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Modelo para interpretar sistemas materiales

Profundización en las ideas básicas y en las "buenas" preguntas

 

Teresa Pigrau

Neus Sanmartí

 

En la naturaleza encontramos un gran número de materiales que tienen propiedades muy diversas y que cambian al ejercer  en ellos diferentes acciones. En este apartado se hace un breve resumen de:

 

 

  • las ideas básicas que trabajar para explicar estas propiedades y cambios

 

  • las ideas habituales del alumnado a revisar

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  • posibles “buenas” preguntas que ayuden a la construcción de las ideas alrededor del modelo "materia"

 Català
 
Material y propiedades
Los materiales tienen propiedades intensivas y extensivas
No hace falta todavía diferenciar entre material y materia
Definimos qué es una sustancia
Los conceptos los construimos realizando acciones sobre los materiales

En todo material se pueden observar e identificar dos grandes tipos de propiedades:

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  • Propiedades características o intensivas que dependen del material pero no de su cantidad (cada sustancia pura las tiene diferentes de las otras y la caracterizan). Estas propiedades se mantienen cuando lo rompemos, lo desmenuzamos, hacemos mezclas... : sabor, color, olor, densidad, dureza, maleabilidad, solubilidad, conductividad del calor o eléctrica, reactividad química, grado de acidez, estado a una temperatura determinada...

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  • Propiedades no características o extensivas que no dependen del material pero sí de la cantidad de materia: masa y volumen (dos materiales diferentes pueden tener la misma masa o volumen y un mismo material puede tener diferente masa y volumen).

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En estas edades no es necesario entrar a diferenciar entre material y materia. Se dice que el Universo está constituido de materia y energía, y se opone la idea de materia a la de "espíritu" (una de las dificultades de los alumnos -y históricas- es reconocer que la luz y el 'calor' no son materia sino formas diferentes de manifestarse la energía, aunque en sentido estricto la energía está formada por fotones -un tipo de partículas-).

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También hay que tener en cuenta que a menudo se utiliza la palabra 'sustancia' como sinónimo de 'material'. Consideramos que sería preferible utilizar el concepto de sustancia para los materiales puros mientras que el de material sería más amplio, ya que incluiría las sustancias y las mezclas.

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El concepto de materia y de sus propiedades se va construyendo a partir de la aplicación de acciones sobre los materiales: romper, desmenuzar, rayar, derramar, transferir, soplar, aspirar, mezclar, calentar, atraer con un imán... si cuesta de rayar decimos que es duro, si le podemos dar forma sin que se rompa decimos que es maleable, si se va al fondo del agua de un vaso es que es más denso que el agua, si se 'rompe' con el agua es soluble y la mezcla queda transparente, si 'pica' en la legua es ácido...

Material/
 Objeto

  • Preguntas que promuevan describir los materiales:

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¿Cómo es...? ¿Qué sensaciones tienes (que se nota) al hacer una acción? ¿Qué comprobamos cuando usamos un instrumento? ¿Qué pasa al acercar un imán al hierro? ¿Y a la madera? ¿Cómo notamos que hay aire a nuestro alrededor? ¿La luz es materia, pesa? ¿Y el calor? ¿Y el aire? ¿Y el agua?... ¿Qué diferencia hay entre un vidrio y un cristal? ¿El hierro es gris o está pintado de gris?

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  • Preguntas para identificar materiales por sus propiedades:

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¿Cómo saber si es hierro o aluminio? Si tiene un determinado olor, sabor, color..., ¿podemos saber qué material es? Si tiene una determinada forma, tamaño.., ¿podemos saber qué material es? ¿Tiene la misma densidad el agua que el aceite? ¿Cómo lo podemos saber? ¿Flota o no en el agua? ¿Se disuelve o no...? ¿Cómo podemos diferenciar la sal y el azúcar, sin probarlos? ¿Qué propiedades del agua la hacen tan útil para lavar? ¿Por qué utilizamos cables de cobre para que circule la corriente eléctrica y no hilos de plástico? ¿Todos los suelos son igualmente permeables (filtran el agua)? ¿Cómo lo podríamos comprobar ?

