S61idos, liquidos y gases

Varios investigadores han estudiado las ideas de los escolares sobre los soli-dOSI23• Por ejemplo, Stavy y Stachell estudiaron las ideas en desarrollo que tenianninos israelies de 5 a 13 anos sobre los materiales solidos. Su investigacion indicaque los ninos mas pequenos tierfen a considerar cualquier material rigido como unsolido, cualquier cosa en polvo como un liquido y cualquier material no rigido(par ejemplo, plastilina, esponja y tela) como intermedio entre un solido y unliquido. Los alumnos explicaban que los polvos son liquidos parque «se puedenverter» y que los materiales no rigidos no son ni solidos ni liquidos porque son«blandos» 0 «se desmenuzan» 0 «se pueden rasgar». Por tanto, los ninos decidian elestado de un material de acuerdo con su apariencia y comportamiento dandocomo resultado que asociaban solidez con dureza, resistencia y no maleabilidad.

A los 11 allOS,los escolares tendian a considerar cualquier cosa en polvo como enun estado intermedio mas que como un liquido. Los investigadores sugieren que, alos 11 anos, los profesores podrian fomentar el desarrollo de la idea de que algo enpolvo esd compuesto por pequenos trows de solido (aunque este es un desarrollo deideas util, estos investigadores advierten que, cuando aprendan posteriormente lateoria de particulas de los solidos, los alumnos podrian inferir erroneamente que lasparticulas teoricas son «granos de polvo». Sugieren, por tanto, que, antes de ensenar-les la teoria de las particulas, los escolares deberian ser capaces de clasificar materialesde acuerdo con una vision cientifica de los estados de la materia).

Desde el punto de vista de un nino, la conversion de una masa solida en unsolido en polvo 0 en un liquido probablemente de como resultado una disminu-cion en la masal4•

Stavy y StacheP encontraron que los ninos parecen identificar un liquidocomo un material que esd «derretido» 0 «que se puede verter». En consecuencia,

su vision de los liquidos incluye materiales, como las sustancias en polvo, que sesalen de la clasificacion cientificamente aceptada. Ademas, puesto que en lavision de un nino, el modelo de liquido es el agua, todos los liquidos se puedenconsiderar como «acuosos» 0 «hechos de agua» 0 «que contienen agua». Jones yLynch2 senalaban que algunos ninos encontraban que la tarea de clasificar liqui-dos mas viscosos como el engrudo, la miel y la salsa de tomate era mas problema-tica que la clasificacion de liquidos «derretidos».

Los ninos pueden considerar que la forma liquida de un material tienemenos peso (0, en ocasiones, mas peso) que la misma masa en forma salida. Demanera similar, pueden considerar que la forma liquida de un material tiene maspeso que la misma masa en forma gaseosal4.

Varios investigadores5 678910 han estudiado la concepcion de «gas» de los esco-lares y encontraron que inicialmente no parecen ser conscientes de que el aire yotros gases poseen caracter material. Par ejemplo, aunque los ninos pequenospueden haber dicho que el aire y el humo existen, consideran que esos materialestienen un caracter efimero similar al de los «pensamientos». En la mente demuchos ninos el aire y el gas parecen tener connotaciones afectivas opuestas: elaire es «bueno» y se usa para respirar y para la vida; el gas es «malo» porquepuede ser venenoso, peligroso 0 inflamable.

Mas tarde, los escolares desarrollan una conciencia del caracter material delos gases. Llegan a considerar los gases como materiales que se extienden y reco-nocen que algunos gases se pueden ver aunque la mayoria no tienen color, niolar y son transparentes. Sin embargo, los alumnos pueden no considerar que un«gas» tenga peso 0 masa. Leboutet-BarrelP' sugiere que eso se debe a que la expe-riencia mas comun de los ninos en relacion con los gases es que tienden a subir 0

flotar. Esta opinion es apoyada por estudios que muestran que ninos de entre 9 y13 anos tienden a predecir que los gases tienen la propiedad de peso negativo eincluso que cuanto mas gas se anade a un recipiente, mas ligero se vuelve el reci-piente51O• Hasta que construyen la idea de que los gases tienen masa, es improba-ble que los alumnos conserven la masa cuando describ en cambios quimicos queimpliquen gases tanto si son reactivos como si son productos8•

Cuando observan un solido que se convierte en liquido los escolares puedenpensar que pierde peso 0 masaI412. Stavy12mostro a los alumnos dos muestras de

hielo que tenian pesos identicos. Fundio una de ellas y luego pregunto a 10s esco-lares por 10s pesos relativos de las dos muestras. La proporcion de la muestra queconservaba el peso (0 la masa) fue del 5 por 100 a 10s 5 y 6 afios, del 50 par 100a 10s 7 y del 75 por 100 a 10s 10 afios.

