CI RUCI TCIC DUCTI - minedu.gob.bo€¦ · Ministerio de Educación (2015). ... en alguna carpeta del disco duro de su computadora. Con todo lo anterior proceda a realizar una primera

Recursos TIC para el laboratorio de Qumica

I

HACIA LA REVOLUCIN TECNOLGICA EDUCATIVA

DOCUMENTO DE TRABAJO

4Recursos TIC para el laboratorio de Qumica

Cuadernos de Formacin Continua

II

De la presente edicin:

Coleccin:CUADERNOS DE FORMACIN CONTINUA

Publicacin:Recursos TIC para el Laboratorio de Qumica

Coordinacin:Viceministerio de Educacin Superior de Formacin ProfesionalDireccin General de Formacin de MaestrosUnidad Especializada de Formacin ContinuaEquipo de Diseo Web y Multimedia

Como Citar este documento:Ministerio de Educacin (2015). Herramientas TIC para el rea de Qumica. Cuadernos de Formacin Continua. La Paz, Bolivia.

LA VENTA DE ESTE DOCUMENTO ESTA PROHIBIDADenuncie al vendedor a la Direccin General de Formacin de Maestros,Telf. 2440815

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4 Recursos TIC para el laboratorio de Qumica

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ndice

Datos generales del cuaderno ...................................................................... .7Ubicacin del Curso en el Ciclo ..................................................................................... 7Objetivo Holstico del Ciclo ............................................................................................. 8Qu aprenderemos en esta unidad? ............................................................................ 9

Tema 1: . Uso educativo de laboratorios virtualesde qumica......... ...................................................................................................9Crocodile Chemistry (Yenca Science) ....................................................................... 24Elaboracin un test interactivo autocorrectivo con listas desplegables .......24Consignas de aplicacin en la prctica pedaggica .............................................32

Tema 2: Infografas educativas .................................................................. .33Elaboracin infografas educativas ............................................................................ 34Diseo de la infografa .................................................................................................... 34Elaboracin de infografas educativas con inkscape............................................35Interfaz de trabajo de Inkscape ................................................................................... 36Edicin de objetos ............................................................................................................ 37Insercin de texto ............................................................................................................. 38Tareas de Aplicacin ........................................................................................................ 40Infografas educativas con imgenes ......................................................................... 40Insercin de imgenes ..................................................................................................... 41Tareas de aplicacin ........................................................................................................ 42Animacin interactiva con el complemento Sozi (alternativa libre al programa prezi)..................................................................................................................42Instalacin del complemento sozi .............................................................................. 42Desarrollo de una animacin ....................................................................................... 44

Bibliografa........................................................................................................50Webgrafa..........................................................................................................51


Presentacin

En el proceso de la Revolucin Educativa con Revolucin Docente que encara el Estado Plurinacional de Bolivia en concordancia con el mandato constitucional y la Ley N 070 de la Educacin Avelino Siani Elizardo Prez, en los ltimos aos se han alcanzado importantes e inditos avances y resultados en lo referente a la formacin de maestras y maestros como actores estratgicos del proceso educativo, respondiendo a las exigencias de la implementacin del Modelo Educativo Sociocomunitario Productivo-MESCP y contribuyendo a la mejora de la calidad educativa con mayor pertinencia, relevancia y equidad.

Entre estos avances se destacan las acciones formativas de maestras y maestros en ejercicio a travs de Itinerarios Formativos a cargo de la Unidad Especializada de Formacin Continua-UNEFCO; una de ellas es el proceso formativo sobre el uso de TIC en la prctica educativa, ejecutado en los ltimos 2 aos acompaando la dotacin de computadoras KUAA a estudiantes de Educacin Secundaria Comunitaria Productiva a cargo del Ministerio de Desarrollo Productivo y Economa Plural.

En la perspectiva de aportar desde esta experiencia al proceso de liberacin tecnolgica iniciado en el pas, bajo la directriz de la soberana cientfica y tecnolgica con identidad propia expresada en la Agenda Patritica 2025, se ha priorizado la continuidad de los cursos para maestras y maestros de Educacin Secundaria Comunitaria Productiva en el uso de TIC en la prctica educativa bajo el Modelo Educativo Sociocomunitario Productivo, enmarcados en la metodologa de los Itinerarios Formativos, promoviendo la profundizacin de prcticas educativas transformadoras del MESCP y generando condiciones y capacidades en el campo tecnolgico y cientfico que permitan a maestras y maestros y estudiantes de este nivel el uso adecuado de computadoras como herramientas tecnolgicas en los campos y reas de saberes y conocimientos.

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La estrategia formativa ajustada de los cursos mencionados comprende las modalidades presencial, virtual y autoasistida, cuya implementacin estar a cargo de la UNEFCO como instancia autorizada del Ministerio de Educacin, en coordinacin con las instancias departamentales y distritales de educacin hasta las Unidades Educativas. Estas modalidades responden a las caractersticas de las maestras y los maestros en el manejo de herramientas TICs.