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  • Preguntas para agrupar materiales:

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¿Tal y tal material tienen el mismo... (propiedad)? ¿Cómo lo podemos saber? Entre diferentes materiales, ¿cuál es el que es más... (propiedad)? ¿Cómo lo podemos comprobar? ¿En qué se parecen el hierro y la madera, el agua y el aceite, los diferentes tipos de plástico...? ¿En qué se diferencian? ¿El agua, el hielo y el vapor son el mismo material (sustancia) o son diferentes? ¿Cómo lo podemos saber?

Los objetos están hechos de materiales
Las propiedades intensivas de los materiales condicionan les propiedades extensivas de los objetos que forman 
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Els materials es poden presentar en formes diverses
Es pot canviar la forma sense canviar la massa i el volum

Todos los objetos están hechos a partir de materiales. Un objeto puede estar hecho con diversos materiales.

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Un objeto viene determinado por sus propiedades extensivas (masa, volumen), mientras que un material para las intensivas. Los objetos los podemos construir gracias a las propiedades intensivas de los materiales. Pensamos, por ejemplo, en las propiedades del material que nos permiten fabricar un cuchillo de hierro y por qué no hacemos cuchillos de madera o de vidrio.

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Los objetos se pueden contar fácilmente (son discontinuos), mientras que los materiales los observamos como un continuo. Como objeto las 'gotas de agua' son observadas discontinuamente, mientras que el material agua lo vemos como un continuo.

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A los alumnos les cuesta identificar materiales idénticos presentados en formas diferentes, por ejemplo, en polvo o compacto.

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También les cuesta diferenciar entre forma y volumen y reconocer que la masa o el volumen pueden ser iguales pese a cambiar la forma.

  • Preguntas para diferenciar los objetos de los materiales:

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¿De qué materiales está hecho un objeto (juguetes, objetos de uso en la escuela, ropa, una bicicleta...)? ¿Qué materiales hay en un envase (por ejemplo una botella de cava -vidrio, corcho, alambre, papel del etiquetado-) Cuando se lleva a reciclar, ¿se han de tirar estos materiales a los mismos contenedores?

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  • Preguntas sobre los usos de los materiales:

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¿Qué material es el que  puede ir mejor para hacer ...? ¿Por qué utilizamos cristales por las ventanas, ...? ¿Qué objetos diferentes se pueden hacer con madera, hierro, plástico, 'goma' ...? Qué propiedades tiene la madera, el hierro, el plástico, la 'goma' ... que las hace tan útiles para fabricar este objeto? Nos podemos imaginar un cuchillo de plastilina, un zapato de 'piedra' ...? ¿Por qué los plásticos son unos materiales tan útiles? Qué propiedades los hacen útiles y cuáles no?

Sólidos, líquidos y gases
La mayoría de materiales son difícilmente clasificables en tres estados de la materia
Las particulas en los materiales pueden estar ordenadas o desordenadas
Los sólidos se pueden romper, los líquidos verter y los gases aspirar

Tradicionalmente los materiales se clasifican en estos estados aunque también podemos hablar de plasma como un cuarto estado de la materia (a muy alta temperatura). Sin embargo la mayoría de los materiales son difícilmente clasificables según estos estados. Por ejemplo, hablamos de cristal líquido y utilizamos muchos geles (flanes, gelatina, detergentes...), que no se pueden identificar ni como sólidos ni como líquidos.

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Sin dejar de lado esta clasificación, seguramente interesa 'jugar' también con la idea de materiales ordenados y desordenados. Los que llamamos ordenados, que son los cristales, los podemos imaginar formados por partículas situadas en un cierto orden, mientras que en los que llamamos desordenados -los sólidos amorfos, los líquidos y los gases-, las partículas se distribuyen más al azar. Algunos materiales están entre el orden y el desorden y por eso hablamos, por ejemplo, de cristales líquidos -utilizados en las pantallas de televisores LCD (Liquid Cristal Display) -.

