El lenguaje de la Química

Se ha discutido ampliamente el papel que juega el lenguaje en la apropiación de los conceptos científicos. Considerando que el aprendizaje depende y está relacionado con elementos culturales y sociales, el manejo del lenguaje específico es determinante en las etapas generales de acercamiento al conocimiento (memorización, comprensión, elaboración de patrones mediante la interrelación de varios conceptos), así como para extrapolar lo aprendido, con el fin de emplearlo para resolver situaciones en diversos escenarios y contextos. El aprendizaje de la tabla periódica de los elementos químicos no pasa, en la mayoría de los casos, de la etapa de memorización; los alumnos recuerdan información desconectada de su realidad. La memorización de los nombres de los elementos de la tabla no implica que los hayan relacionado o interpretado, y que le reconozcan alguna utilidad, sentido y objetivo al tema como parte del currículo de ciencias en secundaria e, incluso, a nivel universitario (Galagovsky, et al., 2013). El aprendizaje no puede quedarse, entonces, en la memorización de los términos, por el contrario, debe propiciarse la construcción del lenguaje científico a partir de los propios estudiantes (^{del Carmen Olivera, et al., 2015}); lo anterior implica que se logre un aprendizaje en el que predomine la creatividad y la participación consciente de los implicados (^{Cervantes & Gutierrez, 2014}).

A pesar de que siempre se han desarrollado opciones lúdicas para incrementar el interés en la información contenida en la tabla y para propiciar el aprendizaje de los detalles más relevantes (^{Joag, 2014}, ^{Martí-Centelles & Rubio-Magnieto, 2014}), a nivel superior puede ser útil abordar el tema con actividades de mayor complejidad, como la redacción de ensayos argumentativos en los que los estudiantes expongan sus ideas y la búsqueda de información sobre la importancia de los elementos químicos, por ejemplo, en el diseño y fabricación de distintos objetos de uso cotidiano (equipos de comunicación, alimentos, materiales cerámicos, circuitos eléctricos, entre muchos otros). La búsqueda de información sobre los nombres de los elementos y sus respectivas propiedades químicas, permite mejorar el manejo del lenguaje técnico oral y escrito, enriquece el vocabulario asociado con la ciencia y, a la larga, genera interés por el origen de los vocablos, los nombres y las denominaciones. De hecho, la escritura sobre estos temas se puede emplear como estrategia de aprendizaje en las aulas (Rodríguez, 2018) para lograr, no solo la alfabetización científica básica, sino verdaderos avances en la apropiación de las ideas, en su interpretación y su argumentación.

La construcción de conocimiento científico y la tabla periódica

La celebración de este Año Internacional de la Tabla Periódica (International Year of the Periodic Table, 2019 IYPT) constituye una ocasión inmejorable para enseñar acerca de la construcción del conocimiento científico con base en las ideas que llevaron a concebir lo que hoy conocemos como la tabla periódica. Si bien el conocimiento va más allá de la simple acumulación de datos, los científicos trabajan sobre esa acumulación, la cual no es solo una simple suma de artículos o ideas, y tiene mucho que ver con las tensiones y consensos en torno a un tema (un ejemplo actual es el consenso alrededor de las causas del cambio climático) (^{Lewandowsky, 2013}). La celebración del IYPT nos permite rescatar un área poco tratada en la enseñanza de la Química, la naturaleza de la ciencia y el conocimiento científico, y lograr un espacio para que los profesores se conviertan en alfabetizadores de la ciencia, algo que parece difícil y a veces abstracto.

La tabla periódica constituyó mucho más que una simple clasificación de elementos químicos conocidos desde la antigüedad. Ha sido una herramienta conceptual que predijo nuevos elementos, pronosticó relaciones no reconocidas, sirvió como dispositivo correctivo y cumplió un rol único como dispositivo de memoria y organización. Se ha convertido en una potente carta de síntesis de conocimiento, donde es posible leer, si hacemos la indagación, la historia de la humanidad (^{Schwartz, 2007}). Por ello, un primer ejercicio de construcción partiría de ver cómo han ido apareciendo los diferentes elementos químicos a lo largo del tiempo, utilizando una línea temporal como la de la Figura 1, similar a la propuesta por la Universidad de Waterloo (Waterloo University, 2019), donde apreciamos que, por ejemplo, antes de Cristo ya se contaba con el cobre, el hierro o el oro, elementos muy utilizados en nuestra era moderna. Al recorrer este esquema, podemos relacionar hechos que en cada intervalo de tiempo ayudaron a construir conocimiento.