En este proceso, es fundamental el rol de las y los Directores de Unidades Educativas como actores que propicien, motiven y dinamicen el uso de herramientas TICs en los procesos educativos.

El presente cuaderno es un material de apoyo para el ciclo formativo, de una serie de cuatro cursos, que incluye objetivos holsticos, actividades prcticas, evaluativas y contenidos. Este material permitir a maestras y maestros mejorar sus prcticas educativas transformadoras bajo el MESCP.

Roberto Aguilar GmezMINISTRO DE EDUCACIN

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Ubicacin del Curso en el Ciclo

El contenido de este cuaderno de Formacin Continua corresponde al curso Recursos TIC para el laboratorio de Qumica que es parte del Ciclo Forma-tivo Recursos Tecnolgicos del Aula en el Modelo Educativo Sociocomuni-tario Productivo (MESCP).

En el campo de las TIC existen diferentes recursos que pueden aplicarse al mbito educativo; recursos tecnolgicos (hardware y software), programas, aplicaciones y otras herramientas que resultan muy tiles a la hora de desa-rrollar los procesos pedaggicos.

En el presente curso, se pone a consideracin diferentes herramientas de aplicacin para desarrollar los procesos educativos de la Qumica.

Datos generales del cuaderno

Interactuando en el Aula a travs de las TIC

CICLO: Recursos Tecnolgicos del Aula en el Modelo Educativo Sociocomunitario Productivo(MESCP)

ESTRUCTURA CURSOS TIC EN LA PRCTICA EDUCATIVA

CU

RS

O 1

CU

RS

O 2

CU

RS

O 3

CU

RS

O 4

Iniciando el uso de las TIC en las reas de Matemtica, Fsica y Qumica

Herramientas TIC para

el rea de Matemtica

Recursos TIC para

desarrollar el pensamiento

Lgico-Matemtico

Recursos TIC para la simulacin

de un Laboratorio

de Fsica

Recursos TIC para el Laboratorio de Qumica

Recursos TIC como herramientas

pedaggicas en el rea de Biologa-Geografa

Herramientas TIC para el

rea de Fsica

Herramientas TIC para

el rea de Qumica

Herramientas TIC para el rea de

Biologa-Geografa

Iniciando el uso de las Tic en el rea de Biologa - Geografa

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Objetivo Holstico del Ciclo

Fortalecemos nuestros conocimientos y capacidades en el uso de herra-mientas TIC a travs de espacios comunitarios de formacin, desde el aprendizaje en el uso y aplicacin de programas y recursos especficos, aplicando a situaciones concretas de la prctica pedaggica, contribuyen-do a su transformacin y mejora.

Objetivo Holstico del curso

Fortalecemos nuestros conocimientos y capacidades en el uso y aplicacin de herramientas TIC para el rea de saberes y conocimientos de Qumica a travs del anlisis y reflexin de diferentes herramientas tecnolgicas, contribuyendo a la transformacin y mejora de la prctica pedaggica.

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Tema 1: Uso educativo de laboratorios virtuales

de qumica

Crocodile Chemistry (Yenca Science)

Crocodile Chemistry (antes) Yenca Science (en el presente). Es un laboratorio virtual con ms de 100 elementos y compuestos qumicos, donde sus estudian-tes pueden simular reacciones qumicas con seguridad. Slo hay que arrastrar al panel de simulacin los materiales, equipos y elementos qumicos disponi-bles en la barra de herramientas, indicando las cantidades y concentraciones deseadas. Adems de poder representar grficamente los experimentos, dis-pone de ejemplos de soluciones y reacciones, as como animaciones atmicas y moleculares en 3D.

Con Yenka Science-Chemistry se pueden simular experimentos de forma fcil y segura, el grfico siguiente es una captura de pantalla de programa Crocodile Chemistry:


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Es un simulador innovador, ya que despus de seleccionar los recipientes, matraces, probetas, pipetas y dems elementos, de manera fcil, desde la amplia librera de objetos, se pueden seleccionar las sustancias qumicas y los reactivos, iniciando el experimento y simulando con total realismo el proceso. Las reacciones son recreadas de forma precisa, pudiendo ver su evolucin a lo largo del tiempo, tan pronto como se mezclan los productos qumicos.

Yenca Science es un simulador flexible que permite modificar los parmetros de casi todos los componentes, como por ejemplo: el tamao de las partculas, la concentracin o la tasa de flujo de un gas, etc.

Gracias a su flexibilidad, es posible realizar una amplia gama de experimentos relacionados con cidos y bases, metales, mezclas y reacciones, compuestos no metlicos y electroqumica. En Yenka Science tambin se pueden trazar grficos para analizar los experimentos y examinar el movimiento y los enlaces de los tomos y molculas utilizando animaciones en 3D.

Como descargar una copia gratuita en versin DEMO de Yenka Science

Para descargar una copia totalmente funcional y gratuita dirjase al sitio web: http://www.yenka.com/es/Downloads/

A continuacin haga clic en el enlace Probar Yenka y a continuacin llene un formulario que habilitar a usted maestra y a usted maestro para su respectiva descarga.