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Diferentes acciones ayudan a construir los conceptos asociados a los diferentes estados. Por ejemplo, en relación al estado sólido: coger, romper, desmenuzar, trocear... Verter y transferir para los líquidos. Los gases son los más difíciles de conceptualizar para el alumnado ya que como no se ven, creen que no están o que no tienen masa (no pesan) y no son 'materia'. Soplar y aspirar son las acciones que más ayudan a la construcción del concepto y a imaginar la estructura. También las ideas de que se expanden (un perfume lo notamos desde una parte de la habitación a otra) y que se pueden comprimir.

  • Algunas preguntas que ayudan a construir estos conceptos podrían ser:

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¿Todos los líquidos se comportan igual? Y los sólidos? ¿Y los gases? ¿En qué se parecen y se diferencian? ¿Un trozo de carne es sólido o líquido? ¿Y un flan? ¿En qué me fijo para decidirlo?

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¿Cómo podemos obtener un cristal? ¿Cómo podemos hacer que sea mayor? Cuando se rompe un vidrio, ¿qué formas tienen los trozos? ¿Y cuando se rompe un cristal? ¿Al cristal le podemos dar cualquier forma? ¿Y a un cristal de sal le podemos cambiar la forma de cubo? ¿Cómo? ¿Serán iguales las formas de los cristales de sustancias diferentes? ¿Podemos identificar una sustancia que cristaliza por la forma de sus cristales? ¿Cómo nos imaginamos una sustancia por dentro si es un cristal o si es amorfa (sin forma definida)? ¿Cómo será la distribución de las partículas en cada caso? ¿Estarán igualmente ordenadas?
 

Ejemplo de explicación de un niño de 4º de primaria*

(Escuela “La Mar Bella”, Barcelona)

Ejemplo

*Ejemplo en catalàn. Traducción al castellano:

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Enunciado:

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"7. EXPLICO: Escribo mi explicación sobre por qué el cristal pequeño se ha hecho grande después de pensar en todo lo que hemos hecho y hablado."

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Explicación del niño:

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"Cuando hemos disuelto los pequeños cristales en el agua han quedado sus partículas esparcidas y cuando ponemos un cristal colgado en la disolución atrae las partículas, así se hace más grande.

Mezclas y sustancias puras

Los materiales pueden estar formados por un solo tipo de sustancias o por varias. Una sustancia es toda porción de materia que comparte determinadas propiedades características. Normalmente la llamamos "pura" para distinguirla de las mezclas. Una sustancia puede ser un elemento o un compuesto, según esté formada por un solo tipo de átomos o varios. La siguiente figura representa una manera de clasificar los materiales según su constitución.

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Material
mezclas
sustancias puras
heterogéneas
homogéneas
(soluciones)
elementos
compuestos
metales
no metales
Una solución  es una mezcla homogénea

Una solución (o disolución) no sólida es siempre transparente aunque sea coloreada, mientras que una mezcla heterogénea o un coloide es opaca y no posibilita ver objetos a través de ella. El aire es una solución de gases y es transparente, mientras que la niebla es una suspensión coloidal de aire y gotas muy pequeñas de agua y no es transparente.

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Otra forma de clasificar los materiales se recoge en este segundo esquema (en función de los procedimientos para serpararlos).

Material
heterogéneo
suspensiones
emulsiones
otros
homogéneo
soluciones
sustancias puras
elementos
compuestos
metales
no metales
Los componentes de una mezcla heterogénea se observan a simple vista
Los componentes de una mezcla se pueden separar utilizando métodos físicos
Los elementos que forman un compuesto se pueden separar por métodos químicos

Los tipos de materiales se pueden diferenciar en función de las acciones a realizar para obtenerlos. Los niveles representados en el gráfico también nos dan un criterio para secuenciar su aprendizaje. En el primer nivel se pueden clasificar los materiales en homogéneos y heterogéneos sólo observando a simple vista. Para el segundo, es necesario efectuar cambios de tipo físico (si las interacciones entre las sustancias que lo forman son débiles) como, por ejemplo, filtrar, decantar, destilar, hacer una cromatografía..., y para el tercero se necesitan cambios químicos (interacciones fuertes) como, por ejemplo, calentando fuertemente o haciendo una electrólisis.

