Problemas de Química para Estudiantes de Biología – Josefa Rodríguez, Lucrecia Campayo – 1ra Edición

Este libro trata los aspectos fundamentales de la Química General, la Química Orgánica y la Química Biológica. Se ha escrito con el propósito de proporcionar un entorno de aprendizaje que haga que el estudio de la Química sea una experiencia positiva y atractiva. No es un texto de Química ni puede sustituirlo. Al contrario, está pensado para complementarlo y, en concreto, para que el usuario pueda comprobar por sí mismo hasta qué punto ha comprendido todo aquello que ha estudiado. Se pretende facilitar el aprendizaje ayudando a pensar para resolver problemas. Para su elaboración se ha contado inicialmente con el apoyo del rectorado de la UCM, por medio de la concesión del Proyecto de Innovación y Mejora de la Calidad Docente PIMCD-99 del año 2007 para la creación de diversos materiales aptos para el autoaprendizaje de la Química y posteriormente con los sucesivos alumnos que han ido utilizando el material y proponiendo mejoras en el mismo.

Es una experiencia constatada por el profesorado de cualquier rama de las Ciencias y a cualquier nivel que la enseñanza basada en problemas contribuye a un mayor entendimiento de los conceptos teóricos. Sin embargo, cuando estos problemas se limitan a plantear una situación que el estudiante, con un mero acto de reconocimiento, es capaz de trasladar a un algoritmo y encontrar así su solución, no favorecen el proceso de aprendizaje, ya que generan dificultades para transferir el propio conocimiento a nuevas experiencias. Por otra parte, la presentación del problema aislado de su contexto real supone alcanzar una solución única sin que lleguen a tenerse en cuenta otras alternativas posibles que deberían poder ser planteadas. El objetivo general que se pretende conseguir es que el estudiante desarrolle la capacidad de apreciar la interrelación existente entre los aspectos físico-químicos, biológicos e incluso psicosociales que deben tenerse en cuenta al afrontar un problema.

Es cada vez más evidente la necesidad de considerar, en la solución de cualquier problema real, aquellos aspectos no sólo científicos, sino también los que atañen a los recursos naturales, el medio ambiente y social, de la salud de las personas o legal, además del compromiso ético que se exige al profesional de las Ciencias. Si planteamos que el estudiante alcance la suficiencia necesaria para realizar con éxito el proceso de análisis de un problema, de generar hipótesis y de generar, asimismo, procesos de autoaprendizaje que le permitan posteriormente explorar nuevas posibilidades, habremos de establecer qué entendemos por problema y cuál es el significado de la expresión resolver un problema. En este sentido hemos de considerar que metodológicamente la resolución de un problema no ha de diferir de lo que interpretamos como método científico.

Es común que, cuando se plantea a los alumnos la tarea de “resolver un problema”, tarea que habitualmente suele formar parte del conjunto de las planteadas en la guía docente de una asignatura, éstos la interpreten como consistente en la lectura del enunciado, la identificación del algoritmo de resolución, la realización de los cálculos matemáticos necesarios y, finalmente, la obtención de los resultados numéricos o solución. Lo que generalmente no se tiene en cuenta es que aprender por medio de la resolución de problemas es un reto intelectual que precisa de un esfuerzo por parte del estudiante, pero que le permitirá adquirir competencias específicas de conocimiento y comprensión de lo aprendido. Con este libro se pretende proporcionar una herramienta que permita al estudiante profundizar en aquellos conocimientos de Química adquiridos en los cursos de Bachillerato y que, en ciertos aspectos, pueda completarlos.

Estos conocimientos y aptitudes establecerán los cimientos imprescindibles para que el estudiante pueda abordar posteriormente el estudio de las distintas ramas de la Biología moderna, que son las más, en la que interviene el fenómeno químico. Al estar este libro dirigido principalmente a estudiantes de Biología, el enfoque de los fenómenos químicos en estudio se ha orientado específicamente hacia los aspectos que sean de mayor utilidad posterior en otras disciplinas aplicadas en Biología. Las líneas básicas contenidas en este texto se articulan alrededor de los conceptos fundamentales en Química. En particular se pretende que el estudiante que utilice este texto para su proceso de aprendizaje llegue a dominar los conceptos de la estequiometría química, conociendo los principios que regulan los aspectos cinéticos y termodinámicos de una transformación química, que domine el concepto de equilibrio químico, profundizando en aquellos en disolución más relevantes como los equilibrios ácidobase, oxidación-reducción y precipitación, y que, por último, conozca y domine aquellos aspectos relativos a la estructura, enlace, propiedades y reactividad básica de moléculas de especial relevancia biológica como las que componen la química del carbono.

