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https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/7023| Título : | ANÁLISIS DE LOS MODOS VIBRACIONALES, A NIVEL TEÓRICO, PARA LA INTEGRACIÓN EN LA ENSEÑANZA-APRENDIZAJE DE LA ESPECTROSCOPÍA INFRARROJA. |
| Autor : | NICOLAS VAZQUEZ, MARIA INES |
| Fecha de publicación : | 2017 |
| Resumen : | La espectroscopía infrarroja es una técnica de amplia utilidad en química para la determinación de grupos funcionales en sistemas moleculares(1), mediante el análisis de los modos vibracionales, como los alargamientos y flexiones. Por lo que es de gran importancia en análisis cualitativo. La asignación de estos modos vibracionales es específica. La espectroscopía Infrarroja tiene aplicaciones en la industria farmacéutica(2), industria química-petroquímica(3), industria alimentaria(4), toxicología forense(5), polímeros(6), mineralogía(7), microbiología(8), ambiental(9) etc. Por otro lado, el desarrollo y uso de las computadoras en el mundo de la química ha crecido en los últimos años y por lo tanto se han convertido en una herramienta para el estudio y comprensión de los sistemas químicos. Su uso abarca desde la creación y administración de bases de datos a la simulación computacional a escala atómica de procesos químicos y físicos. En las últimas tres décadas la química computacional ha evolucionado hasta convertirse en una potente herramienta que no solo permite a los investigadores racionalizar los resultados extraídos de la experimentación, sino también obtener un tipo de información absolutamente inasequible para las metodologías experimentales. La calidad de los resultados obtenidos ha permitido que las técnicas computacionales se hayan generalizado a diversos campos de la química. La información teórica no solo es un complemento a los datos experimentales, sino que también es una fuente independiente de información acerca de estructuras moleculares, información vibracional entre otros. Al enseñar los fundamentos de la espectroscopía infrarroja (técnica ampliamente utilizada como ya se mencionó anteriormente) es difícil que el alumno observe los diferentes modos de vibración (alargamiento, flexión, torsión) en un espectro obtenido a nivel experimental, él lo que observa son las longitudes de onda (o frecuencia) a la que se llevan esas vibraciones. Este comportamiento químico se podría entender mejor si el alumno visualiza, manipula y analiza a nivel teórico los modos vibracionales con posterior correlación de las bandas que aparecen a cierta longitud de onda en los reportes experimentales. Las diferentes carreras a nivel licenciatura de la FES-C, en sus diferentes programas de estudio de los respectivos planes; estudian esta metodología, pero en ocasiones por falta de equipo es imposible que el alumno interaccione con esta técnica. Además es importante señalar que debido a esto último y al carácter complejo de los fundamentos de la técnica puede resultar difícil que el alumno comprenda y sea capaz de interpretar los resultados de dichos análisis espectroscópicos, siendo las metodologías computacionales un referente que permitirá a los alumnos clarificar los conceptos adquiridos y facilitar la interpretación de resultados experimentales a través de modelos más visuales. Por lo tanto, con este proyecto se propone la elaboración de un material didáctico que a nivel teórico, muestre al alumno un procedimiento sencillo como determinar espectros infrarrojos de compuestos que permitan visualizar y analizar los modos vibracionales característicos de algunos grupos funcionales. Con esta forma de trabajar, el estudiante estaría en posibilidad de determinar espectros a nivel teórico de algunos de sus compuestos que haya sintetizado y caracterizado el espectro infrarrojo a nivel experimental. Consecuentemente, correlacionará sus observaciones teóricas con los fundamentos aprendidos con respecto a la espectroscopía infrarroja. El manual consistirá en la selección de 10 moléculas, con una diversidad estructural que permita ejemplificar los modos vibracionales de los grupos funcionales en las distintas zonas del espectro de infrarrojo estudiado (600 a 4000 cm-1) y que a su vez presentan en la literatura sus espectros a nivel experimental, para que de esta manera puedan correlacionar el respectivo modo vibracional del grupo funcional, la banda observada a nivel experimental y los fundamentos teóricos estudiados en la respectiva asignatura. (1) J. Andrés Bort y Juan Beltrán. Castelló de la Plana: Química teórica y computacional. Publicaciones de la Universitat Jaume I, 2000. (2). E.N. Lewis, L.H. Kidder, E. Lee, Innovations Pharm. Technol. (2006) 107. (3). E.N. Lewis, J. Schoppelrei, E. Lee, Spectroscopy (Amsterdam) 19 (2004) 26. (4). R.B. Shah, M.A. Tawakkul, M.A. Khan, J. Pharm. Sci. 96 (2007) 1356. (5). S. De Baere, E. Meyer, I. Dirinck, W. Lambert, P.M. Van Peteghem, A. De Leenheer. J. Analytical Toxicol. 