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Los dos tipos de acciones asociados a los conceptos juntar y separar son necesarios para construir los conceptos. Por ejemplo, juntamos sustancias y se forman mezclas, o bien tenemos mezclas y filtramos, decantamos, destilamos, hacemos una cromatografía, imantamos... y obtenemos sustancias puras.

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Al alumnado les cuesta diferenciar entre una solución y un compuesto, porque en ambos casos se observa como si fuera una sola sustancia. Las diferencias básicas son que en el caso de las soluciones, las sustancias que la forman interaccionan de forma débil y se pueden mezclar en diferentes proporciones, mientras que en un compuesto los elementos que lo forman interaccionan de manera fuerte y la composición es constante.

  • Algunas preguntas que ayudan a construir estos conceptos podrían ser:

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¿Cómo podemos saber si un material está formado por una sola sustancia o muchas? ¿Y el agua del grifo? ¿Y el aire? ¿Una roca es una sustancia pura o una mezcla? ¿Cómo lo podemos saber? ¿De qué están hechos los aires 'no transparentes: niebla, humo...? ¿Todos los 'aires' y todas las aguas son iguales? ¿Qué hay en el agua del mar, en el agua con gas...? ¿Hay aguas limpias y sucias? ¿Y aires? ¿Cómo se ensucia el agua o el aire? ¿Por qué es importante que el agua y/o aire sea limpia/o? ¿Por qué no es bueno respirar aire de un cigarrillo? ¿Qué hay en un detergente comercial? ¿Dónde van a parar sus componentes cuando los mezclamos con el agua? ¿Se disuelven en el agua? ¿Es fácil separar las sustancias que forman parte de un detergente una vez mezcladas con el agua?

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¿Cómo podemos diferenciar entre una solución y una mezcla (heterogénea)? ¿Podemos diferenciar a simple vista si es una cosa u otra? ¿Podemos tener soluciones sólidas? (Aleaciones). ¿Y de gases? (Aire) ¿El papel se disuelve en el agua? ¿Y la harina? ¿Cómo podemos saber si un material es una sustancia pura o no comprobando su punto de fusión? ¿Cómo podemos separar los ingredientes del Colacao?

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¿Cómo podríamos separar limaduras de hierro mezcladas con harina? ¿Y sal y harina, arena y agua, aceite y agua? ¿O obtener sal del agua de mar y alcohol del vino? ¿Podríamos separar la sal del agua filtrando? ¿Para depurar el agua, qué técnicas podemos utilizar? ¿Y si quisiéramos tener agua potable, qué más se debería hacer y comprobar? ¿Por qué? ¿Qué y cómo debemos separar todo lo que tiramos a la basura? ¿Por qué hay que hacerlo? ¿Qué se hace con un objeto que es de plástico y cartón? ¿O de...? ¿Qué será más fácil reciclar, un envase de leche de plástico o un envase "tetrabrik"? ¿Por qué?

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Cambios
En un cambio físico se conservan las sustancias y, por tanto, las partículas que las forman

Cuando un sistema material cambia, las sustancias finales tienen propiedades diferentes de las iniciales. En todo cambio, la masa se conserva. Los cambios se producen al ejercer acciones sobre los materiales -dar un golpe y romper o desmenuzar, interaccionar con el agua, el aire u otros materiales), calentar (gracias al Sol o a cualquier otra fuente de calor) o hacer pasar la corriente eléctrica, ...-. Pueden ser más rápidos o más lentos y hay factores que pueden acelerarlos.

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Tradicionalmente se denominan como físicos o débiles aquellos que se caracterizan porque la sustancia es la misma al inicio que al final del cambio, aunque la podemos observar como diferente. Es el caso, por ejemplo, los cambios de estado: el hielo, el agua líquida y el vapor son el mismo material: agua, y se puede pasar de un estado al otro transfiriendo energía en un sentido o en otro. Cada paso entre estado recibe un nombre y todos ellos son reversibles.

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Otros cambios físicos o débiles interesantes para ser estudiados son la dilatación, la difusión y la disolución.