Es decir, se pretende que la utilización de este texto permita conocer los hechos, conceptos y principios esenciales de la Química y proporcione la capacidad de utilizarlos adecuadamente en diversas situaciones, lo que permitirá sentar bases sólidas para continuar con éxito el aprendizaje en asignaturas posteriores. En los tres primeros capítulos se tratan los aspectos más importantes de la denominada Química General, desde el punto de vista de las reacciones en los seres vivos, comenzando con un capítulo dedicado a los aspectos relativos a los Equilibrios ácido-base y otro en el que se tratan las Reacciones de oxidación-reducción. Esta primera parte se completa con un estudio de la Cinética de las reacciones, entre las que no se incluyen las de las reacciones enzimáticas, al tratarse un tema que habitualmente se aborda en los estudios de Bioquímica. En todos estos capítulos se comienza por un breve resumen teórico del tema que permite repasar los conceptos necesarios para resolver los problemas que se plantean en el libro. A continuación se presentan una serie de ejemplos resueltos con todo detalle, que abarcan todos los tipos tratados en el libro y, por último, se proponen una serie de problemas que el alumno debe intentar resolver por sí mismo.

A continuación, la parte relativa a los compuestos del carbono o Química Orgánica se recoge en cinco capítulos, siguiendo la misma sistemática. En el primero de ellos se trata el tema de la Formulación y en el siguiente la Estructura de los compuestos orgánicos, en el que se estudian los aspectos relativos a los diferentes tipos de enlaces presentes en las moléculas orgánicas y sus consecuencias sobre la reactividad de las mismas. Así mismo, se tratan aquí los aspectos relativos al comportamiento ácido-base de las funciones orgánicas. El tercer capítulo se dedica a la Estereoquímica y análisis conformacional de las moléculas orgánicas, completando así el estudio general de la naturaleza de los compuestos orgánicos. A continuación se estudian en otro capítulo los aspectos relacionados con la Reactividad de los distintos grupos funcionales existentes en las moléculas orgánicas que tienen interés desde el punto de vista de los seres vivos. En este capítulo se muestran únicamente los aspectos relativos a los diferentes tipos de transformaciones habituales en ellos, ya que el tema de los distintos reactivos que se pueden utilizar para cada transformación no tiene interés en este caso, pues en los seres vivos estas transformaciones van a llevarse a cabo por medio de diversas enzimas.

Se trata únicamente de estudiar las posibles transformaciones que pueden tener lugar, preparando así el camino para una mejor comprensión de las transformaciones que ocurren en los diversos procesos bioquímicos. A continuación, en el quinto capítulo se recoge una serie de problemas apropiados, en principio, para alumnos avanzados, no debido a la dificultad de los mismos, sino al hecho de ser necesario poseer una visión básica del conjunto de la Química Orgánica para resolverlos en su totalidad. En cada uno de los casos se presenta la estructura de la molécula y se da una breve información sobre sus características biológicas, como puede ser el lugar en el que se produce, la actividad que ejerce, su peligrosidad, etc. Seguidamente se hacen una serie de preguntas químicas que el alumno debe responder a la vista de la estructura, relacionadas con la nomenclatura y las características estructurales de la molécula, así como con los grupos funcionales presentes y sus características químicas. En este capítulo no se incluye ni introducción teórica ni ejemplos resueltos con todo detalle, al no tratarse de conceptos nuevos y haberse visto éstos adecuadamente en los capítulos precedentes. Para finalizar, se incluyen en un último capítulo las soluciones a todos los problemas del texto. De esta forma, el estudiante puede comprobar por sí mismo si ha adquirido las destrezas necesarias.