Sin embargo esta copia de prueba, en versin en espaol, usted la puede usar tan solo por 15 das, en caso de la versin en ingls se puede solicitar una li-cencia de Estudiante o Maestro para poder usar este simulador por un tiempo


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indefinido. Para obtener las indicaciones sobre como adquirir estas licencias dirjase a la siguiente direccin:

http://www.yenka.com/en/Free_Yenka_home_licences/

Por ejemplo para la licencia de Estudiante, primero descargue el instalador, luego instale el programa y siga los siguientes pasos:

Haga doble clic en el icono Yenka para iniciar su funcionamiento.

Acepte los trminos y poltica de privacidad, a continuacin, en la parte inferior izquierda de la pantalla haga clic en el Selector de pro-ducto Sus licencias Yenka En At Home, haga clic en la opcin Usar todos los productos de forma gratuita.

Inicie la sesin con su direccin de correo electrnico; slo tiene que hacerlo por una sola vez, es decir, cuando ejecute Yenka por primera vez. Se presenta una imagen de la primera pantalla con la que usted se encontrar al iniciar el programa y en la que debe elegir con qu rea quiere trabajar:

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En el presente curso documento y a modo de ejemplo elegiremos Inorganic Chemistry (Qumica inorgnica), en la pantalla que emer-ja, del panel derecho puede elegir un tema en especfico, sin embar-go, existe la posibilidad de crear una hoja en blanco y trabajar sobre sta, para ello haga clic en el men flotante Edit de la parte superior

izquierda:

en alguna carpeta del disco duro de su computadora.

Con todo lo anterior proceda a realizar una primera prctica:

FRMULA QUMICA ZNSO4

NOMBRE IUPAC (UNIN INTERNACIONAL

DE QUIMICA PURA Y APLICADA)

TETRAOXOSULFATO (VI) DE ZINC

Otros nombres

Vitriolo blanco Goslarita Vitriolo de Goslar Caparrosa blanca

Frmula semidesarrolladaZnSO

4 (anhidro)

ZnSO4.

H2O (monohidrato)

ZnSO4.

6 H2O

Frmula estructural

Zn2 +

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Iniciando el uso de las TIC en las reas de Matemtica, Fsica y Qumica

PROPIEDADES FSICAS

Estado de agregacin Slido

Apariencia Polvo blanco cristalino, inodoro.

Densidad 3,74103 (anhidro) kg/m3; 1,957 (Hep- tahidrato)2 g/cm3

Masa molar 161,454 (anhidro) 287,55 (heptahidrato) g/mol

Punto de fusin 373 K (100 C)

Punto de ebullicin Se descompone por encima de 773 K

PROPIEDADES QUMICAS

Solubilidad en aguaMuy soluble en agua. Soluble en metanol y glicerol. Ligeramente soluble en etanol.

El sulfato de zinc, vitriolo blanco, vitriolo de Goslar, Goslarita o ca-parrosa blanca es un compuesto qumico cristalino, incoloro y so-luble en agua, de frmula ZnSO4, aunque siempre va acompaado de un determinado nmero de molculas de agua de hidratacin.

Suele presentarse como sal heptahidratada, ZnSO47H2O. A 30C pierde una molcula de agua y se transforma en ZnSO46H2O.3 A 70 C pierde otras cinco molculas de agua y se transforma en Zn-SO4H2O. Finalmente, a 280C pierde la ltima molcula de agua y se transforma en la sal anhidra.

Obtencin

En la Naturaleza se presenta formando parte del mineral goslarita (heptahidrato), conocido tambin como vitriolo blanco y de la-bianchita (hexahidrato). Puede prepararse por reaccin del zinc o del xido de zinc con cido sulfrico en disolucin acuosa.

Zn+H2SO4 ZnSO4+H2 ZnO+H2SO4 ZnSO4+H2O

O por oxidacin enrgica del sulfuro de zinc, componente de la blenda.

ZnS+2O2 ZnSO4

Tambin puede prepararse aadiendo zinc slido a disoluciones de sulfato de cobre (II) o sulfato de hierro (II).

Zn+CuSO4 ZnSO4+Cu.


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Zn+FeSO4 ZnSO4+Fe.

A continuacin se presenta una lista de algunas direcciones electrnicas para acceder a materiales interactivos flash que usted puede utilizar para reforzar el aprendizaje de los contenidos de qumica:

CONTENIDO DEL PORTAL DIRECCIN ELECTRNICA

Animaciones interactivas para el aprendizaje de las ciencias http://www.educaplus.org

Laboratorio virtual de qumica http://rabfis15.uco.es/labquimica/ Pagina_Inicio.aspx

Simulaciones de experimentos qumicoshttp://group.chem.iastate.edu/ Greenbowe/sections/projectfolder/ simDownload/index4.html

Leyes de los gaseshttp://ntic.educacion.es/w3/eos/ MaterialesEducativos/mem2003/ gases/

