicer Dilemma: How to Choose and How to Use" Metro, Washington Post, Jan. 29, 2009, http://voices.washingtonpost.com/capitalweathergang/2009/01/deicer_dilemma.html

Fotografías

• Luis Sevillano "Operarios de limpieza echan sal contra las heladas" Sociedad, El País, 16 Ene 2009, http://www.elpais.com/articulo/sociedad/Varios/paises/cuestionan/sal/quitanieves/dano/ambiental/elpepusoc/20090116elpepisoc_5/Tes
• Salinas del Janubio, Lanzarote, http://www.visitacanarias.com/ISLAS/LANZAROTE/SECCIONES/SABOR_MAR/sabor_mar01.html

Hielo

Muchos recordaremos este invierno como uno de los más fríos de los últimos años. Fuertes vientos, lluvias constantes, mucha nieve, .... Y aunque en Canarias no es frecuente ver estampas nevadas como las que se ven en los bosques de Alemania, finalmente ha sido el último temporal el que nos ha dejado nieve en las cumbres.
Pero si a gran escala la nieve nos proporciona paisajes de gran belleza, a nivel microscópico los cristales de hielo son una obra de arte.
Sorprende saber que los copos de nieve se forman en las nubes sobre partículas de polvo, cuya superficie ayuda a que el vapor de agua se condense para convertirse luego en cristales de hielo. ¿Pero cómo adquieren esas formas simétricas tan espectaculares?

Para entenderlo, necesitamos conocer en primer lugar cómo se ordenan las moléculas de agua en estado sólido, es decir la geometría de su estructura cristalina, la cual se encuentra fuertemente condicionada por la presencia de enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua. Son muchas las estructuras cristalinas que se conocen para el hielo, cada una de ella estable sobre un rango de presión y temperatura. En el hielo ordinario, que se forma a cero grados y 1 atm, cada molécula de agua forma cuatro enlaces de hidrógeno a otras cuatro moléculas de agua.

A nivel tridimensional, el hielo forma entonces una estructura de hexágonos arrugados o fruncidos. Cada lado del hexágono consiste de un enlace covalente O-H (ca. 0,98A) y de un enlace de hidrógeno (ca. 2,75A). Como resultado del arreglo hexagonal de las moléculas de H2O en la estructura cristalina, los cristales de nieve muestran una simetría hexagonal.

A tamaños muy pequeños, los cristales de nieve toman la forma de prismas hexagonales, pero a medida que el cristal crece surgen pequeñas ramificaciones desde cada esquina del hexágono, ramificaciones que van creciendo en tamaño al continuar el proceso de cristalización y de las que a su vez brotan nuevas ramificaciones, obteniéndose formas más elaboradas además de únicas. El proceso por el que aparecen estas ramificaciones, así como la complejidad de las mismas, es tema de estudio en el área de física. La forma cómo crecen los cristales de nieve está sujeto a un delicado equilibrio entre hielo y vapor de agua, equilibrio que depende de la temperatura y la humedad del medio. Estos estudios son un buen ejemplo de lo que comúnmente se denomina ciencia básica. El conocimiento de cómo, cuándo y por qué se auto-ensamblan las moléculas de agua en determinadas estructuras, es potencialmente valioso pues podría permitir extrapolarlo a otro tipo de materiales y aplicaciones.

Aparte de las bellas figuras que nos ofrece, la estructura del hielo es responsable de la menor densidad del hielo (0,917 g/mL) respecto al agua líquida (1,000 g/mL). El hielo cristalino contiene una gran cantidad de espacios vacíos en los centros de los anillos hexagonales, lo que resulta en moléculas de H2O más separadas en el hielo que en el agua líquida cerca del punto de fusión, y en consecuencia en una menor densidad. Esta diferencia de densidades tiene consecuencias significativas en la naturaleza, puesto que al flotar el hielo sobre el agua, impide que en climas gélidos los fondos marinos se congelen y que la vida subacuática desaparezca en esas zonas. La menor densidad del hielo implica también un aumento de volumen al congelarse el agua, algo que más de uno habrá notado al intentar enfriar envases de refresco, cerveza o vino en el congelador.