Figura 1 Línea del tiempo de la aparición de los elementos químicos construida en la Waterloo University 

Por ejemplo, los gases nobles, que se ubican entre 1895 y 1904 (excepto el helio, descubierto en 1868), fueron una prueba de fuego para la tabla periódica de Mendeléyev. El descubrimiento del argón trajo incertidumbre sobre su posición en la tabla, ya que no era un gas diatómico, como el oxígeno, el flúor o el nitrógeno, y tenía un peso atómico de 40, superior al del potasio, con lo que su ubicación se hacía más difícil. Ello demostró que no bastaba con ordenar los elementos según sus pesos atómicos, que había algo más allá de esta variable. Es el caso del argón, sobre el cual Mendeléyev llegó a sugerir que se trataba de un gas triatómico, el "N₃" (^{Scerri, 2001}), pero finalmente, se lo ubicó en un grupo nuevo entre los halógenos y los metales alcalinos.

Hasta la publicación de la primera tabla periódica de Mendeléyev (1869) se conocían 63 elementos, los cuales marcaron importantes periodos de la humanidad. Son conocidas las eras del cobre y el hierro, con características especiales cada una. Cuando el cobre era el material más utilizado, las armas tenían cierta capacidad, que se mejoró con las aleaciones de estaño o zinc, pero la situación tuvo un avance revolucionario con las herramientas hechas de hierro y, posteriormente, de acero. Asimismo, bastaría llamar la atención sobre cómo la introducción del aluminio producido en masa significó un cambio en las construcciones o en la fabricación de aviones (sin aluminio no podríamos tener aviones rápidos y eficientes), para dimensionar lo que hacen los elementos en nuestra vida. Así pues, la figura 1 puede emplearse desde muchas perspectivas y constituye un material con abundante información implícita que vale la pena introducir en la enseñanza de las ciencias, pues vemos que la ubicación de los elementos en la línea de tiempo lleva consigo una enorme carga de información histórica y conceptual, por lo que constituye una gran puerta de entrada a la descripción de la construcción de conocimiento científico.

Por otra parte, un insumo muy necesario para dar forma a la tabla periódica moderna fue el concepto de elemento. Postulado desde la antigüedad por los griegos en la idea de los cuatro elementos, solo tomó forma con Lavoisier en el siglo XVIII, y se vio nutrido con las contribuciones de científicos como Proust o Berzelius. La introducción de los postulados de Dalton (1803), especialmente el de que un mismo tipo de átomos compone cada elemento, ayudó a construir el concepto de peso atómico relativo, clave en el desarrollo de las ideas de periodicidad. Todo esto, junto con las nociones de molécula de Avogadro (1811), el descubrimiento de nuevos elementos químicos y la determinación más precisa de los pesos atómicos, conformó la sopa de ideas que alcanzó ebullición en el congreso de Karlsruhe en 1860. No puede concebirse la formulación de la ley periódica en las propuestas de la tabla sin tener en cuenta estas ideas y, sobre todo, los pesos atómicos, lo que permite ver que en la construcción del conocimiento se nutre de muchas ideas que confluyen y hacen su aporte.

Una contribución importante, que le dio fulgor especial a la tabla periódica, fueron las triadas de Döbereiner (1817), quien fue el primero en notar la existencia de relaciones en varios grupos de tres elementos con propiedades químicas similares. Así, encontramos la triada del cloro, el bromo y el iodo, en la que el peso atómico del bromo se puede obtener con el promedio del peso del cloro y el iodo (Cl= 35,470 y I= 126,470), lo que da 80,970, muy cercano al actual, que es de 79,904. Las triadas revelaron más que relaciones numéricas, mostraron relaciones químicas entre los constituyentes, bien reflejadas en algunos casos, pero en otros, como en la triada de carbono, nitrógeno y oxígeno, no ajustaban. Para 1864 había 63 elementos, pero las triadas no reunían todos los elementos, por lo cual el reto de la periodicidad seguía vigente (^{Scerri, 2008}) Figura 2.

Figura 2 Algunas triadas exitosas de Döbereiner y su ubicación en la tabla periódica (elaboradas a partir de ^{Scerri, 2008}) 

Las triadas parecen ser el camino que siguió Mendeléyev para lograr la aceptación de la ley periódica que propuso, aunque las discusiones de los historiadores se dividen frente a si lo más importante fue la adaptación de los elementos existentes o las predicciones realizadas (^{Brito, 2005}). Al examinar lo que hizo con las triadas, podemos tomar partido. Mendeléyev hizo una comparación de pesos atómicos de la siguiente forma:

Aquí surgen dudas sobre si el elemento referido era el litio u otro, lo cual no fue claro en sus comunicaciones (^{Scerri, 2008}); también se observa que sus primeras relaciones fueron horizontales, no verticales, y puede apreciarse el espíritu de las triadas. En sus predicciones la noción de triadas es rescatable, como la que sigue:

donde el peso atómico del selenio se determina con bastante exactitud al relacionar los elementos horizontales y verticales:

De esta forma, las triadas, aunque aisladas, fueron árboles primordiales del gran bosque llamado tabla periódica, y se convirtieron en bases del juego que llevó a Mendeléyev y a los demás científicos a proponer relaciones más amplias entre los elementos. A este aporte debe sumarse el de Newlands, a quien se atribuye una hazaña anterior a la de Mendeléyev por sugerir la inversión del telurio y el iodo, dejando a este más a la derecha, lo cual vemos en la tabla periódica actual, aun cuando el telurio posee mayor masa atómica que el iodo. Newlands fue más allá de la anécdota de comparar las octavas musicales con la organización de los elementos, ya que mostró una organización de los elementos conocidos hasta ese momento con las masas atómicas (Figura 3).