Animaciones flash interactivas para aprender qumica

http://www.fisica-quimica-secundaria-bachillerato.es/quimica_inte- ractiva.htm

Prcticas de qumica http://fisicayquimicaenflash.es/quimicapractica.htm

Aprendizaje de la nomenclatura y formulacin qumica


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utilizando animaciones explicativas flash

En el portal de Jos Carlos Alonso1 (http://www.alonsoformula.com/) se en-cuentra un interesante recurso interactivo para el aprendizaje de la formula-cin y nomenclatura qumica tanto orgnica como inorgnica, puesto que los actuales planes y programas de estudio del currculo base se inician con el es-tudio de ambos de manera simultnea (orgnica e inorgnica), esto porque en el pasado slo se abordaba el estudio de la qumica orgnica en el ltimo ao de secundaria, siendo que en la vida diaria de las personas la qumica orgnica est presente en casi la mayora de los objetos y sustancias y no tanto as lo inorgnico (que es la parte de la qumica en la que ms nfasis se haca). Es en este sentido que ustedes maestras y maestros deben idear estrategias meto-dolgicas que permitirn ensear la nomenclatura y formulacin de compues-tos orgnicos e inorgnicos desde el inicio del estudio de la qumica. Por ello, tener a mano materiales interactivos que adems permitan desarrollar proce-sos de autoaprendizaje debera ser una tarea constante en esta era de las TIC y las TAC.

La siguiente imagen es la pgina inicial del portal de Carlos Alonso:

Actividades de aplicacin

Seleccione cinco animaciones interactivas y proceda a elaborar una gua de uso de los mismos que contemple la aplicacin de los momentos me-todolgicos (practica-teora-valoracin-produccin) para su aplicacin en el desarrollo de los contenidos previstos en los planes y programas de edu-cacin secundaria comunitaria productiva.

1 Maestro de educacin secundaria en fsica-qumica del I.E.S. Ricardo Mella de Vigo, Galicia, Espaa


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Uso de applets java en la enseanza y aprendizaje de la qumica

En este apartado se abordaran ideas sugerentes para el desarrollo de conte-nidos utilizando este recurso digital.

As, por ejemplo, en la modelizacin molecular se tienen programas de diseo y visualizadores. Como primer ejemplo veremos las caractersticas y uso de Jmol, que es un programa libre con el cual podemos observar gran cantidad de molculas qumicas en diferentes formatos, el cual sirve para aprender varios conceptos qumicos, como: tomo, molcula, enlace simple, doble, triple, orbi-tales, tamao comparativo, etc.

Visualizar molculas qumicas con Jmol

Jmol es una mini aplicacin (en ingls, applet), es decir, un programa escri-to empleando el lenguaje Java y que se ejecuta dentro de una pgina web. Permite la visualizacin de modelos moleculares en pginas web a partir de archivos de coordenadas moleculares incluidos en dichas pginas.

Los archivos de coordenadas moleculares que son ledos por Jmol tienen formatos correspondientes a distintos programas de visualizacin mo-lecular. El formato ms corriente para estructuras de protenas y cidos nucleicos determinadas experimentalmente es el de la base de datos Pro-teinDatabank (PDB) mantenida por Re- search Collaborative for Structu-ral Bioinformatics.

Bsicamente, todos ellos son archivos en formato de texto donde se en-cuentran una serie de nmeros y letras que definen los tipos y situacin espacial de los tomos y los enlaces que posee una molcula. Estos valores se determinan por resonancia magntica nuclear (RMN) o por difraccin de rayos X. La creacin de archivos de coordenadas moleculares de biomo-lculas a partir de ellos es muy compleja y la llevan a cabo especialistas en macromolculas utilizando complicados programas informticos.

Jmol ha sido creado por voluntarios y es de libre distribucin y cdigo abierto. Es compatible con el juego de instrucciones de RasMol, un progra-ma de visualizacin molecular creado por Roger Sayle de la Universidad de Edimburgo y el Departamento de Estructura BioMolecular, Investigacin


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y Desarrollo de Glaxo, en Greenford, Reino Unido.

Control de molculas en el visualizador Jmol

Para girar manualmente la estructura, hacer clic sobre el modelo y, manteniendo pulsado el botn principal del ratn, arrastrar el puntero.

Para agrandar o achicar el modelo, mantener pulsada la tecla de Maysculas y arrastrar el puntero en vertical. Otros mtodos:

si el ratn tiene rueda, solo debemos girarlo;

si el ratn tiene un botn central, arrastrar con l el puntero en vertical.

Para girar la molcula alrededor del eje perpendicular a la pantalla, mantener pulsada la tecla Maysculas y arrastra el puntero en horizontal. Otros mtodos, sin riesgo de cambiar la ampliacin.

Si el ratn tiene un botn central, arrastrar con el puntero en horizontal.

Usando el botn secundario mantener pulsada la tecla Maysculas y arrastra el puntero en horizontal.

Para trasladar el modelo, mantener pulsada la tecla Control, pulsar el botn secundario del ratn y arrastrar el puntero.