Referencias

• Kotz, J. C.; Joesten, M. D.; Wood, J. L.; Moore, J. W. (1994) The Chemical World: Concepts and Applications, Saunders College Publishing
• Cotton, F. A.; Wilkinson, G. (1988) Advanced Organic Chemistry, John Wiley & Sons.
• SnowCrystals.com, http://www.its.caltech.edu/~atomic/snowcrystals/, y referencias allí citadas.
• The Crystal Chemistry of Snowflakes, ChemLin-Virtual Chemistry Library, http://www.chemlin.net/news/2006/dec2006/crystal-chemistry.htm

Fotografía

"La fuerte ola de frío se lleva a una anciana en Alemania", Agencia EFE (7/1/2009), publicada en Diario de Avisos, Tenerife.

Recursos virtuales para el profesor de química

Basado en uno de mis trabajos del curso e-Learning 2.0.
La introducción de las TIC en la enseñanza de la química busca promover un aprendizaje más inquisitivo, descentralizado y participativo. Para ello es fundamental que el profesorado esté capacitado para aprovechar las posibilidades de las nuevas tecnologías, como es el uso interactivo con el material educativo, el desarrollo de proyectos colaborativos, la utilización de materiales multimedia de apoyo, y el uso de nuevos sistemas de autoaprendizaje. En internet se puede encontrar una serie de recursos para la autoformación de los profesores de química, entre ellos:

1. Tutoriales o cursos virtuales
2. Herramientas de autor
3. Portales educativos
4. Edublogs de química

1. Tutoriales
a) Herramientas web 2.0 para el aula. Muchos de los cursos han sido elaborados por profesores de manera altruista.

• Cursos de herramientas web en el aula
• Anigara 2.0
• Curso sobre wikis
• Creación y uso educativo de blogs
• WebTools 4u2use

b) Software educativo

• Aula 21. Para programas como WebQuestions 2.0 y HotPotatoes. Consejos para diseñar WebQuest y Cazas de Tesoros.
• Bitácora de Aníbal de la Torre. Cursos sobre Moodle, PowerPoint, etc.

2. Herramientas de Autor
No existen demasiadas aplicaciones buenas y de fácil uso para crear actividades interactivas; entre ellas destacan las siguientes:

• Crocodile Chemistry. Software propietario (de pago). Simula un laboratorio de química donde es posible diseñar experimentos y reacciones químicas.
• Course Genie. Software propietario. Permite que los materiales desarrollados en Word sean convertidos fácilmente en cursos interactivos basados en páginas web.
• eXe. Software de código abierto y gratuito. Permite crear módulos educativos, conteniendo p. ej. objetivos, estudios de caso, actividades de lectura, cuestionarios, etc., y exportarlos de maneras diferentes.
• LIM. Software de uso libre. Permite crear actividades de tipo Flash.
• HotPotatoes. Software gratuito para educación. Hace posible elaborar cuestionarios y actividades interactivas basadas en páginas web. Permite integrar animaciones Flash.
• Reseña de Recursos para Química

3. Portales Educativos
Ofrecen todo tipo de recursos virtuales para el aula. Ejemplos de portales para la enseñanza de química son:

• CNICE - Proyecto Antonio Ulloa
• Cienciaragón
• Investigando
• Webeducativa

4. Edublogs de química
Redes o comunidades de profesores de química que colaboran en el desarrollo de actividades educativas virtuales. Algunos ejemplos son:

• Recursos de Física y Química y algo más
• Aula de Física y Química
• FisQuiWeb
• Química Blog
• Bitácora de Aníbal de la Torre
• Internet en el Aula

Un último pensamiento antes de acabar con esta serie de posts dedicados a la web social en la educación. Las TIC aplicadas en educación no garantizan por sí mismas la calidad o innovación en la enseñanza. Es el cambio hacia un aprendizaje activo por parte del estudiante (que debe ser enseñado por el profesor) lo que promete conseguir una actitud inquisitiva y una base científica sólida en el alumno.