Figura 3 Organización periódica propuesta por Newlands en 1865 (elaborada a partir de ^{Scerri, 2017}) 

Debe recordarse también a Lothar Meyer, quien se disputa con Mendeléyev el honor de ser el "padre" de la tabla periódica, pero cuya tabla, que debió publicarse en 1868, solo fue publicada 25 años después (Figura 4).

Figura 4 Tabla periódica propuesta por Meyer en 1868 y publicada en 1895 (elaborada a partir de ^{Scerri, 2017}) 

Los nombres, los símbolos, las definiciones y los hechos históricos que rodean la aparición de la tabla periódica sirven para alfabetizar en ciencias y para ayudar a comprender cómo se da forma al conocimiento científico mediante el análisis de esos pequeños cambios aportados por cada científico como pilares de una ciencia colectiva, la cual constituye una visión más real de lo que verdaderamente sucede con los avances científicos y desvirtúa la forma predominante de adjudicarlos a una sola persona, opacando, así, las pequeñas contribuciones de los diversos científicos. La tabla periódica, entonces, no puede atribuírsele únicamente a Mendeléyev, ni a Meyer, ya que su perfeccionamiento se debe a la contribución de, por lo menos, cinco científicos (aunque sería posible citar a 15, o incluso más, pues no cuentan exclusivamente quienes trabajaron directamente en la idea de una tabla periódica, sino también quienes aportaron conceptos relacionados). Una ciencia colectiva desmitifica al héroe solitario, desmitifica un trabajo individual y pone de relieve que todos podemos aportar un grano de arena (Tabla 1).

Tabla 1 Algunos de los científicos predecesores de Mendeléyev 

La celebración del año internacional de la tabla periódica

La celebración de los 150 años de la tabla periódica es un hecho muy significativo para todos los interesados en promover la ciencia. Es una ocasión para participar con entusiasmo y es por ello que queremos hacer las siguientes sugerencias en torno a actividades que podrían desarrollarse. Para los profesores

Construir objetos tridimensionales para representar las propiedades de cada elemento, tales como cubos, triángulos, octaedros, etc.

Con respecto a los cubos, este proyecto se describirá en una próxima entrega sobre la tabla periódica. Serán cubos con información de cada elemento, algunos de tamaño pequeño (10x10) y otros grandes (80x80), cuyo fin es hacer una exposición de los elementos químicos y un concurso de conocimientos. Este proyecto cuenta con el apoyo de la American Chemical Society (ACS). Esta tabla periódica hecha con cubos será emblema del "3-Festival de Química", a realizarse el 23 de octubre de 2019 en las instalaciones del Departamento de Química de la Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá, el cual ya se ha organizado en años anteriores (^{Molina & Carriazo, 2019}).

2. Elaborar murales para dejar una huella de la tabla periódica en diferentes lugares (salones, laboratorios, paredes, etc.). Los murales pueden ser de la tabla periódica tradicional o propuestas de representación que incluyan otra forma de verla.

3. Concursos sobre el conocimiento de los diferentes elementos. En el sitio de internet de la IUPAC (2019) es posible participar en un desafío de preguntas relacionadas con los elementos químicos (https://iupac.org/100/ pt-challenge/). La siguiente pregunta es un ejemplo de las incluidas en dicha página: ¿Cómo se descubrió el fósforo?

a) Por un alquimista que intentaba encontrar la piedra filosofal.

b) Su descubrimiento se describe en la Biblia.

c) Accidentalmente, por el famoso químico Berzelius.

d) Por un minero al intentar disolver la roca de fosfato con ácidos.

4. Hacer presentaciones, conferencias, trabajos y otras actividades relacionadas con los usos y la abundancia de los elementos químicos. Para esto se puede utilizar la tabla periódica de la Figura 5, propuesta por la European Chemical Society (https://www.euchems.eu/), a partir de la cual se pueden tomar uno o varios elementos y estudiar su abundancia a nivel global, sus usos, las cuestiones sociales que se suscitan en torno a su obtención, su reciclaje y posibles soluciones para disminuir el consumo de aquellos elementos que poseen un grave riesgo de disponibilidad.

Figura 5 Tabla periódica de la abundancia de los 90 elementos naturales (Tomada de: https://www.euchems.eu/euchems-periodic-table/) 

Para personas interesadas

Figura 6 Palabras en español e inglés construidas con símbolos de elementos químicos