Si el ratn tiene un solo botn, mantener pulsada la tecla de Maysculas, hacer doble clic y, sin soltar el botn del ratn, arrastrar el puntero.

Mens desplegables

Al pulsar el botn secundario del ratn sobre la molcula aparece un men


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desplegable, flotante o contextual como se muestra en la imagen siguiente:

Del men desplegable puede elegir con el clic del ratn la opcin que nece-site para visualizar una molcula.

Antes de indicar cmo se pueden seleccionar los distintos modos de repre-sentacin de las molculas vamos a tratar brevemente sobre las caracte-rsticas principales de los distintos tipos de modelos moleculares.

Las estructuras tridimensionales de las molculas pueden visualizarse con Jmol siguiendo el siguiente cdigo de representacin (originalmente basa-do en el programa RasMol):


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Alambre

Se muestran slo los enlaces, como lneas delgadas.

Varillas

Se muestran slo los enlaces, como lneas gruesas. Este modelo es adecuado

para ver la estructura de molculas grandes.

Bolas y varillas

Los enlaces son varillas y los tomos pequeas esferas. No refleja ni el

tamao ni la forma real de la molcula, pero permite distinguir claramente los

diferentes tomos y enlaces.

Esferas (esferas CPK)

Se representan todos los tomos como esferas slidas con sus radios de van der Waals (es lo ms semejante al volumen

real ocupado por el tomo)

Muestra el tamao y la forma reales de la molcula pero dificulta la percepcin de

su estructura


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Esqueleto

Representa el esqueleto del polipptido como una serie de varillas

que conectan los carbonos alfa consecutivos de cada aminocido en una cadena (en cidos nucleicos, se

conectan los tomos de fsforo). No se muestran las cadenas laterales. Es una representacin interesante para

percibir el plegamiento global del polipptido o cido nucleico.

Trazo

Es similar al esqueleto, pero suavizado, sin ngulos (un cordn curvilneo).

Cintas lisas

Visualiza la protena o cido nucleico como una superficie de cintas

densa y lisa que recorre el esqueleto polipeptdico o polinucleotdico de la

molcula.

Esquemtico

Extiende la representacin de cintas para permitir mostrar la representacin

de Richardson (MolScript).

Es similar al modelo de cintas pero muestra mediante puntas de flecha la orientacin de las cadenas en hebras y hlices, y los tramos sin estructura

secundaria son cordones en lugar de cintas. Muy til para visualizar la

estructura secundara de las protenas.


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Esqueleto

Representa el esqueleto del polipptido como una serie de varillas

que conectan los carbonos alfa consecutivos de cada aminocido en una cadena (en cidos nucleicos, se

conectan los tomos de fsforo). No se muestran las cadenas laterales. Es una representacin interesante para

percibir el plegamiento global del polipptido o cido nucleico.

Trazo

Es similar al esqueleto, pero suavizado, sin ngulos (un cordn curvilneo).

Cintas lisas

Visualiza la protena o cido nucleico como una superficie de cintas

densa y lisa que recorre el esqueleto polipeptdico o polinucleotdico de la

molcula.

Esquemtico

Extiende la representacin de cintas para permitir mostrar la representacin

de Richardson (MolScript).

Es similar al modelo de cintas pero muestra mediante puntas de flecha la orientacin de las cadenas en hebras y hlices, y los tramos sin estructura

secundaria son cordones en lugar de cintas. Muy til para visualizar la

estructura secundara de las protenas.

Cintas en filamentos

Visualiza la protena o cido nucleico como una cinta que

recorre el esqueleto polipeptdico o polinucleotdico, pero la cinta est

compuesta de una serie de filamentos (por defecto, cinco) que corren

paralelos entre s.

Bloques

Cada tramo de hlice alfa se muestra como un cilindro con punta (un

cohete) y cada tramo de hebra beta, como una flecha gruesa, recta y plana

Color

Para modificar el color de un modelo molecular:

Active el men desplegable: coloque el puntero del ratn sobre el recuadro de la molcula y pulse el botn secundario del ratn (o bien haga clic sobre el logotipo Jmol, o clic mientras mantenemos pulsada la tecla Control).

Elija la opcin Color >tomos> Patrn

(Use la opcin tomos porque los enlaces y el resto de elementos (esque-leto, trazo, cintas...) heredan el color de los tomos).


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Seleccione una de las posibilidades que a continuacin se describen.

Por elemento (CPK): se utiliza el esquema de Corey-Pauling-Koltun. Los colores de los tomos ms usuales son:

Aminocidos: este patrn o combinacin colorea los aminocidos de acuerdo con sus propiedades. Los colores sirven para identificar los aminocidos en un ambiente inusual o sorprendente. Las partes exter-nas de una protena que son polares son colores visibles (brillantes) y los residuos no polares, ms oscuros. El esquema de color completo es:

Por estructura secundaria: Se colorean selectivamente las zonas con estructura secundaria en hlice alfa, hoja beta, giros y estructura al azar (en blanco). Este tipo de modelo se suele utilizar para analizar la estructura secundara de las protenas.

