Este documento presenta información sobre el uso del programa Avogadro para modelar moléculas en 3D. Explica las herramientas básicas del programa como dibujar átomos y enlaces, optimizar geometrías moleculares, visualizar ángulos y distancias, y rotar moléculas. También proporciona enlaces a tutoriales adicionales sobre el programa. El objetivo es familiarizar a los estudiantes con Avogadro para que puedan crear representaciones moleculares útiles para el aprendizaje de conceptos químicos.

1. CLASE 1
Modelo uno a uno
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2. ¡¡Bienvenidos!!
Sean muy bienvenidos a la primera clase del taller Enseñar Química 1 a 1.
Es una alegría para nosotros volver a encontrarnos y a compartir un espacio
de trabajo colaborativo, aunque esta vez, a distancia.
Imaginamos que muchos de ustedes han de tener experiencia en realizar
cursos a distancia pero igualmente queremos invitarlos a:
• leer la Guía para conocer el campus virtual,
• recorrer el aula virtual y ver cada una de las secciones,
• subir una foto en el perfil personal y
• presentarse brevemente donde lo indique el tutor.
Durante esta primera semana recorreremos algunas ideas centrales del
Modelo 1 a 1 que pueden ser empleadas en las clases de Física.
Comenzaremos a famliarizarnos con el programa Avogadro que nos serán
muy útiles para el desarrollo actividades en el aula y comenzaremos a
participar en tareas colaborativas mediante la organización de pequeñas
comunidades de aprendizaje virtual.
Los esperamos
Fernanda.
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3. Aspectos relevantes del material de estudio
El material de estudio de Química caracteriza la nueva cultura del aprendizaje y
expone sus rasgos más importantes:
INFORMACIÓN
CONOCIMIENTO CIENTIFICO
APRENDIZAJE CONTÍNUO
Este modelo de Educación Científica, tiene por objeto preparar a los alumnos para
buscar y seleccionar la información y dada la extensa cantidad a la que estamos
expuestos en la actualidad el resultado previsto es que los estudiantes actúen tal
cual como lo haría un experto, tomando libremente decisiones y posturas que
vayan formando en el futuro profesionales que aporten cultura y progreso a la
sociedad.
Como focos centrales en el estudio específico de la Química se pretende de los
alumnos:
Puedan comprender
La estructura de los materiales y las transformaciones que en ellos se
producen.
La importancia de esta disciplina en las actividades cotidianas.
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4. Su capacidad de enfrentar y resolver problemas en la vida del hombre
relacionados con los recursos naturales, los procesos industriales, el cuidado
de la salud y la protección del medio ambiente.
Para ello vamos a tratar un tema real de la actualidad, objeto de estudios
permanentes a nivel mundial: La Contaminación del Agua.
El objetivo es estudiar conceptos de química respecto del tema planteado para ello
se prevé el análisis de películas que tratan el tema y a través de ellas poder
despertar el interés de los alumnos por un tema tan importante como La
Contaminación Ambiental.
Sobre este tema se relacionan conceptos de química tales como:
Propiedades del agua y de sus contaminantes más comunes.
Fórmulas químicas, estructuras de Lewis, geometría molecular, polaridad de
las moléculas y la relación entre polaridad y propiedades como la
solubilidad.
Fuerzas intermoleculares.
Esta primera aproximación al problema de la contaminación del medio ambiente
también nos permite explorar cuestiones epistemológicas que atañen al quehacer
científico, es decir como se formula una hipótesis.
También se propone el debate de los materiales vistos y a través de la discusión y
el análisis de los distintos puntos de vista realizar un resumen de las conclusiones
en común o contemplar las distintas posiciones en el caso que las hubiera.
En la segunda parte de este material de estudio se trabaja con nociones de
reacción, ecuación, fórmula química y el uso de distintos programas que nos
permiten modelar moléculas para introducir el concepto de geometría molecular.
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5. Se utilizan infografías que permiten obtener la información resumida y presentan al
alumno un atractivo visual con poco tiempo de lectura y que permite mucho tiempo
para el debate.
En otro enfoque del agua y química ambiental se pueden abordar temas que les
permitan comprender el origen de los contaminantes del agua y plantear sus
reacciones para aprender a representar ecuaciones químicas.
Otro punto de vista interesante es el planteo del funcionamiento de una planta de
tratamiento de aguas residuales y los procesos que ocurren en ella.
Se analizan temas relacionados como la lluvia ácida, sus reacciones químicas, su
efecto y consecuencias. También otros temas como la contaminación por metales
pesados, agroquímicos y materia orgánica.
El análisis de la molécula del agua y sus propiedades para poder relacionarla con
los posibles contaminantes.
En la tercera y última parte de este material de estudio se trata el tema de las
interacciones entre las partículas para resolverlo mediante un mapa conceptual,
esta herramienta permite expresar y coordinar conceptos o proposiciones mediante
la representación gráfica.
