Sustancias químicas elementales y compuestos químicos : una propuesta didáctica con un enfoque investigativo y modelización en los niveles macroscópico y submicroscópico.

Resumen tomado de la publicación

Aprendizaje en física y química II. Comentarios.

Guía del profesor del material para física y química de 3õ de BUP, 3õ y 4õ de FP o 1õ del Bachillerato de la Reforma de Enseñanzas Medias. Se enmarca en un modelo de enseñanza constructivista de aprendizaje de las ciencias. Se parte de las ideas previas de los alumnos para, mediante procesos de cambio conceptual, acercarse a las ideas de la ciencia actual. Se estructura en seis unidades: Iniciación al modelo atómico y a la teoría del enlace químico, Reacciones químicas, Química del carbono, Fuerzas, Cinemática y Dinámica. Cada unidad tiene una parte de conocimientos, otra de actividades de recuperación, actividades de profundización, control de clase y correción del ejercicio de autoevaluación.

The elements : a visual exploration of every known atom in the universe.

Las imágenes de esta publicación constituyen la representación visual más completa de cada átomo del universo. Organizada por orden de aparición en la tabla periódica, de cada elemento de los ciento dieciocho que la componen se facilitan datos, cifras, propiedades incluyendo el peso atómico, densidad, punto de ebullición y de fusión, valencia, electronegatividad, y el año y lugar en que se descubrió. Fotografías adicionales muestran cada elemento en formas ligeramente alteradas y sus aplicaciones.

La ciudad más pequeña conocida.

Este artículo pertenece al Monográfico: La Ciencia a las puertas del Tercer Milenio (I)

El drama de los científicos atómicos.

Se repasa la situación histórica de los físicos nucleares desde principios del siglo XX hasta la aparición de la guerra fría, el espionaje atómico y la carrera de armamentos entre las dos superpotencias, Estados Unidos y la Unión Soviética. Se describen algunas de estos descubrimientos, sus efectos destructores sobre la humanidad y el papel desarrollado por los científicos, a nivel ético y político, conscientes de las terribles consecuencias ocasionadas por la utilización de la energía atómica, todo ello en el marco de este agitado período histórico.

Estudios y perspectivas : selección de material para la enseñanza de la Física y la Química.

Se presentan varias experiencias para la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias, que resaltan las virtudes del quehacer científico: observación, iniciativa, creatividad, actividad personal y trabajo colectivo, objetividad y verdad. La primera experiencia permite a los alumnos elaborar un modelo o una teoría mediante la investigación científica; y los otros dos experimentos son: el modelo atómico-nuclear de Rutherford y el experimento que aporta pruebas de la existencia de los átomos y además sirve para determinar el tamaño de las moléculas.

Estructuras de aprendizaje y guías de enseñanza individualizada : aplicación a la formulación y nomenclatura química.

Se parte de que el conocimiento de la nomenclatura y formulación química es indispensable para comprender, razonar, y expresar los procesos químicos. Se expone la importancia de la estructuración de los objetivos del aprendizaje y de las metas que se debe marcar el profesor para la mejora de la calidad de la enseñanza. Se hace una subdivisión de objetivos parciales de aprendizaje con el fin de logras estas metas. Se construyen unos organigramas referentes a cada uno de los objetivos: clasificación de la materia; notación internacional de un elemento químico; concepto de peso atómico; significado de los símbolos químicos; concepto y cálculo de pesos moleculares; problemática de la determinación de una fórmula química; significado de una fórmula química; notación internacional de una sustancia compuesta ; paralelismo entre los conceptos relativos a átomo y molécula; concepto general de isótopo, en donde se muestran la graduación de conceptos y la relación e interdepedencia para alcanzar las metas de aprendizaje.

La comprensión de la Química en la adolescencia.