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Cuando se explican es interesante hablar de la conservación del material y de los cambios en la estructura (que implican la conservación de las partículas). Por ejemplo, un material se dilata porque las partículas se separan (se mueven más rápidamente) y, por lo tanto, ocupan más espacio (volumen), pero no porque las partículas se dilaten.

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Los niños y las niñas, desde muy pequeños, pueden empezar a construir una representación de la conservación de la materia en los cambios.
 

  • Preguntas que pueden ayudar a construir estos conceptos son:

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¿Qué piensas que pasará al mezclar (harina, azúcar, sal...) con agua, aceite, alcohol...? ¿Cómo explicamos que no en todos los casos observamos lo mismo? ¿En la mezcla siguen estando las sustancias que hemos mezclado? ¿Cómo se podría saber? ¿Cómo se ensucia el agua? ¿Qué cambia al ensuciarla? ¿Por qué no tenemos que tirar el aceite por el fregadero?

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¿Cómo cambia un material al calentarlo? ¿Lo podemos volver a tener igual que al inicio al enfriarlo? ¿Qué pasa con la temperatura mientras una sustancia pura se funde? ¿Y con un vidrio? ¿Cómo se explica que a veces se empañen los cristales?

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¿Cómo se explica que una pelota esté más "hinchada" cuando la dejamos al Sol? ¿Cómo funciona un termómetro de alcohol? ¿Por qué en verano nos cuesta más poner o quitar un anillo que en invierno?

 

¿Cómo se explica que notemos un perfume lejos del lugar donde está la botella abierta?
 

Ejemplos de dos representaciones de alumnos de 7 años sobre el cambio del agua al evaporarse en los que se puede comprobar como ya tienen una primera idea de conservación. Estos alumnos habían hecho todo un proceso de imaginarse la materia por dentro de manera discontinua
(Maestro: Andrés Acher)

Ejemplo
En un cambio químico las sustancias finales son diferentes de las iniciales y, por tanto, las partículas también son diferentes ya que se reordenan los átomos que las forman

Los cambios químicos o fuertes son los que se caracterizan porque las sustancias iniciales (reactivos) son diferentes a las que se obtienen al final del cambio (productos). Puede cambiar el color, la densidad, el punto de fusión... Cuando quemamos madera, al inicio teníamos celulosa, lignina... y oxígeno, y al final tenemos otros materiales (agua, dióxido de carbono y cenizas). La mayoría de los cambios químicos no son reversibles, como es el caso del ejemplo anterior. Un ejemplo contrario es el del sulfato de cobre que es de color blanco y cuando reacciona con el agua es de color azul (sulfato de cobre pentahidratado). Reconocemos que ha tenido lugar un cambio químico porque ha cambiado el color. Si calentamos volvemos a tener el sulfato de cobre inicial (de color blanco).

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En estos cambios la masa también se conserva. Es decir, la masa de los reactivos es igual a la de los productos. Al quemar madera, aunque parece que "se pierde" materia, si pesamos el agua, el dióxido de carbono y las cenizas, obtendremos la misma masa que sumando la madera y el oxígeno inicial.

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Para explicar un cambio químico o fuerte no es suficiente hablar de 'partículas', hay un subnivel más: las partículas son moléculas formadas por átomos. Los átomos son los mismos antes y después del cambio, pero las moléculas son diferentes, ya que los átomos se reorganizan, combinando de manera diferente al inicial.

Ejemplo

¿Cómo explicamos el cambio que observamos cuando quemamos magnesio?

Quemando magnesio

(cambio químico)

Dibujo de un alumno de 6º de primaria para explicar este cambio

(Escuela Coves d’en Cimany):

*Los enunciados de cada dibujo, en catalán, dde izquierda a derecha dicen:

1. ¿Cómo me imagino por dentro el magnesio (la sustancia inicial A)?

2. ¿Cómo me imagino por dentro el oxígeno (la sustancia inicial B)?

3. ¿Cómo me imagino por dentro el dióxido de magnesio (la sustancia final)?