En esta etapa los alumnos deben ser capaces de aplicar los conceptos vistos a lo
largo del material de estudio y afrontar problemas nuevos.
Comprender como se modifica el comportamiento de las sustancias según el tipo de
interacciones que presentan y su intensidad.
Se propone una actividad experimental en el laboratorio para analizar la
conductividad eléctrica con materiales metálicos (en estado sólido), iónicos fundidos
o en solución acuosa, y moleculares, polares y no polares.
Por último se propone que los alumnos en grupos presenten un trabajo final que
incluya aspectos químicos, biológicos, ambientales y sociales y que puedan
defenderlo frente al resto de la clase.
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6. Consulte el material descripto en el apartado “Material de Estudio” al costado
izquierdo de su pantalla o haga click aquí.
La Química en 3 D
Cuando nos enfrentamos al desafío de enseñar a los alumnos como es el
comportamiento de los átomos al formar moléculas y como está dada su
disposición tridimensional que a su vez tiene una relación directa con las
propiedades de las mismas tales como reactividad, polaridad, magnetismo entre
otras; sabemos que resulta muy difícil plasmar la geometría molecular en un
pizarrón y acudimos a los modelos con bolas de plástico u otros métodos caseros
en pos de ver de una forma real la estructura de la materia.
En la actualidad contamos con diferentes programas (editores) que nos permiten
diseñar moléculas. Estos programas tienen cargados en su software todos los
átomos de la Tabla Periódica y sus características físico-químicas que nos permite
de forma sencilla diseñar diferentes moléculas orgánicas e inorgánicas y optimizar
su geometría en forma eficiente y precisa.
En este material hemos elegido el programa Avogadro para aplicarlo en las
secuencias elaboradas en este taller. Las netbooks que reciben los alumnos tienen
este programa instalado, pueden visualizar el icono característico en el escritorio de
las computadoras.
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7. El editor de moléculas en 3D Avogadro
Avogadro es un editor de moléculas en 3D desarrollado bajo código abierto que
tiene el sistema operativo Win2000/NT/XP/Vista/7.
Es un excelente software libre multi-plataforma, multi-lenguaje, el cual les permite
diseñar las ilustraciones moleculares de preferencia. El software funciona en
Windows, Mac OS X y Linux. Igual como ya lo indiqué, está disponible en
castellano, así como en inglés, francés, alemán, chino, etc.
Como este programa fue diseñado en forma colaborativa vamos a contar con
muchos tutoriales que nos van a proporcionar información útil sobre sus
posibilidades de uso.
Sitio oficial de Avogadro:
http://avogadro.openmolecules.net/wiki/Main_Page
Aquí podrán acceder a todo tipo de
información sobre Avogadro. También
pueden descargarlo en forma gratuita.
Para comenzar a conocer Avogadro los
invitamos a explorar el sitio.
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8. Más sobre el programa Avogadro
El manejo de este programa es muy sencillo ya que presenta una barra de
herramientas muy simples para el diseño manual de moléculas de simple a
mediana complejidad.
En la barra superior podemos observar un icono que representa un lápiz con
el que podemos dibujar los átomos.
A la derecha de la barra superior podemos ver una ventana que se llama
“preferencia de herramientas”, cuando cliqueamos sobre este icono aparece
el cuadro de configuración del dibujo donde podemos elegir los átomos que
van a ser parte de nuestra molécula, el tipo de enlace y la opción de ajuste
de los hidrógenos.
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9. Cuando desplegamos la ventana de elección del elemento podemos ver los átomos
que se utilizan con mayor frecuencia y al final del listado una opción que dice
“otro”, si cliqueamos allí podemos ver que se despliega la tabla periódica con todos
los elementos para seleccionar.
Ya estamos en condiciones de armar nuestra molécula, para ello con sólo colocar
los átomos y luego arrastrar con el mouse desde uno de los átomos hacia el otro
podemos generar el enlace entre ellos.
Es importante saber que con el botón izquierdo genero átomos y con el izquierdo
puedo borrarlos. También cliqueando con el botón izquierdo sobre el enlace puedo
cambiar el orden de enlace.
PULSAR Y ARRASTRAR PARA GENERAR
BORRAR ÀTOMOS
ÁTOMOS Y ENLACES
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10. Ahora estamos en condiciones de optimizar la geometría molecular, para ello
iremos a la opción de la barra que dice “extensiones”, lo desplegamos y elegimos
“optimizar geometría” o desde el teclado de la net utilizar Ctrl + Alt + O.
Y obtendremos el siguiente resultado:
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11. Otra herramienta importante para trabajar es la ventana de la derecha que dice
“preferencia de pantalla”, al desplegar la misma vamos a encontrar distintas
opciones de presentación de la geometría de la molécula tales como:
(*)Renderiza las primitivas
utilizando bolas para los átomos y
palos para los enlaces.