1. Identificar y jerarquizar las principales dificultades de comprensión que la naturaleza corpuscular de la materia, la conservación de propiedades no observables y las leyes proporcionales básicas de la química, plantean a los alumnos, partiendo de las diferencias entre las teorías científicas que se les enseñan y las propias teorías implícitas mantenidas por los alumnos, así como de la influencia de ciertas variables que pueden afectar a la comprensión. 2. Planteamiento de objetivos específicos en cada núcleo conceptual. Para cada investigación se seleccionan 4 grupos de alumnos adolescentes y varios grupos de alumnos universitarios, de centros y universidades públicas con diferentes conocimientos en química. Los alumnos adolescentes son un grupo de 7/8 de EGB, otro de 1/2 de BUP y dos de 3 BUP/COU con distinta instrucción científica (ciencias-letras). Se incluyen dos grupos de universitarios, uno de expertos y otro de novatos. Realizan 3 investigaciones, una para cada núcleo conceptual, con muestras diferentes. Diseñan una serie de cuestionarios con problemas y tareas, donde, los items son preguntas de elección múltiple. 20 cuestionarios, bateria de problemas. 1. Pocos progresos en la comprensión de la química durante la adolescencia. Las teorías implícitas de los alumnos sobre la materia y su composición apenas se modifican. 2. Las mayores dificultades de aprendizaje están relacionadas con la comprensión y el uso de la teoría corpuscular. En primer lugar, los alumnos apenas utilizan esta teoría de modo espontáneo. En segundo lugar, los alumnos utilizan los conocimientos escolares de química con más facilidad en contextos científicos y no generalizan a situaciones cotidianas. Y además, el significado que atribuyen a las partículas es diferente del que tiene en la teoría atómico/molecular. 3. Una enseñanza de la química basada en el cambio conceptual debe estar dirigida a presentar la teoría corpuscular como un modelo alternativo y diferenciado de las teorías implícitas de los alumnos. El cambio conceptual sólo es posible en el marco de las teorías y no de los conceptos aislados..

Construcción de modelos atómicos a través de simulaciones.

Resumen tomado de la publicación

SF e Animé : Os monstros encantadores do período pós-guerra.

O fascínio do poder de dotar de vida ao que está inanimado talvez possa ajudar a revelar o encanto que sentimos quando objectos fixos se começam a mover e a desenvolver coreografias cheias de vida. A técnica do desenho tornou-se o processo ideal para explorar estes temas por ser mais fácil desenhar robôs do que construir personagens, naves ou cenários futuristas para o cinema live-action. Assim, a animé favoreceu o género SF por precisamente ser mais económico a sua reprodução, tornando-a uma melhor escolha para um cheaper spectacle (Clements & McCarthy, 2006, p. 567). O motivo financeiro não foi a única razão, pois existem algumas questões importantes a explorar que reforçam esta tendência SF da animé . Após a 2ª grande guerra, no momento inicial da reconstrução do Japão, o Ground Zero, coincide com o desenvolvimento de uma cultura pop na qual os desenhos manga e a animé se tornaram referências fundamentais. Iremos verificar como das importantes particularidades dos filmes ou séries de animação japonesa são a exploração de imaginários SF onde o atómico é encanto monstruoso, que se controla ou pelo qual se é controlado. Com especial destaque às séries de televisão Prince Planet (Sato Okura, 1965), Gigantor (Mitsuteru Yokoyama, 1963) ou Astro Boy (Osamu Tezuka, 1963), iremos demonstrar que pela componente técnica ou visual da animação, a animé seja um específico modelo de estudo para tentar contextualizar atracções humanas por mundos controlados por máquinas, manipulação genética ou pela possibilidade de uma paisagem ciborgue.

Os ritmos da vida : uma visão actualizada da cronobiologia aplicada

As flutuações ambientais, tais como o ciclo dia-noite, as estações do ano e as variações de temperatura e humidade, são um desafio à sobrevivência dos seres vivos, os quais desenvolveram mecanismos de ajustamento e adaptação dos seus processos fisiológicos a essas variações cíclicas - o chamado Relógio Endógeno. Este relógio percebe a variação temporal, é regulado por diversos sincronizadores e, informa todo o organismo através de sistemas humorais e neurais. A Cronobiologia é um novo ramo da ciência que estuda os ritmos das funções biológicas relacionando-os com a saúde e com a doença, dando origem a outras ciências como a cronofarmacologia, a cronotoxicologia e a cronoterapia, cujos princípios (cronobiológicos) são hoje utilizados para, por exemplo, determinar a melhor hora do dia para a administração de um fármaco de forma a maximizar a eficácia e a minimizar as reacções adversas. A presente revisão pretende definir e explicar os conceitos básicos e o funcionamento do relógio endógeno e dos ritmos circadianos, defini-lo para os diferentes sistemas biológicos e, através da pele, demonstrar como o conhecimento prático destas especialidades, contribui, de forma aplicada, para o desenvolvimento do nosso conhecimento específico, ilustrando assim o estado-da-arte destes domínios.