21 (1997) 26. (6). M.J. Velasco, J. Rubio, J.L. Oteo. Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidrio, 40 (2001) 37. (7). L. Fernández-Carrasco, T. Vázquez. Materiales de Construcción, 46 (1996) 53. (8). K. Maquelin, C. Kirshner, L. Choo-Smith, N. van den Braak, H. Endtz, D. Naumann. J. Microbiol. Methods, 51 (2002) 255. (9). A.R. Ford, W.A. Burns, S.W. Reeve. J. Chem. Education, 81 (2004) 865. |
| URI : | http://132.248.161.133:8080/jspui/handle/123456789/7023 |
| metadata.dc.contributor.responsible: | NICOLAS VAZQUEZ, MARIA INES |
| metadata.dc.coverage.temporal: | 2017-2018 |
| metadata.dc.description.objective: | 1. Elaborar un manual sobre espectroscopía infrarroja que indique la metodología para determinar espectros Infrarrojo a nivel teórico con programas especializados de química, para visualizar, analizar y comprender los diferentes modos de vibración de grupos funcionales de moléculas de interés y correlacionarlos con los espectros obtenidos a nivel experimental. Esto permitirá la integración enseñanza-aprendizaje de los fundamentos de la espectroscopía infrarroja. 2. Optimizar recursos (infraestructura) sin dejar el conocimiento de la respectiva metodología fuera del alcance de los alumnos. Ya que es más factible contar con computadoras-programas para la determinación de los espectros, observando, analizando y comprendiendo los modos vibracionales a nivel teórico; que contar con equipos a nivel de laboratorio, considerando la cantidad de asignaturas-alumnos. 3. Incentivar el interés de los profesores como de los alumnos por el conocimiento de las determinaciones teóricas usando programas especializados de la química computacional, para llevar a cabo aquellas determinaciones que en ocasiones no se pueden realizar en un laboratorio experimental tradicional por no contar con equipo especializado, tiempo, condiciones de trabajo etc. 4. Incidir en el ámbito químico para adecuar una propuesta de modificación de la enseñanza tradicional de la química por otra que incluso contribuye a la no contaminación química. |
| metadata.dc.description.hypothesis: | La idea principal de esta metodología espectroscópica a nivel teórico, es promover su aplicación en investigación y en diferentes áreas de la química, por su uso. La identificación de determinados grupos funcionales mediante el análisis de los modos vibracionales de una molécula, para las que se observan bandas características en determinadas regiones del espectro, para conocer la estructura de esta entre otros. Los alumnos correlacionarían los fundamentos sobre espectroscopía Infrarroja, adquiridos en la respectiva asignatura experimentales con los modos vibracionales observados a nivel teórico. Aplicando los fundamentos de la técnica espectroscópica Infrarroja así como el conocimiento del manejo de los programas especializados en química se podrán determinar con éxito los espectros de diferentes sistemas obtenidos a nivel experimental. La aplicación de la metodología teórica será cubierta en tiempo y forma en cada sesión de laboratorio. En algunas asignaturas como espectroscopía aplicada se determinarían los espectros de moléculas que previamente caracterizadas experimentalmente y de esta manera se estaría validando la metodología teórica. |
| metadata.dc.description.strategies: | 1- El manual planteado estará en función de la propuesta de Hornback (1), en la cual el espectro de infrarrojo la divide en zonas: Zona del hidrógeno (4000-2500 cm-1), zona del triple enlace (2300 a 2000 cm-1) y la zona del doble enlace (1900-1500 cm-1); con base a esto se desarrollarán las practicas correspondientes a compuestos con bandas características en cada zona. 2- De acuerdo a la literatura, las vibraciones obtenidas a nivel teórico son sobrestimadas, por lo que se realizarán una serie de determinaciones tomando en cuenta el funcional y el conjunto base para obtener un dato teórico lo más cercano al experimental. Considerando que todos los sistemas químicos a estudiar con de índole orgánico, la propuesta metodológica funcionará. Si el estudiante llegara a considerar un sistema diferente al orgánico o de un tamaño mayor, tendría que involucrarse más para obtener un resultado satisfactorio (Tesis por ejemplo). 