Bola y varilla
Dibuja moléculas como palos.
Varilla
Hace bonos cables, ideal para
grandes estructuras moleculares.
Simple alambre
Dibuja enlaces como alambres
(líneas), ideal para (bio)moléculas
muy grandes.
Marco de alambre
Traza átomos como esferas de Van
der Waals.
Esferas de Van
der Waals
(*)(render en inglés) es un término usado en jerga informática para referirse al proceso de generar una
imagen desde un modelo. Este término técnico es utilizado por los animadores o productores
audiovisuales y en programas de diseño en 3D.
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12. La herramienta de navegación nos permite darle movimiento a la molécula formada
como trasladarla de lugar en la pantalla, utilizarla como zoom o hacerla girar desde
el átomo elegido.
ZOOM
Traslada la molécula
Gira la molécula en
de un lugar a otro
la dirección deseada
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13. Cálculo de los ángulos que forman los átomos de la molécula
El programa nos da la posibilidad de constatar la geometría real de la molécula y
constatar las distancias de sus enlaces, su orientación espacial y los ángulos que
forman.
Podemos ver la molécula de acetileno que presenta una geometría plana
ACETILENO
C2H2
Distancia CC 1,200 A
Ángulo CH 180 °
Sp
La herramienta que nos permite visualizar los ángulos se llama “herramienta de
manipulación del enlace central”, se encuentra a lado de la herramienta de
navegación y tiene este icono:
Con sólo activar esta herramienta y
90 posicionarnos en las distintas
partes de la molécula podemos ver
los ángulos formados
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14. La herramienta que nos permite medir las distancias de los enlaces es la
herramienta de medición a la cual puedo acceder desde el teclado con F12, una vez
activada con el botón izquierdo puedo seleccionar hasta tres átomos y con el
derecho reiniciar las mediciones.
En la parte inferior de la pantalla podemos visualizar las mediciones tomadas.
Herramienta de selección (F10) y manipulación (F11)
Con estas herramientas podemos:
Con la herramienta de selección utilizando el botón derecho podemos seleccionar
parte de la molécula o toda la molécula completa.
Con la herramienta de manipulación:
Pulsar y arrastrar Pulsar y arrastrar
para mover átomos para rotar los átomos
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15. Herramienta de rotación automática
Con esta herramienta podemos hacer girar libremente las moléculas diseñadas,
cuando utilizamos esta herramienta se despliega un cuadro que se llama
“Configuraciones de AutoGirar” donde podemos definir la intensidad de la rotación
en los ejes x, y, z.
Herramienta de diseño de moléculas a través de un lenguaje químico simplificado:
SMILES (SIMPPLIFIED MOLECULAR INPUT LINE ENTRY SYSTEM)
Con este método podemos ingresar un código universal para la creación simple de
moléculas simples a grandes moléculas complejas incluyendo proteínas y otras
estructuras orgánicas e inorgánicas.
Las posibilidades de esta herramienta son innumerables, podemos trabajar con
estructuras cíclicas, estructuras discontinuas, isómeros, tautómeros, isótopos,
estructuras tetraédricas, cuadradas planas, trigonales bipiramidales, octaédricas,
compuestos aromáticos con nitrógeno como la piridina y se extiende también al
desarrollo de ecuaciones químicas.
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16. SMILES
Direcciones útiles para seguir aprendiendo
El programa Avogadro es sencillo y contamos con la posibilidad de investigar
diversos turoriales que encontraremos en la Web y nos van a permitir ver ejemplos
de sus aplicaciones y explicaciones paso a paso de cómo resolver diferentes
problemas para su uso.
Para explorar su potencial les dejo todas las direcciones dónde pueden empezar a
estudiar el uso de las herramientas mostradas.
• http://avogadro.openmolecules.net/wiki/Category:Tutorials
• http://www.daylight.com/dayhtml/doc/theory/theory.smiles.html
• http://www.daylight.com/dayhtml/doc/theory/theory.smirks.html
• http://www.daylight.com/dayhtml/doc/theory/index.html
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17. Foro 1:
Empezando a conocernos. En este foro los invitamos a que nos cuenten algunos
datos sobre su vida personal y profesional, sus experiencias en relación con las
TICs . También que nos transmitan su expectativas en relación al taller.
Foro 2:
Esta semana se va a abrir un foro dónde vamos a debatir sobre los siguientes
temas:
¿Cómo modifica la incorporación de las TICs la enseñanza de la química?
¿Qué ventajas supone el uso de programas como el Avogadro a las actividades
áulicas de química?
¿Cuáles son los cambios que propone para elevar la calidad de enseñanza en la
Argentina y cómo los llevaría a cabo?
Ministerio de Educación de la Nación (2010): Netbooks en el aula. Introducción
al modelo 1:1 e ideas para trabajar en clase.
Ministerio de Educación de la Nación (2011): Material auxiliar para la
enseñanza. Química.
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