Saludos navideños

Fotografía: Retablo Ayacuchano expuesta en XVI Muestra Iberoamericana de Artesanía - Tenerife

Solventando los riesgos

Basado en uno de mis trabajos para el curso e-learning 2.0.
La solución a los retos que plantea la web social en la educación puede resumirse en tres premisas básicas:

• compromiso inequívoco por parte de las autoridades educativas para realizar proyectos estratégicos que fomenten y faciliten el uso de las TIC en los centros de enseñanza,
• capacitación adecuada del profesorado, y
• desarrollo del pensamiento crítico en el alumno.

A continuación se analizará algunas respuestas a los retos planteados con mayor detalle:

1. Mejora de los recursos en las escuelas

Se reduce la división digital entre estudiantes dotando a los centros no solamente de recursos tecnológicos sino, y sobretodo, de recursos pedagógicos que ayuden al alumno a desarrollar las habilidades necesarias de manera efectiva. Los ordenadores de los centros deben renovarse cada pocos años para no quedar desfasados, se debe contar con conexión a Internet de alta velocidad, un servicio técnico que mantenga la infraestructura en buenas condiciones, un coordinador TIC (con tiempo liberado para que cumpla esta función) que sirva de enlace entre el profesorado y las autoridades para la implementación de las iniciativas educativas, formación continua de los profesores, voluntad y compromiso por parte de las autoridades competentes y del profesorado para asumir las ventajas de las nuevas tecnologías y hacer uso de ellas.

2. Mejora del material educativo

Una forma de reducir la injerencia de los intereses del mercado en la información que recibe el alumno, es creando material educativo virtual de calidad al que se pueda tener acceso. Esto es posible conseguirlo con un mayor trabajo cooperativo entre docentes, creando grupos de trabajo interdisciplinares e intercentros, cuyo objetivo final sea formar redes de conocimiento. En esta labor cooperativa de generación de contenidos deben ser incluidos los estudiantes y empresas, cuyas inquietudes y diferente visión de la realidad, ayudarían a enriquecer el material educativo.

3. Enseñando a buscar información en la red

La mejor forma de conseguirlo es usando el propio potencial de la web social. Se les enseña a rastrear información en la red empleando buscadores, recurriendo al uso de las taxonomías (etiquetado), sindicadores (feeds), y marcadores sociales (como del.icio.us). Y de manera inversa, enseñándoles a distribuir su propio material (blogs, wikis, ...) y empleando estas herramientas para que aprendan de primera mano cómo hacerse escuchar dentro de la web. En el futuro la búsqueda de la información podrá ser más rápida si iniciativas como la llamada web semántica (web 3.0) fructifican.

4. Desarrollo del pensamiento crítico

Es uno de los mayores desafíos que conlleva la web social. Una manera de desarrollar esta cualidad es haciendo uso de las actividades como las llamadas webquests (búsquedas en la web), en las que se requiere que el alumno extraiga información de una serie de páginas web (predeterminadas por el profesor), para luego recopilar sus hallazgos en un informe. De esta manera, se expone al estudiante a una variedad de opiniones y lo entrena para formar sus propias ideas y plasmarlas por escrito (con lo que también desarrolla sus habilidades de redacción). La creación de blogs y wikis coordinadas y guiadas por el profesor, en los que el alumno debe generar contenido propio, así como su participación en foros de discusión, lo educa para desarrollar un pensamiento crítico, y diferenciar la información válida del ruido.

5. Inculcando responsabilidad

Una vez más la solución está en "aprender haciendo" (learning by doing). La creación de material virtual como trabajo de clase permite no sólo desarrollar una actitud crítica del alumno con la información que lea, sino también un sentido de responsabilidad con la información que él escriba y publique en la web. Crear contenido relevante, contrastar la información que publique, verificar su autenticidad, defender sus puntos de vista, corregir y enmendar si es necesario, desechar el anonimato e identificarse a la hora de opinar o proporcionar información, y el respeto a la propiedad intelectual.

6. Uso de herramientas de código abierto y material de acceso abierto

Una labor importante es enseñar a los alumnos a tomar decisiones sobre cómo desear compartir el material que publiquen, es decir el tipo de licencias que recogen los derechos de autor. Entre ellos cabe promover las licencias Creative Commons para contenidos y copyleft para software, que promueven la colaboración y el uso común de la propiedad intelectual. Las ventajas de este tipo de licencias en e-learning son muchas al ser los materiales gratuitos y compartidos ampliamente, beneficiando especialmente a las comunidades con pocos recursos que no pueden adquirir software, sistemas operativos, material educativo, etc.