SF e Animé : os Monstros Encantadores do Ground Zero

O fascínio do poder de dotar de vida ao que está inanimado talvez possa ajudar a revelar o encanto que sentimos quando os objectos fixos se começam a mover e a desenvolver coreografias cheias de vida. Na animé, a técnica do desenho tornou-se o processo ideal para explorar estes temas por ser mais fácil desenhar figuras monstruosas do que construir personagens, naves ou cenários futuristas para o cinema live-action. Após a II Grande Guerra, no momento inicial da reconstrução do Japão, o Ground Zero, coincide com o desenvolvimento de uma cultura pop na qual os desenhos manga e a animé se tornaram referências fundamentais. Iremos verificar como uma das importantes particularidades de séries de animação japonesa é a exploração de imaginários SF onde o atómico é encanto monstruoso, que se controla ou pelo qual se é controlado. Dando especial destaque às séries de televisão Prince Planet (Sato Okura, 1965), Gigantor (Mitsuteru Yokoyama, 1963) ou Astro Boy (Osamu Tezuka, 1963), iremos demonstrar que pela componente técnica ou visual da animação a animé é um modelo específico de estudo para tentar contextualizar a atracção humana por mundos controlados por máquinas, pela manipulação genética ou pela possibilidade de uma paisagem cyborg.

Arquiteturas multi-tarefas simultâneas : SEMPRE : arquitetura SMT com capacidade de execução e escalonamento de processos

O avanço tecnológico no projeto de microprocessadores, nos recentes anos, tem seguido duas tendências principais. A primeira tenta aumentar a freqüência do relógio dos mesmos usando componentes digitais e técnicas VLSI mais eficientes. A segunda tenta explorar paralelismo no nível de instrução através da reorganização dos seus componentes internos. Dentro desta segunda abordagem estão as arquiteturas multi-tarefas simultâneas, que são capazes de extrair o paralelismo existente entre e dentro de diferentes tarefas das aplicações, executando instruções de vários fluxos simultaneamente e maximizando assim a utilização do hardware. Apesar do alto custo da implementação em hardware, acredita-se no potencial destas arquiteturas para o futuro próximo, pois é previsto que em breve haverá a disponibilidade de bilhões de transistores para o desenvolvimento de circuitos integrados. Assim, a questão principal a ser encarada talvez seja: como prover instruções paralelas para uma arquitetura deste tipo? Sabe-se que a maioria das aplicações é seqüencial pois os problemas nem sempre possuem uma solução paralela e quando a solução existe os programadores nem sempre têm habilidade para ver a solução paralela. Pensando nestas questões a arquitetura SEMPRE foi projetada. Esta arquitetura executa múltiplos processos, ao invés de múltiplas tarefas, aproveitando assim o paralelismo existente entre diferentes aplicações. Este paralelismo é mais expressivo do que aquele que existe entre tarefas dentro de uma mesma aplicação devido a não existência de sincronismo ou comunicação entre elas. Portanto, a arquitetura SEMPRE aproveita a grande quantidade de processos existentes nas estações de trabalho compartilhadas e servidores de rede. Além disso, esta arquitetura provê suporte de hardware para o escalonamento de processos e instruções especiais para o sistema operacional gerenciar processos com mínimo esforço. Assim, os tempos perdidos com o escalonamento de processos e as trocas de contextos são insignificantes nesta arquitetura, provendo ainda maior desempenho durante a execução das aplicações. Outra característica inovadora desta arquitetura é a existência de um mecanismo de prébusca de processos que, trabalhando em cooperação com o escalonamento de processos, permite reduzir faltas na cache de instruções. Também, devido a essa rápida troca de contexto, a arquitetura permite a definição de uma fatia de tempo (fatia de tempo) menor do que aquela praticada pelo sistema operacional, provendo maior dinâmica na execução das aplicações. A arquitetura SEMPRE foi analisada e avaliada usando modelagem analítica e simulação dirigida por execução de programas do SPEC95. A modelagem mostrou que o escalonamento por hardware reduz os efeitos colaterais causados pela presença de processos na cache de instruções e a simulação comprovou que as diferentes características desta arquitetura podem, juntas, prover ganho de desempenho razoável sobre outras arquiteturas multi-tarefas simultâneas equivalentes, com um pequeno acréscimo de hardware, melhor aproveitando as fatias de tempo atribuídas aos processos.