Por cadena: Cada cadena se colorea de un color. Muy til para visuali-zar rpidamente la estructura cuaternaria de las protenas.

Puentes de hidrgeno y puentes disulfuro

Para mostrar los puentes de hidrgeno de una molcula seguimos estos pasos:

Activar el men desplegable: coloque el puntero del ratn sobre el re-cuadro de la molcula y pulse el botn secundario del ratn (o bien haga clic sobre el logotipo Jmol, o clic mientras mantenemos pulsada la tecla Control).

Seleccionar Estilo > Enlaces de hidrgeno

Activo mostrar los enlaces de hidrgeno que estn especificados en el archivo de coordenadas. Normalmente, no hay tales enlaces, por lo que debemos pedir a Jmol que calcule, basndose en la geometra de la


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molcula*, qu tomos formarn un puente de hidrgeno.

Calcular hace que Jmol calcule los enlaces de hidrgeno y los mues-tre como lneas delgadas de trazos (difciles de ver si la molcula es grande; acrcala usando la rueda del ratn o con Maysculas+arras-tre vertical).

No oculta los enlaces de hidrgeno (si ya estn calculados, bastar ms tarde usar Activo para mostrarlos de nuevo).

Varias opciones numricas en hacen que se muestren los enlaces (como Activo) pero como lneas gruesas (varillas, pero discontinuas).

(*) Atencin! Jmol slo calcula enlaces de hidrgeno entre los grupos peptdicos de una protena (carbonilo y amino); no calcula enlaces en-tre las cadenas laterales de los residuos aminocidos. En consecuen-cia, no muestra todos los enlaces de hidrgeno existentes en una prote-na. En los cidos nucleicos, slo calcula los enlaces de hidrgeno tpicos de los pares de bases.

Para visualizar los puentes disulfuro, se trabaja de forma anloga pero utilizando el men Estilo > Enlaces disulfuro.

Modelos en estreo

Con Jmol es posible visualizar las molculas en estreo. Para verlas son necesarias unas gafas de visin estereoscpica, o bien cierta habilidad en desenfocar la vista para ver imgenes tridimensionales, algo no recomen-dable con los estudiantes.


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Activar el men desplegable: coloque el puntero del ratn sobre el re-cuadro de la molcula y pulse el botn secundario del ratn (o bien haga clic sobre el logotipo Jmol, o clic mientras mantiene pulsada la tecla Control).

Seleccionar Estilo > Estereografa y:

Para verlo con gafas, dependiendo del color de los cristales (aparecen dos imgenes ligeramente desfasadas):

* Gafas rojo+cian

* Gafas rojo+azul

* Gafas rojo+verde

Para verlo sin gafas, desenfocando la vista (aparecen en el recuadro dos molculas):

* Visin bizca o

* Visin paralela (aqulla a la cuales nos adaptemos mejor)

A veces es necesario reducir o alejar las molculas grandes con la op-cin Tamao para poder visualizar correctamente la imagen doble.

Para eliminar las imgenes en estreo: Estilo > Estereografa > Nada.


Busque en internet portales que contengan galeras de molculas qumi-cas, descrguelas y organice en carpetas segn sus funciones o tipo de productos, luego de visualizarlas con Jmol, proceda a la elaboracin de una


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gua de uso de los mismos para abordar diferentes captulos del estudio de la qumica. Esta actividad sera ms productiva si la complementa con la construccin de molculas qumicas utilizando esferas (plsticas, plasto-formo, goma, plastilina) y palitos de madera u otro material.

Coleccin de applets del portal Phet para la enseanza y aprendizaje de la qumica

En la pgina Simulaciones interactivas Phet de la Universidad de Colora-do2, existe gran cantidad de animaciones interactivas muy tiles para tra-bajar contenidos de qumica.

As, por ejemplo, los constructores de tomos y molculas son dos intere-santes propuestas para entender la estructura de los elementos qumicos de la tabla peridica, constituyndose en animaciones muy motivadoras para que las y los estudiantes comprendan el concepto de enlace y forma-cin de compuestos qumicos a nivel molecular y en tres dimensiones.

2 Cuya direccin electrnica es: https://phet.colorado.edu/es/simulations/category/chemistry


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Asimismo, el applet de simulacin de soluciones salinas y azucaradas nos permite estudiar el comportamiento electroltico y de conductividad de las sales y el azcar en diferentes concentraciones:

Otra animacin muy ilustrativa y motivadora es en la que se trabaja el con-cepto de reactivo limitante y/o sobrante dentro del contenido de estequio-metra, empleando un ejemplo anlogo con la preparacin de sndwiches:


Seleccione un conjunto de applets java y elabore una gua metodolgica que contemple los cuatro momentos (practica-teora-valoracin-produc-cin) de uso de los mismos para abordar diferentes contenidod del estudio de la qumica.