7. Conductas éticas

La mejor forma de educar al alumno en valores es dando ejemplo. El profesorado debe dar ejemplo manteniendo un comportamiento ético intachable en la utilización de las TIC. Por otro lado, elaborar un código de conducta en colaboración con los alumnos puede ser provechoso porque obliga al alumno a reflexionar sobre las prácticas que él usa en la red.

8. Políticas de privacidad

Es el talón de Aquiles de la web social. Las políticas de privacidad de los proveedores de servicios de la web social varían mucho y el riesgo de que nuestros datos puedan ser utilizados para otros fines diferentes a los que inicialmente fueron proporcionados es elevado. Cada vez que se proporciona información personal en una red pública para que otra gente lo vea y posiblemente altere, uno debe hacer balance entre conservar su privacidad y el valor que da al compartir su creación.

9. Formación permanente

El profesorado y el sistema educativo en general, debe ser consciente de la limitación temporal de las herramientas y de los conocimientos ofrecidos por la web, de allí la necesidad de adaptarse a los cambios. La formación permanente es ya una exigencia cuando hablamos del uso de las TIC, para lo cual es necesario mantener centros y cursos de capacitación, así como la creación de estímulos para el profesorado.

La gran mayoría de los que usamos la web, si es que no todos, estaremos de acuerdo en que los beneficios de la web social en la educación sobrepasan los riesgos que ésta conlleva. Pero no podemos negar que éstos existen, y está en manos de la comunidad educativa (y por qué no, de todos los internautas en general) minimizar estos riesgos para que la web sirva de manera eficaz en la educación.

Referencias

• C.C. Romaní, H.P. Kublinski, "Planeta Web 2.0, Inteligencia Colectiva o Medios Fast Food", Septiembre 2007, http://www.planetaweb2.net/
• The Horizon Report, 2008, http://www.nmc.org/pdf/2008-Horizon-Report.pdf
• "Competencias TIC para docentes", Congreso Virtual, Congreso Nacional Internet en el Aula, Junio 2008, http://www.congresointernetenelaula.es/virtual/?q=node/430&espacio=8
• "La formación en el uso didáctico de las TIC: un reto donde seguir avanzando", Congreso Virtual, Congreso Nacional Internet en el Aula, Junio 2008, http://www.congresointernetenelaula.es/virtual/?q=foros&c=showthread&ThreadID=124
• C.A. Collazos O., L. Guerrero, A. Vergara, "Aprendizaje Colaborativo: un cambio en el rol del profesor", Actas del Tercer Congreso de Educación Superior en Computación, Punta Arenas, Chile, Noviembre 2001, http://www.dcc.uchile.cl/~luguerre/papers/CESC-01.pdf
• A. Escobar, "Relación entre ética docente y educación en valores", http://www.monografias.com/trabajos55/etica-en-mundo-complejo/etica-en-mundo-complejo.shtml
• T. Guzmán Hernández, "La universidad ante los retos que plantea la sociedad del conocimiento, ante los avances tecnológicos en las TIC, Instituciones bimodales versus presencialidad" Tecnología en Marcha, Vol. 21-1, Enero-Marzo 2008, p. 4-15, http://www.itcr.ac.cr/publicaciones/tecnologia_marcha/pdf/tecnologia_marcha_21-1/4-15.pdf
• J. L. Cabello, "¿Qué entendemos por la alfabetización digital?", blog El Camarote, publicado 18 Feb 2008, http://camarotic.es/?p=8
• J.L. Cabello, "El Informe McKinsey y las TIC", blog El Camarote, publicado 25 Feb 2008, http://camarotic.es/?p=97
• H. Jenkins, "Confronting the Challenges of Participatory Culture: Media Education for the 21st Century", Mac Arthur Foundation, Octubre 2006, http://www.projectnml.org/files/working/NMLWhitePaper.pdf

Riesgos en el uso de la web social

Basado en uno de mis trabajos para el curso e-learning 2.0.

