Pedagogía en Ciencias Naturales

La contaminación de las aguas es un problema grave de esta generación, por lo que encontrar métodos eficientes de recuperar estas mismas es una de las prioridades del siglo XXI, un tipo común de contaminante de agua dulce son los distintos tintes o colorantes que se emplean para muchos productos, desde alimenticios hasta textiles, es por ello que en este trabajo se plantea la formación de un oxido mixto de YTiO3 en fase solida con estructura de perovskita, la cual posee propiedades foto-catalíticas en presencia de luz UV-Visible, en la degradación de estos tintes. Para la preparación de estos foto-depósitos se sintetizaron Y(dbm)3 y Ti(dbm)4 como complejos precursores en la formación de YTiO3. Los complejos propuestos fueron evaluados en su foto-reactividad tanto en solución y en estado sólido, que es un requisito clave para su uso, en la deposición fotoquímica en la síntesis de las perovskitas. Soluciones equivalentes de los complejos de Itrio, titanio y proporciones variables de Ag(acac) fueron mezclados y depositados sobre sustratos de Si, los que fueron expuestos bajo lámparas UV (254nm) en la formación de los óxidos mixtos los que posterior mente fueron calcinados a 900°C en la formación de las perovskitas de YTiO3 y YTiO3 dopado con Ag. Finalmente, estos foto-depósitos lograron la degradación de dos tintes específicos, Rodamina B y Verde Brillante, donde al paso de 300 minutos, irradiado como luz artificial que simula la luz solar y oxigenación forzada se logró una disminución considerable en la concentración de estos contaminantes, probando la efectividad como fotocatalizador en la generación de especies radicalarias que degradan componentes orgánicos en solución acuosa.

En esta investigación, complejos de Al(dbm)3, Er(C11H11O3)3 y Tm(C11H11O3)3 se utilizaron como precursores para la deposición de películas delgadas de Al2O3 dopadas y co-dopadas con Erbio y Tulio en distintas proporciones. Para ello, los complejos fueron disueltos en diclorometano, posteriormente depositados sobre sustratos de Si (100) y cuarzo mediante la técnica spin coating. En primera instancia se realizó un estudio de la foto-reactividad de las soluciones de cada complejo, utilizando un espectrofotómetro UV-visible para observar su reactividad al ser expuestas a una fuente de luz UV. Posteriormente los complejos seleccionados fueron depositados en la formación de películas los cuales fueron irradiados bajo luz UV por 24 horas, para la formación de los óxidos respectivos. Los depósitos resultantes fueron tratados térmicamente a 200ºC, 400°C y 600°C durante 2 hrs, con el fin de obtener películas más cristalinas, la caracterización de las películas calcinadas se realizó utilizando un espectrofotómetro FT-IR. La morfología y presencia de elementos en las muestras fue evaluada mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) y por espectroscopia de rayos X de energía dispersiva (EDS), respectivamente. Las propiedades luminiscentes se determinaron con un espectrofluorímetro, observando emisiones en el espectro visible y también en el NIR, esta última, para evaluar su propiedad como material amplificador.

La actividad experimental es uno de los aspectos determinantes en el proceso de enseñanza y aprendizaje de las ciencias ya que contribuye con el desarrollo de las habilidades y destrezas para el trabajo experimental [1] y constituye un complemento valioso en los contenidos teóricos que se revisan en una asignatura en particular. Los prácticos de laboratorio brindan a los estudiantes la posibilidad de entender cómo se construye el conocimiento científico. Sin embargo, muchos de los prácticos tradicionales que se ejecutan en las distintas asignaturas de Química carecen de una contextualización asociada al entorno, la gran mayoría de ellos se basan en la síntesis y caracterización de compuestos y no de sus propiedades y potenciales aplicaciones en la resolución de problemas ambientales y tecnológicas. Las nuevas generaciones requieren de mayores elementos para el desarrollo de capacidades y habilidades que les permitan comprender el mundo natural en el que viven [2]. Corresponde ofrecer las herramientas necesarias para el desarrollo de estas capacidades en los procesos formativos de enseñanza. La actividad experimental en la enseñanza de las ciencias es utilizada principalmente para demostrar o comprobar una ley o una teoría, y el estudiante se ve obligado a cumplir con una guía o receta de pasos para alcanzar el resultado final de la demostración, dejando por fuera los procesos de desarrollo de pensamiento al diseñar, manipular, interpretar y explicar fenómenos. El presente trabajo propone por una parte la síntesis de materiales semiconductores capaces de degradar contaminantes orgánicos en sistemas acuosos y por otra, la búsqueda de materiales afines de fácil acceso o disposición para ser aplicados con el mismo fin. De esta forma se propone la ejecución de un practico donde los estudiantes visualicen la utilidad de algunos materiales y como estos pueden ser aplicados en la resolución de problemas de tipo tecnológico, ambiental o cotidiano. Para la correcta ejecución de este practico se sugiere que los estudiantes tengan dominio o conocimientos previos de los siguientes tópicos: 1. Estequiometria y balance de ecuaciones, 2. Química de coordinación, 3. Química del estado sólido )semiconductores), 4. Manejo teórico de la ley Lambert Beer y manejo instrumental de espectroscopia UV-visible, 5. Fotocatálisis heterogénea. La intención de este practico es ejecutarlo con materiales y reactivos básicos presentes en cualquier laboratorio de docencia y está adaptado en dos secciones: 1. Síntesis y evaluación fotocatalitica de materiales de CeO2, CeO2/CuO y, CeO2/NiO, 2. Diseño de fotocatalizadores caseros de Al2O3 y Cu en la degradación catalítica de tintas orgánicas. En el contexto de los procesos de oxidación avanzada, la fotocatálisis emerge como una estrategia alternativa en la degradación de diversos contaminantes orgánicos en aguas residuales. Esta estrategia consiste en el uso de un semiconductor (en polvo o en lamina) que es sumergido en una muestra acuosa a una determinada profundidad que le permita la absorción de luz para su excitación electrónica. Esta excitación genera la formación de portadores de carga que emigran hacia la superficie del material y toman contacto con las especies reactivas de oxígeno (O2, OH-) presentes en el agua para la generación de radicales que son las responsables en la degradación del contaminante. La finalidad de este trabajo consta de dos prácticos: 1. La síntesis y Foto-deposición de semiconductores en base a CeO2 puro y CeO2 mixtos con CuO y NiO, los cuales serán evaluados como fotocatalizadores en la degradación del tinte Verde brillante. 2. Proponer materiales de fácil adquisición tales como láminas de Aluminio y Cobre, los cuales serán evaluados como “Potenciales fotocatalizadores” en la degradación del tinte Verde brillante y Azul de metileno.