3- Análisis y selección de moléculas a estudiar. Se considerarán espectros infrarrojos a nivel teórico que además puedan compararse con los espectros experimentales obtenidos de la base de datos Spectral Database for organic compounds (2). Considerando también algunos de los compuestos que los alumnos generen a nivel experimental. 4- Asesorar a los profesores participantes sobre esta otra forma de trabajar para que transmitan esta metodología a los alumnos. Relacionando los fundamentos de la espectroscopía infrarroja, con los modos vibracionales observados a nivel teórico y los espectros experimentales. Con estos resultados se analizará la aplicabilidad de la metodología teórica y que podrá ser presentada en un foro académico de educación. 5- Manual. Elaboración de la metodología teórica por práctica (texto, figuras, esquemas, tablas, imágenes etc.), considerando el modo vibracional de un grupo funcional. El trabajo consistirá en la selección de 10 moléculas, con una diversidad estructural que permita ejemplificar las bandas de los grupos funcionales en las distintas zonas del espectro de infrarrojo estudiado (600 a 4000 cm-1) y que a su vez presentan en la literatura sus espectros a nivel experimental. Con la metodología que se indicará en el manual, los alumnos podrán considerar moléculas más complejas que puedan realizarse usando recursos computacionales disponibles en la institución. (1) J.M. Hornback, Organic Chemistry, Thomson Learning (USA) (2006). pag 500-541. (2) National Institute of Advance Industrial Science and Technology, Spectral database for organic compounds, sdbs.db.aist.go.jp, consultado: 26-08-2016. |
| metadata.dc.description.goals: | 1- Propiciar el conocimiento del uso de programas de química especializado a nuestros alumnos de nivel licenciatura así como en algunos profesores de nuestra facultad. 2- Involucrar a los alumnos de servicio social en el campo de la química cuántica-química computacional. Con el propósito de realizar una serie de pruebas teóricas para determinar la metodología a seguir en la obtención de espectros infrarrojos teóricos para el análisis de los modos vibracionales. 3- Se realizará una presentación en un foro académico (Difusión). Se expondrá la aplicabilidad de la metodología teórica para la determinación de espectros infrarrojo para la observación, análisis y compresión de los modos vibracionales que muestra los grupos funcionales de una molécula. Para la evaluación se considerará facilidad del manejo del programa especializado de química, metodología, molécula y recursos computacionales. 4- Manual, manuscrito, en donde de manera general se indique como abordar la metodología teórica para la obtención de un espectro infrarrojo. Como visualizar y analizar los diferentes modos vibracionales de los grupos funcionales de una molécula. |
| metadata.dc.description.selfAssessment: | El objetivo del proyecto fue elaborar una propuesta de un material didáctico (manual: “estudio de la espectrofotometría infrarroja desde el enfoque de la química computacional“) que a nivel teórico, muestre al alumno un procedimiento sencillo para determinar espectros infrarrojos de compuestos que además le permitan visualizar y analizar los modos vibracionales característicos de algunos grupos funcionales. El manual consistió en la selección de 10 moléculas, con una diversidad estructural que permita ejemplificar los modos vibracionales de los grupos funcionales en las distintas zonas del espectro de infrarrojo estudiado (600 a 4000 cm-1) y que a su vez presentan en la literatura sus espectros a nivel experimental, para que de esta manera puedan correlacionar el respectivo modo vibracional del grupo funcional, la banda observada a nivel experimental y los fundamentos teóricos estudiados en la respectiva asignatura. El material fue terminado de acuerdo a lo comprometido. Alumnos de Servicio Social y del laboratorio de la asignatura de Química Orgánica II (Bioquímica Diagnóstica) de segundo semestre, al trabajar con programas de química especializado en el tema de espectrofotometría Infrarroja, indican que existe una mayor comprensión del respectivo fundamento. Con el apoyo de las tecnologías se corrobora, que son de utilidad en los proyectos educativos en las áreas de las ciencias experimentales. Esta puesta en práctica tuvo alcances a nivel cognitivos como lo son: comprensión, análisis, manipulación, etc., con la que el alumnado refuerza su aprendizaje, integra sus conocimientos y desarrolla capacidades para argüir y justificar resultados científicos