La web 2.0 está potenciando un conjunto de prácticas sociales, complejas y aún en desarrollo, que puede traer grandes beneficios en la educación de niños y jóvenes, pero que también conlleva serios riesgos. Entre ellos se puede mencionar:

1. la desigualdad de formación entre estudiantes,
2. problemas de veracidad y transparencia en la información,
3. la falta de control en la web,
4. el desfase de habilidades y conocimientos,
5. problemas de comunicación.

1. Desigualdad en la formación
El uso práctico de las nuevas herramientas tecnológicas es indispensable para conseguir las habilidades, conociemientos y oportunidades de participación que trae la web social. La falta de acceso igualitario a estos medios plantea una brecha educativa entre alumnos que puede afectar su entrada al mundo laboral o causar un menor aprovechamiento en sus estudios universitarios.

2. Transparencia de la información
Ya es difícil encontrar material idóneo sólo por el hecho de haberse convertido la web en un enorme repositorio de información. Los estudiantes, en su gran mayoría, adolecen de un sentido crítico que les permita distinguir la información interesada o parcial del material válido y contrastado. Existe el peligro que adquiera conocimientos, valores y juicios equivocados. Dos son las causas que afectan la calidad de la información:

• Intereses comerciales. Los conceptos, proyectos y prácticas de la web 2.0 viene siendo desarrollado y dirigido por intereses comerciales. Son las reglas del mercado y la práctica de los sponsors los que muchas veces condicionan lo que vemos y lo que no vemos.


• Fuentes no contrastadas. Dentro de esta categoría se encuentra aquella información producida por autores no profesionales en la materia (amateurs). No suelen dar referencias en su trabajo, o se escudan en el anonimato para vertir sus opiniones. Una falsa imagen de autoridad en la materia puede llegar a confundir a un lector inexperto.

3. Falta de control en la web
Los mensajes de aprendizaje colaborativo y apertura que pregona la web 2.0 proporcionan a muchos una excusa para la transgresión de normas básicas, como las de violación de la propiedad intelectual (copyright) y la apropiación de datos personales.

• Violaciones de copyright. La facilidad de apropiarse de material ajeno en la web se refleja en el "copiar y pegar" para realizar trabajos de clase, en utilizar el e-mule para bajar música y películas, en las copias ilegales de programas de software, etc. El falso concepto de que TODO el conocimiento que hay en la red es de propiedad colectiva y/ gratuito, ha llevado a cuestionar los derechos de autor. Por otro lado, asuntos como la certificación de autoría o la propiedad de un trabajo colaborativo presenta dificultades para ser evaluadas.


• Apropiación de datos personales. Hay una apreciación muy baja entre los jóvenes del riesgo que supone depositar en la web datos personales, fotografías, etc. Los datos e información que aportamos tienen mayor exposición pública y entre ellos habrá quienes busquen apropiarse de nuestros datos personales con fines comerciales (empresas), delictivos (atracadores virtuales, depredadores sexuales), intimidatorios (cyberbullying), etc.

4. Rápido desfase
El negocio de la era de la información gira en torno al desfase planificado y a la creación constante de productos y aplicaciones. La rápida evolución de las herramientas y aplicaciones informáticas hace difícil generar y mantener contenidos educativos que incorporen los nuevos avances tecnológicos.

5. Problemas de comunicación
Es necesario recordar que la web social es una web esencialmente de lecto-escritura y en consecuencia crea limitaciones a un alumnado que no sepa expresarse con propiedad a través del lenguaje escrito. Estas dificultades se ven reflejadas tanto en su capacidad de transmitir sus dudas sobre la materia en estudio, como de exteriorizar sus emociones (motivación, desconcierto, angustia, ...).

Pero estos riesgos no entrañan problemas totalmente insalvables. Las soluciones están en manos de todos los miembros de la comunidad educativa. En el siguiente post se dará una serie de posibles soluciones a estos retos.

¿Conoces algún otro riesgo que traiga el uso de la web social?

Las referencias consultadas para este post se listan en el post siguiente.