Los nifios pequefios no siempre discriminan entre fusion y disolucion. Aun-que en el proceso de disolucion se necesitan dos materiales, los nifios tienden acentrarse solo en el solido y consideran el proceso como «fusion»13141722.Cos-grove y Osborne15 encontraron que, en su muestra de 8 a 17 afios, muchos nifiosconsideraban que la fusion es similar a la disolucion en que es un proceso gra-dual y, en su opinion, casi desconectado de una temperatura determinada.

A 10 largo de sus estudios mediantes entrevistas sobre cambios de estado Cos-grove y Osbornel5 sefialaron que los alumnos generalmente no consideran queun cambio de estado este relacionado con una temperatura espedfica.

Varios investigadores han tratado de describir el desarrollo de una concep-cion de la evaporacionl617 18 19202122.Por ejemplo, Barl7 encontro que a 10s nifios de5 y 6 afios les impresiona la desaparicion de material, aceptan que sucede y noofrecen explicacion. Hasta los 8-10 afios no es probable que intenten conservarla sustancia evaporada cuando sugieren que elliquido que desaparece debe irse aalgun sitio. Ese sitio, en su opinion, tienen el caracter de un receptaculo, pero aesa edad el unico «receptaculo» en que pueden pensar es un recipiente solido 0una superficie de sopone: a ambos pueden considerarlos porosos. Mas tarde,cuando desarrollaban un concepro de «aire estatico», 10s alumnos sugerian quepanes de agua se meten en el (receptaculo) «aire». De forma no sorprendente, elconcepto de evaporacion parece ser dependiente del desarrollo de nociones deconservacion, atomismo y aire (invisible), y a los 12-14 afios es bastante fre-cuente una concepcion de la evaporacion que enlaza estas tres nociones.

Cuando los nifios observan un liquido que se conviene en un gas 0 vapor,pueden construir la idea de que, puesto que la sustancia material parece desapa-recer, se pierde peso 0 masa. Ademas, los que conservan la sustancia puedengenerar la idea de que un gas es mas ligero que la misma cantidad de liquido.Ambas ideas fueron sefialadas por Stavy12en un estudio en el que se mostraban anifios israelies dos tub os sellados que contenian masas identicas de acetona. Ellacalentaba uno de ellos hasta que la acetona se evaporaba completamente y pedia

a los sujetos que estimaran los pesos relativos de las muestras de acetona. A los 9afios la proporci6n que conservaba el peso era de un 5 por 100 mas 0 menos-esta proporci6n aumentaba constantemente hasta el 80 por 100 a los 14 afios.En general, los alumnos mas pequefios sugerian que la forma gaseosa de la ace-tona no tiene peso mientras que los alumnos de mas edad sugerian que la ace-tona Hquida es mas pesada que la forma gaseosa.

Bar y Travisl6 encontraron que la comprensi6n de la ebullici6n por los alum-nos es anterior a la de la evaparaci6n de Hquidos en superficies como suelos, pla-tillos y calles. Encontraron que el 70 por 100 de una muestra de nifios de 6 a 8afios entendia que cuando el agua esra hirviendo el vapor sale de ella, que la can-tidad de agua disminuye y que el vapor esra hecho de agua.

Sin embargo, los mismos nifios dedan que cuando un objeto s61ido, comoun platillo mojado, se seca, entonces el agua simplemente desaparece 0 bienpenetra en el objeto s61ido.