Estudo da estabilidade termodinâmica de filmes ultrafinos de HfO/sub 2/ sobre Si

O presente estudo relata a composição, transporte atômico, estabilidade termodinâmica e as reações químicas durante tratamentos térmicos em atmosfera de argônio e oxigênio, de filmes ultrafinos de HfO2 depositados pelo método de deposição química de organometálicos na fase vapor (MOCVD) sobre Si, contendo uma camada interfacial oxinitretada em NO (óxido nítrico). A caracterização foi realizada utilizando-se técnicas de análise por feixes de íons e espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS). Também foram realizadas medidas elétricas sobre os filmes. Os estudos indicaram que esta estrutura é essencialmente estável aos tratamentos térmicos quando é feito um pré-tratamento térmico em atmosfera inerte de argônio, antes de tratamento em atmosfera reativa de oxigênio, exibindo uma maior resistência à incorporação de oxigênio do que quando foi diretamente exposta à atmosfera de oxigênio. Tal estabilidade é atribuída a um sinergismo entre as propriedades do sistema HfO2/Si e a barreira à difusão de oxigênio constituída pela camada interfacial oxinitretada. A composição química dos filmes após os tratamentos térmicos é bastante complexa, indicando que a interface entre o filme e o substrato tem uma composição do tipo HfSixOyNz. Foi observada a migração de Hf para dentro do substrato de Si, podendo esta ser a causa de degradação das características elétricas do filme.

Estudo de difusão de In e Pd em [alfa]-Ti utilizando a técnica de espectrometria de retroespalhamento de Rutherford e canalização

O objetivo da presente dissertação é o estudo de difusão de In e Pd na matriz de a-Ti. O interesse deste estudo baseia-se na investigação sistemática, realizada pelo grupo de Implantação Iônica, de difusão de impurezas substitucionais em a-Ti com o fim de determinar uma relação entre tamanho, valência e solubilidade e os respectivos coeficientes de difusão. Considerações de tamanho, diferença de valência e solubilidade indicam que o In deverá difundir substitucionalmente. Por outro lado, não está claro qual será o mecanismo de difusão do Pd, pois a sua solubilidade não é muito alta e seu raio atômico é menor que o da matriz. A dependência do coeficiente de difusão desses dois elementos com a temperatura foi estudada entre 823 e 1073 K no caso do In, e entre 673 e 1073 K no caso do Pd. Em ambos os casos, a técnica de RBS foi utilizada para determinar os perfis de concentração. Esta técnica tem uma alta resolução em profundidade (tipicamente 10 nm), o que permite a determinação das baixas difusividades esperadas no presente experimento (D ≤ 10-17 m² s-¹). Adicionalmente, utilizamos para o caso do Pd a técnica de canalização, com a finalidade de determinar o grau de substitucionalidade dos átomos de Pd, tanto imediatamente após a implantação, quanto depois de efetuados os recozimentos e, portanto, determinar o mecanismo de difusão do mesmo em α - Ti. No caso do In, os coeficientes de difusão seguem uma lei de Arrhenius com parâmetros de difusão Q = (260 ± 10) kJ/mol e Do = (2,0 ± 1,3) x 10-6 m² s-¹ , valores estes, típicos de um comportamento difusivo substitucional. No entanto, para o Pd, os coeficientes de difusão também seguem um comportamento tipo Arrhenius, com Q = (264 ± 9) kJ/mol e Do = (2,8 ± 1,3) x 10-3 m² s-¹. Quando se comparam os resultados do Pd com outros substitucionais, tais como Pb, Au, Sn e In, os resultados indicam que o Pd é um difusor rápido, porém mais lento que os intersticiais do tipo Fe, Co ou Cu. Por outro lado, os experimentos de canalização indicam que no intervalo de temperatura estudado, 30% dos átomos de Pd ficam em posição intersticial na rede. Isto é um forte indício de que o mecanismo de difusão é do tipo misto.