reales, a la par que se actualiza. Dos alumnos de Servicio Social concluyeron con el 100%, y dos están en proceso. Uno y cinco trabajos, en modalidad cartel, fueron presentado en el 52º Congreso Mexicano de Química-36º Congreso Nacional de Educación Química, celebrado en Puerto Vallarta, México del 26 al 29 de septiembre del 2017 y en el 3er Congreso de Ciencia, Educación y Tecnología desarrollado en la Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán-UNAM, del 19 al 22 de junio del 2017; respectivamente. También se impartieron dos talleres, uno llamado “Análisis de los modos vibracionales, a nivel teórico, para la integración en la enseñanza - aprendizaje de la espectroscopía infrarroja”, impartido en la Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán-UNAM, del 23 al 27 de enero del 2017. En el marco del Programa de Actualización y Superación Docente (PASD) para Profesores de licenciatura (DGAPA-UNAM). 20 horas. Y otro en el 52º Congreso Mexicano de Química-36º Congreso Nacional de Educación Química, intitulado “Interpretación Espectroscópica empleando Química Computacional” 26 de septiembre 2017, celebrado en Puerto Vallarta, México. Finalmente, una alumna inicia su trabajo de tesis (producto colateral) con el tema de este proyecto. |
| metadata.dc.description.goalsAchieved: | En este rubro, se presentan las metas alcanzadas durante el desarrollo de este proyecto. META 1. Para propiciar el conocimiento del uso de programas de química especializado, para la determinación espectroscópica, entre los profesores de nuestra facultad, se realizó un curso intitulado ”Análisis de los modos vibracionales, a nivel teórico, para la integración en la enseñanza - aprendizaje de la espectroscopía infrarroja” y un taller pre congreso nacional. Cuyo objetivo fue, que el docente conociera y manipulara una metodología computacional para determinar espectros infrarrojos a nivel teórico con programas especializados de química cuántica, para visualizar, analizar y comprender los diferentes modos de vibración de grupos funcionales de moléculas de interés y correlacionarlos con los espectros reportados a nivel experimental. META 2. Dos alumnos, se incorporaron y concluyeron en el programa de Servicio Social, “Determinaciones Teóricas usando Metodologías de la Química Cuántica - Química Computacional”. Al respecto, dos alumnos más han sido agregados en esta área de trabajo, aún en proceso; es conveniente resaltar que una estudiante continuará participando con el proceso de tesis de licenciatura. Los alumnos fueron involucrados con el propósito de realizar una serie de pruebas teóricas para determinar la metodología a seguir en la obtención de espectros infrarrojos teóricos para el análisis de los modos vibracionales. META 3. Con la finalidad de ampliar el uso de metodologías teóricas entre la comunidad académica, se realizó una presentación en formato cartel en un congreso nacional. En donde se dio a conocer el manejo de los programas especializados de modelado molecular, para determinar los espectros teóricamente de diferentes moléculas y correlacionarlos con aquellos obtenidos a nivel experimental. Además, alumnos y sus respectivos profesores, de la asignatura de Química Orgánica II (Bioquímica Diagnóstica) de segundo semestre participaron en formato cartel en foro académico realizado en la Institución (FESC-UNAM). Con el tema de análisis de espectros de infrarrojo a nivel teórico de compuestos tipo azo. META 4. Se tiene la propuesta de un material de apoyo (manual: “Estudio de la espectrofotometría infrarroja desde el enfoque de la química computacional”) con un total de 11 prácticas, en donde se indica cómo abordar la metodología teórica para la obtención de un espectro infrarrojo. Como visualizar y analizar los diferentes modos vibracionales de los grupos funcionales de una molécula y correlacionarlos con los espectros obtenidos a nivel experimental. Esto permitirá la integración enseñanza-aprendizaje de los fundamentos de la espectrofotometría infrarroja. Con esta forma de trabajo se trata de cubrir la falta de un equipo para el alumno, ya que es más factible contar con computadoras-programas para la determinación de los espectros; que contar con equipos a nivel de laboratorio, considerando la cantidad de asignaturas-alumnos. |
| metadata.dcterms.provenance: | F.E.S. Cuautitlán |
| metadata.dc.subject.DGAPA: | Química |
| metadata.dc.type: | Proyecto PAPIME |
| Aparece en las colecciones: | 2. Área de las Ciencias Biológicas, Químicas y de la Salud |
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