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Tema 2: Modelacin

molecular (geometra molecular)en el aprendizaje de la qumica

Dibujando molculas con Avogadro

En el tema anterior vimos cmo utilizar molculas ya construidas; sin em-bargo, en este tema se abordaran sugerencias e ideas de cmo construir las mismas con programas especializados; as, por ejemplo, iniciamos con el uso de software libre, en este caso se trata del programa Avogadro, cuya direccin electrnica es:

http://avogadro.cc/wiki/Main_page de la cual descargar la versin 2013-12-11 que es ms estable.


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A continuacin se hace una descripcin grfica acerca de su instalacin:

Una vez instalado el programa se procede a construir, como ejemplo, una molcula de dixido de carbono, etano, ciclohexano y, finalmente, una de cido sulfrico. Para ello se iniciar conociendo el entorno de trabajo:

Abra el programa y emerger la siguiente pantalla:


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En esta ventana se describen los elementos que la componen:

Barra de herramientas

Herramienta de dibujo (F8)

Herramientas de navegacin (F9):

Herramientas para medir ngulos:

Herramientas de manipulacin (F10):


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Herramientas de seleccin (F11):

Hacer clic para seleccionar tomos individuales y clic+arrastrar para seleccionar varios tomos

Herramienta de rotacin automtica:

Permite rotar la molcula con el botn izquierdo del ratn, el largo y la direccin de la lnea que se dibuja indica la direccin y la velocidad de la

rotacin.

Herramienta para medir:


Actividad 1: Crear una molcula de CO2 y optimizar su estructura

1. Para crear el modelo molecular del dixido de carbono, seleccione la herramienta dibujo , de la paleta Draw Settings del lado izquierdo de la pantalla elija el elemento Carbono (verificar que las casilla Adjust Hydrogens no est etiqueada) luego solamente haga clic en cualquier parte del rea de construccin, luego agregar dos tomos de oxgeno teniendo en cuenta que sean con doble enlace.


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2. Optimice la molcula haciendo clic en la herramienta optimizar o bien haciendo clic en la barra de men Extensions Optimize geome-try o presionando las teclas Control+Alt+O

3. Para concluir con esta molcula puede rotarla en 3D, para ello haga clic en la herramienta de navegacin y luego con el ratn puede mo-verlo en cualquier direccin.


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Actividad 2: Dibujar una molcula de C2H6 (etano) y optimizar su estructura.

1. Para dibujar la molcula de etano, slo agregue dos tomos de car-bono con enlace simple, para ello hacemos clic en el botn con for-ma de lpiz de la barra de herramientas, luego haga clic en el rea de construccin y aparecer una molcula de metano, en seguida haga clic sobre esta y arrastre a un lado, aparecer un segundo carbono que se autocompletar con los hidrgenos respectivos, si no se auto-completara, haga clic en la barra de mens Build y a continuacin clic en Add hydrogens

Actividad 3: Dibujar una molcula de ciclohexano y optimizar su estructura.

1. Dibujar el ciclohexano, constituye una tarea un tanto compleja, sin embargo no difcil, para ello primeramente haga clic en la herramienta Dibujo (botn lpiz) luego verifique que la casilla Adjust Hydrogens de la paleta Draw settings no est seleccionada, a continuacin slo hacer clic en el rea de construccin para dibujar un nuevo carbono sucesivamente hasta tener el ciclohexano que por supuesto no tendr las medidas ni distancias exactas ni estar enlazado con los hidrge-nos, para que esto suceda ser necesario utilizar la herramienta de auto-optimizacin descrita en las actividades anteriores.


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Actividad 4: Dibujar una molcula de cido sulfrico y optimizar su estructura.

1. Para dibujar la molcula de cido sulfrico, primero elija del panel de dibujo (lado izquierdo) el tomo de azufre, luego dos oxgenos con en-lace simple y dos con enlace doble.

2. Luego de completar el dibujo, proceda a optimizarla, como en las ac-tividades anteriores y el resultado final ser como el de la siguiente imagen:


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3. Finalmente guarde la molcula creada, para ello haga clic en el men File (archivo) y luego en Save as se abrir una ventana donde debe elegir el tipo de formato con el que desee guardar, en este caso elegi-mos MDL (*.mol)

Dibujando molculas con Chemsketch

Chemsketch es software propietario de acceso gratuito, es similar al an-terior (Avogadro), sin embargo tiene algunas herramientas ms desa-rrolladas, con Chemsketch se pueden dibujar molculas utilizando lneas y representarlas en tres dimensiones, adems una de las caractersticas fundamentales es que el programa nombra las molculas construidas bajo normas IUPAC. As mismo tambin permite agregar (importar) imgenes para elaborar informes de laboratorio y por supuesto cuanta con un banco de imgenes con los materiales de laboratorio ms utilizados en qumica.

Chemsketch se descarga de manera gratuita previo registro y creacin de una cuenta de usuario de: www.acdlabs.com/resources/freeware/chemsketch/


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La ltima versin gratuita es la 12.0 liberada en febrero de 2009 y a la fe-cha no existe una versin actualizada puesto que el programa en realidad es comercial.


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Una vez descargado se procede a la instalacin siguiendo los siguientes pasos explicados de manera grfica:

Recuerde hacer clic en accept the terms in the License Agreement para proseguir con la instalacin.