  • Ejemplos de preguntas que ayudan a construir estos conceptos pueden ser:

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¿Se podría hacer fuego sin aire? ¿Qué hay en el aire que lo hace tan importante? ¿Se puede quemar algo (una vela) si no hay aire? ¿Cómo se puede apagar un incendio? ¿Por qué? Sabiendo que se necesita para que se produzca un incendio -materiales combustibles, oxígeno y temperaturas altas-, ¿cómo actuar si se produjera uno en la escuela?

​

¿Qué hace el aire cuando entra en nuestro cuerpo? ¿Con qué reacciona? ¿Qué productos se obtienen? ¿Qué diferencia hay entre el aire inspirado y el expirado? ¿Cómo lo podemos saber? ¿Por qué son diferentes? ¿Cómo va cambiando el pan cuando entra en nuestro cuerpo? ¿Cómo transformar la leche en yogur? ¿Cómo se explica que el yogur tenga un sabor diferente al de la leche? ¿Por qué si ponemos una planta en un armario se vuelve de color amarillento y finalmente muere? ¿Qué le entra a una planta para fabricar su alimento y que le sale? ¿Qué les hacemos y qué añadimos a los suelos para que sean más adecuados para cultivar plantas? ¿Si es muy ácido, que se puede hacer?

​

¿Por qué se oxida el hierro? ¿Por qué cubrimos el hierro con pintura de mini? ¿Al hierro oxidado también lo atrae un imán? ¿Por qué? ¿Qué crees que se necesita para hacer fuegos artificiales? ¿Cómo explicamos el cambio que observamos al quemar magnesio? ¿Cómo se pueden obtener fuegos de colores diferentes? ¿Qué precauciones hay que tener para que no se produzcan accidentes al manipular petardos? ¿Cómo explicamos el porqué de que si las tenemos en cuenta no nos hacemos daño? Al poner una pastilla efervescente en el agua sale un gas, ¿cómo podemos saber si se ha disuelto o se ha producido un cambio químico? ¿En qué nos podemos fijar?

Ciclo de un material
En los ciclos de materiales la materia se conserva y la energía, normalmente, se degrada

Podemos 'seguir la pista' de un material, desde cómo lo encontramos en la naturaleza (y aún podríamos ir más atrás para estudiar sus cambios geológicos o biológicos), cómo la vamos transformando para diferentes usos, cómo lo dejamos de utilizar y cómo vuelve a formar parte de la 'naturaleza' (ciclo del material). Siempre que hay un cambio implica que hay una transferencia de energía. La energía del universo se conserva -siempre es la misma-, pero cuando un material cambia la energía del producto final es de menor calidad (se ha perdido en forma de calor o, lo que es lo mismo, se ha degradado). Una excepción muy importante es la fotosíntesis. En este cambio, uno de los productos que se obtienen -los glúcidos- almacenan la energía del Sol.

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Los alumnos pueden empezar a pensar desde pequeños de dónde viene un material que utilizamos y a dónde va. Poco a poco pueden ir construyendo cadenas de transformación, desde la materia prima a los diferentes objetos que utilizan, y reconocer cómo un material va cambiando para llegar a cerrar el ciclo. Ejemplos de ciclos que se pueden trabajar son el del agua, el papel, el algodón, alguna roca, un alimento... Es importante reconocer que la materia se conserva (el agua, el oxígeno...), pero que para cerrar el ciclo en la mayoría de los cambios hay que transferir energía que se va degradando. Por lo tanto, el problema no es poder volver a disponer de un material, sino la energía que se necesita para obtenerlo.
 

Haz clic sobre el título para acceder a los  artículos sobre el ciclo del agua:

​

Márquez, C., & Bach, J. (2007). Una propuesta de análisis de las representaciones de los alumnos sobre el ciclo del agua. Enseñanza de Las Ciencias de La Tierra, 15(3), 280–286.

​

Márquez, C. (2005). Treballar el cicle de aigua des de la perspectiva dels models explicatius. Perspectiva Escolar, 292, 26–34.

Haz clic sobre el título para acceder a un artículo sobre el ciclo del papel:

​

Castelltort, A., & Sanmartí, N. (2006). El cicle del paper: una proposta didàctica per aproximar-nos a la comprensió del problema dels residus. Ciències, 4, 2–6.