Andersson23 investig6 la comprensi6n que tenian los alumnos suecos de laidea de que el punto de ebullici6n de una sustancia pura (a una presi6n determi-nada) es fijo y no varia ni con el tiempo de ebullici6n ni con la energia aportada.Plante6 a los nifios dos problemas respecto a 10 que pasaria si el agua continuaracalentandose durante otros cinco minutos. El 40 par 100 de los sujetos de 12afios respondia que la temperatura seria mayor de 100°C, la mayoria de estegrupo explicaba que el agua se pone mas caliente cuanto mas tiempo se Ie esradando calor. El numero de nifios que ofred a esta respuesta disminuia con la edadpero el 16 par 100 de los de 15 afios todavia pensaban que la temperatura seriamayor de 100°C. De los nifios que sugerian que la temperatura se mantendria en100°C, el 25 por 100 de los de 12 y 13 afios explicaba su respuesta en funci6nde que el numero que marcara el mando de la cocina era 10 que determinaba latemperatura del agua. La proporci6n de nifios que ofredan esta explicaci6n eradel 35 por 100 a los 14 afios y del 32 por 100 a los 15 afios. El segundo pro-blema de Andersson pedia a los nifios que sugirieran que sucederia si se subierade numero el mando de la cocina. En este caso el 80 por 100 de los nifios de 12afios pensaba que la temperatura aumentaria por encima de los 100°C. Esta res-puesta la daban tambien el 63 par 100 de los de 13 afios, el 60 por 100 de los de14 y el 54 por 100 de los de 15. Incluso a los 15 afios, s610 el 31 por 100 dab arespuestas correctas y explicaciones apropiadas para ambos problemas. Segunesto la 16gica de algunos nifios les habia llevado a pensar que el tiempo de ebulli-ci6n y el aporte de energia podian influir en el punto de ebullici6n de un Hquidopuro. Gran parte de la confusi6n surge de la visi6n del nifio de que calor y tem-

peratura son 1a misma cosa y as!, razonan, si se aumenta 1a cantidad de caloraumentara 1a temperatura.

Bar y Travis16 con nifios israelies y Osborne y Cosgrove4 con nifios de NuevaZelanda han investigado las ideas respecto a 1a condensaci6n del agua sobre unrecipiente que contiene hielo. Ambos grupos de investigadares utilizaron un pro-cedimiento de respuesta multiple en el que 1as respuestas alternativas se basabanen respuestas obtenidas previamente en entrevistas. Los nifios israelies de lOa 14afios eligieron con mas frecuencia 1as respuestas «el frio se transform6 en agua» y«el frio hizo que el oxigeno y el hidr6geno se transformaran en agua» (aproxima-damente un 40 par 100 eligi6 cada alternativa). Menos del 20 por 100 eligi6 1arespuesta «el agua se condens6 a partir del vapor del aire». Como resultado de 1acomparaci6n de estas respuestas con otras respuestas de 10s mismos alumnos, 10sinvestigadores concluyen que, aunque 10s alumnos saben que el vapor se puedetransformar en agua, la ap1icaci6n de este conocimiento pareda causar a1gunasdificultades. Los sujetos de 12 a 17 afios de Nueva Zelanda eligieron con masfrecuencia la respuesta «el frio hizo que el oxigeno y el hidr6geno del aire forma-ran agua» (alrededor del 60 por 100 entre 10s 12 y 10s 15 afios, y el30 por 100 a10s 17 afios). Menos del 15 por 100 eligi6 «el frio pasa a traves del cristal y seconvierte en agua». La proporci6n de 10s que expresaban 1a opini6n de que 1acondensaci6n se produce a partir del agua del aire aumentaba con 1a edad del 10a1 55 par 100 entre 10s 12 y 10s 17 afios.

Se pidi6 a 10s mismos alumnos israelies que exp1icaran c6mo se moja 1amanacuando se pone sobre agua hirviendo16• Habia una distribuci6n casi equiva1enteentre dos respuestas: «el vapor se transforma en agua» y «la mana se moja con elvapor». La frecuencia de 1aprimera respuesta aumentaba con 1a edad entre 10s 10y 10s 14 afios, de un 20 por 100 a un 55 por 100 respectivamente. 5610 unapequefia proporci6n de 1a muestra elegia 1as respuestas «la mana suda» y «elhidr6geno y el oxigeno se transfarman en agua».

Cuando 10s alumnos observan un s61ido que se convierte en un gas, puedenconstruir 1a idea de que se pierde peso 0 masa. Stavy22 mostr6 a 10s nifios dostubos sellados que contenian masas identicas de iodo, 1uego ca1ent6 uno de ellos(llenando por tanto ese tubo de gas purpura). Pidi6 a 10s a1umnos que estimaran10s pesos relativos del yodo de 10s dos tubos. A 10s 9 afios 1a proporci6n que con-

servo el peso era de a1rededor del 30 por 100. Este porcentaje aumentaba con 1aedad hasta alrededor del 50 por 100 a 10s 11-13 afios y 1uego al 80 por 100 a 10s15 afios.