  • Ejemplos de preguntas que ayudan a construir estos conceptos pueden ser:

​

¿De dónde proviene el(los) material(es) con el(los) que se ha hecho un jersey, un mueble, un juguete, un envase, una máquina, el papel....?

​

Seguimos la pista a.... El pan, un tejido, una cuchara... ¿qué era antes? ¿Y antes? Y antes?... ¿Cómo se pasa de una planta a fabricar pan?

​

¿Qué pasa con un material cuando ya no lo usamos? ¿Qué le pasa al papel, al plástico, a un metal, a la comida...? Esta lámina de hierro -plástico, papel, comida ... -, ¿qué era antes? ¿Y antes? ¿Y antes?... ¿Y después, en qué se transformará? ¿Y después? Y después?... ¿Podríamos volver al inicio, hacer un ciclo?

​

En la naturaleza, ¿hay algo que desaparezca? ¿Cuánto tiempo tarda un material en cambiar (en hacer el ciclo)? ¿Todos los materiales tardan lo mismo? ¿Qué es mejor para el medio ambiente, utilizar muchos envases y tirarlos a los lugares que se recomienda o bien tratar de utilizar productos que tengan menos envases (poner ejemplos de la compra)? ¿Por qué?

 

¿Podemos imaginar y contar la historia de una gota de agua en la naturaleza? ¿Y la de una que llega a nuestra casa? ¿Qué cambios van sucediendo en la gota? ¿Por qué se producen estos cambios? ¿Se necesita 'gastar energía? ¿Qué diferencia hay entre la energía que es necesaria para los cambios en el ciclo del agua natural y en el ciclo del agua que llega a nuestra casa? ¿Dónde va a parar el agua que llueve? ¿De dónde proviene el agua que sale de una fuente? ¿A dónde va a parar el agua que tiramos por el fregadero o el inodoro?

​

¿Con qué materiales está construida la escuela (o un edificio de Gaudí, o...? ¿De dónde provienen estos materiales? ¿Qué cambios han tenido lugar para que sean útiles para la construcción? ¿Y en que se transformaran a lo largo de los años? ¿Cuáles son las rocas que se utilizaron como materias primas? ¿Podemos seguir la pista de los cambios que ha experimentado cada material de construcción desde que era una roca? ¿Y esta roca, de donde proviene?
 

Estructura de la materia
La materia se discontinua, formada por partículas
Las partículas de la materia son muy pequeñas, se mueven e interaccionan entre ellas
Los diferentes tipos de partículas se relacionan con niveles escalares para imaginar cómo es la materia por dentro

Para explicar las propiedades de los materiales y sus cambios debemos imaginarnos de qué están hechos, qué "partes" los forman, cómo son estas partes, cuántas hay, cómo se ordenan y se reparten, y cómo se unen entre ellas (estructura). La materia la percibimos como algo continuo y para explicar sus propiedades y cambios nos la debemos imaginar  discontinua. No es necesario que en estas etapas los niños y niñas sepan la diferencia entre un átomo, una molécula o un ion, ya que basta que se representen que lo que ven como continuo, está formado por partes.

​

Las partículas (con los más pequeños se puede hablar de "partes"):
 

​

  • Son muchísimas y muy, muy pequeñas. No se pueden ver y por tanto, las imaginamos. Pero al imaginarlas podemos explicar las propiedades y cambios que observamos.

​

  • Están distribuidas en el espacio, bien de forma ordenada formando cristales o bien de forma desordenada, más o menos al azar, en el caso de los sólidos amorfos, los líquidos y los gases. En el caso del plásticos y las fibras de los tejidos forman largas cadenas y, por tanto, se pueden doblar y hacer hilos, pero costará romper estas cadenas.

​

  • Están unidas entre ellas por fuerzas que pueden ser más o menos fuertes. Si son fuertes, será más difícil romper el material (y por tanto, será más duro).

​

  • Se mueven. Cuando más caliente está un material (más temperatura), más se mueven sus partículas. En un gas se mueven más rápidamente que en un sólido. Si la unión entre ellas es más débil se pueden mover más fácilmente.