Varios investigadores14 1524252627han encontrado que, des de una edad tem-prana hasta 1a edad adulta, hay varias concepciones sobre el «proceso de diso1u-cion». Algunas se reflejan en 1as palabras utilizadas para describir 10 que Ie sucedeal azucar que se pone en agua. Hasta 10s 8 afios, hay una tendencia a centrarsesolo en el soluto y decir «simp1emente se va», «desaparece», «se funde», «sedisuelve» 0 «se convierte en agua»25. Cuando se examina 1a respuesta «se funde»,muchos nifios tienden a describirlo como similar a1 hielo «que se derrite». Confrecuencia 10s a1umnos de mas edad imaginan que a medida que el azucar sedisuelve «se hace pequefios trocitos minuscu10s». Mas tarde algunos dicen que«las mo1ecu1as de azucar rellenan 10s espacios entre 1as mo1eculas de agua» 0 tam-bien «se mezclan con 1asmolecu1as de agua».

Algunos investigadores25 282930 31 han exp10rado el aspecto de conservacion enel proceso de disolucion. Ho1ding25 investigo 1as ideas de 10s a1umnos sobre 1aconservacion (de sustancia, peso/masa y vo1umen) utilizando entrevistas sobretareas pricticas, junto con estudios de 1as tareas escritas y 10s diagramas de 10sa1umnos. Alrededor del 67 por 100 de 10s de 8 afios pensaban que 1a sustanciaque se disuelve permanece de alguna forma. Sin embargo, cuando se 1es p1ante-aba el peso de 1a solucion, solo alrededor del 50 por 100 de 10s que dedan que elazucar esta «ahi» dedan tambien que «pesa algo». Parece que 1a razon para estaaparente discrepancia era que algunos nifios pensaban que el peso del azucarestaba ahora «arriba en el agua», es decir en un estado de «suspension», de formaque, en su opinion no estaba «empujando hacia abajo» sobre el fondo del reci-piente. El salto entre 1a proporcion de alumnos que conservan 1a sustancia y 10sque conservan el peso se amplia entre 10s 9 y 10s 11 afios pero 1uego se reduce en10s ultimos afios esco1ares. Inicialmente, la proporcion que conserva 1a sustanciacrece regu1armente con la edad, pero 1a que conserva e1 peso decrece. Sinembargo, despues de 10s 8 afios, 10s a1umnos generan de forma creciente masideas sobre el tipo de cambios que ellos imaginan que sufre el soluto (se refierena «trows» de soluto, soluto «liquido», «atomos» de soluto). Sin embargo, no con-sideran el peso como una fuerza gravitatoria que actua sobre 10s «trozos», el«liquido» 0 1as otras formas imaginadas para el soluto. Despues de 10s 12 afios,muchos alum nos empiezan a desarrollar 1avision gravitatoria del peso y tam bien

una concepcion cientifica de la masa de forma que finalmente muchos, pero deningun modo todos, conservan tanto el peso como la masa del soluto.

En la ciencia escolar se espera que los alumnos consideren una solucion comouna mezc1a homogenea de dos 0 mas sustancias. Sin embargo, varios estudioshan mostrado que tienen una variedad de ideas sobre las disoluciones'5 2532333435.Holding25 encontro que en los primeros afios escolares, algunos nifios no consi-deraban una disolucion de azucar como una unica fase sino que, en lugar de eso,mantenian la idea de que quedan gruesas particulas de azucar invisibles. Losnifios sugerian que las particulas se pueden filtrar 0 se pueden sacar de la disolu-cion. Otros nifios, debido a que no veian una linea de separacion entre el solutoy el disolvente, consideraban una disolucion como una unica sustancia en vez decomo una mezc1a homogenea.

Ademas de construir la idea sobre disolucion en estado liquido, se espera quelos alumnos desarrollen una concepcion de disolucion en estado gaseoso,teniendo como ejemplo el aire. Meheut et al.36 informan de que los nifios peque-fios a menudo se mantienen fieles a la idea de que una mezc1a como el aire esuna sola sustancia.