​

  • En un cambio débil o físico el número de partículas es el mismo antes y después del cambio.
     

​

Un material es pues un sistema formado por 'partes' -partículas, átomos, moléculas, iones...- que interaccionan entre ellas de forma que las propiedades no son de las partes sino del conjunto (el átomo no es 'duro', sino que el material es duro como resultado de la forma en que interaccionan sus 'partes'). Unas propiedades y cambios de los materiales se pueden explicar sólo imaginando que están formados por partículas pero en otros se necesita pensar en partes más pequeñas: en moléculas y átomos, en electrones y protones, en quarks... Por ejemplo, el cambio de estado se puede explicar con la idea de partícula, pero para entender la combustión del carbón necesitamos hablar de los átomos y para explicar la conductividad eléctrica de un material, imaginar los electrones que es una parte del átomo.

​

Cada tipo de partícula corresponde a un nivel o escala de descripción de la composición de la materia. Por ejemplo, entre un material que observamos a simple vista y estructuras atómicas o moleculares, hoy hablamos de la escala de nanopartícula, que es la parte más pequeña de la materia que tiene las propiedades del material. Por ejemplo, una molécula de agua (nivel micro) no tiene las propiedades del agua (nivel macro). En cambio, para tener la parte más pequeña de agua, necesitamos un pequeño número de moléculas de agua unidas entre sí (nivel nano).

  • Ejemplos de preguntas que ayudan a construir estos conceptos pueden ser:

​

¿Podemos romper (desmenuzar) el agua, el aire, una galleta, un metal, un cabello o hilo...? ¿Cómo? ¿Cómo de pequeñas pueden llegar a ser las partes? ¿Cuántas partes podemos llegar a tener? ¿Cómo nos imaginamos el material por dentro si es que podemos cambiar su forma, romperlo...? ¿Cómo nos lo imaginamos por dentro antes de romperlo y después? Si los materiales son diferentes, ¿las partes serán diferentes?

​

¿Cómo nos imaginamos una sustancia o una mezcla por dentro si pudiéramos ver sus partes con unas gafas mágicas? Pensamos en el agua, un metal, el agua de mar, el aire..., ¿cómo serán sus partes? (Tamaño, igual/diferente...). ¿Cómo nos imaginamos el agua por dentro teniendo en cuenta que se puede romper (en gotas), pasar por un papel de filtro...? ¿Cómo nos imaginamos el agua y el colorante mezclados (por dentro) cuando es de un color muy intenso o no tanto?

​

¿Qué pensamos que les pasa a las "partes" del material cuando lo rompemos, lo desmenuzamos, lo mezclamos con agua, lo calentamos... ¿Podemos 'romper un material con el agua? ¿Dónde están las partes de la sal/azúcar cuando se disuelve en el agua? ¿Podemos 'romper un material con fuego? ¿Cómo nos imaginamos lo que les pasa a las partes? ¿Cómo nos imaginamos el aire por dentro (sus partes) antes y después de comprimirlo con una jeringa? ¿Cuando estarán más juntas las 'partes'? ¿Habrán cambiado de forma o de tamaño?

​

¿Cómo nos imaginamos las partes del agua cuando está en estado sólido (hielo), estado líquido o estado gaseoso? ¿Cómo están distribuidas en el espacio? ¿Estarán ordenadas o desordenadas? ¿Podemos representarlo con un dibujo? ¿Y con nuestro cuerpo? En un vidrio, ¿las partículas estarán distribuidas de manera más parecida a las de un cristal o a las de un líquido? ¿Cómo lo podemos saber observando un cristal o un vidrio?

​

¿Cómo estarán unidas las 'partes' si cuesta romper el material o si se rompe fácilmente? ¿Nos podemos imaginar cómo se unirían personas si fueran las 'partes' de una galleta, de una madera o de un metal?

​

¿Qué crees que pasa con las 'partes' de un material cuando le damos energía (calentamos)? -el agua, el aire, un metal...-. ¿Cuando 'tienes mucha energía', te puedes mover más?

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