Al finalizar esta accin el asistente de instalacin crea varios accesos direc-tos para los diferentes componentes del programa, elegir Chemsketch y cuando abra por primera vez el programa visualizar una ventana en la que debe habilitar algunos formatos, dependiendo de sus necesidades, activar las mismas.


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A continuacin se presenta una descripcin general paso a paso de cmo puede usarla para dibujar, por ejemplo, una molcula de metano:

1. En la ventana de trabajo del programa haga clic en la zona de trabajo y de manera predeterminada aparecer una molcula de metano:

2. Tambin se puede cambiar de elementos qumicos, en este caso en la barra de elementos haga clic en el smbolo del Oxgeno, luego clic en el rea de trabajo y esta vez se obtendr una molcula de agua repre-sentada por su frmula H2O, a continuacin puede visualizar en 3D, para ello haga clic en la Barra de Men ACD/ Labs y de la lista des-plegable elegimos 3D viewer (freeware), luego retornamos al progra-ma principal haciendo clic en la opcin 1-Chemsketch de la barra de estado en la esquina inferior izquierda de la ventana. Estando ya en Chemsketch, hacer clic en la opcin 2-Copy to 3D como se observa en las imgenes siguientes:


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3. En seguida aparecer una esfera que representa al tomo de oxgeno, para que aparezcan los dos tomos de hidrgeno, hacer clic en la he-rramienta Optimizacin 3D de la barra de herramientas la cual est representada por el cono de una molcula de metano

Esta molcula de agua puede ser visualizada en diferentes formatos como ser: lneas, barras y esferas, para ello en la barra de herramientas existen las diferentes acciones:

4. Para dibujar molculas ms complejas utilizando enlaces dobles y tri-ples, adems con varios elementos distintos se procede de la siguiente manera: elegir de la Barra de elementos qumicos aquellos necesarios, as construye por ejemplo el C9H13Cl.

Primero tome el tomo de carbono y dibuje un ciclohexano, luego de uno de los carbonos desprender una nueva cadena de 3 carbonos ms, hacer que los dos ltimos tengan triple enlace, para ello solo arrastrar el cursor de ratn dos veces ms entre ellos hasta lograr los tres enlaces, de este modo se obtiene una molcula como en la siguiente imagen:


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5. Ya concluida la molcula proceda a guardarla, para ello se tienen varias posibilidades de formatos; en este caso elegir MDL (*.mol) que es un formato estndar y puede ser visualizado en varios pro-gramas como Jmol y Avogadro.

Una de las herramientas sobresalientes de este programa y que no se encuentran en ningn otro similar es la de generar nombre de la es-tructura. Para ello una vez dibujada la molcula, hacer clic en la Barra de Men Tools, luego en Generate y finalmente en la opcin Name for Structure (de manera abreviada puede acceder presionando las teclas Control+Mayuscula+I) y el resultado es como se muestra en el siguien-te grfico:


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De la misma manera el programa posee plantillas que permite insertar varios elementos a los informes de laboratorio porque tiene varias ga-leras con grficos, as por ejemplo para acceder a la galera de imge-nes de material de laboratorio, seguir los siguientes pasos:

1. Hacer clic en la Barra de Men Templates, luego elegir Template Windows.

Aparecer una ventana de la cual elegir la opcin Lab Kit que est en el panel izquierdo, slo hace clic en el grfico que requiere y lo agrega a la hoja de trabajo.

Actividades de aplicacin (A)

Dibuje molculas, genere sus nombres de manera automtica y con-trstelas con los ejercicios de formulacin y nomenclatura qumica planteadas en la pgina web de Carlos Alonso, vista anteriormente.

Actividades de aplicacin (B)

Construya 28 molculas. Para ello construir las estructuras de Lewis con enlaces y pares solitarios. Puede usar una referencia (libro de texto, sitio web) para asignar las geometras moleculares y electrnicas para las hibridaciones (sp, sp2, sp3, dsp3, d2sp3).


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En primer lugar prepare una tabla en una hoja de clculo de siete co-lumnas y 29 filas y nmbrelas como se muestra en la tabla 3. Se reco-mienda trabajar las estructuras de Lewis (enlaces, pares de electrones) en un papel aparte primeramente, y despus construirlas en la compu-tadora. Utilice un programa de dibujo en 2D para construir las estruc-turas planas de las 28 estructuras.

Realice con sus estudiantes el nivel ms sencillo de un anlisis terico (Mecnica Molecular) y la determinacin de distancias de enlace y n-gulos de enlace de 28 molculas de uso general.

El modelo de la repulsin de pares de electrones de la capa de valen-cia (VSEPR) es un modelo que se usa para predecir enlaces, pares de electrones libres y las geometras que se derivan de stos para muchas de las molculas pequeas. La Teora de Orbitales Moleculares (TOM o MOT, en ingls) permite la prediccin del orden de enlace y las ca-ractersticas paramagnticas o diamagnticas de una molcula. Para la construccin de estas especies, resulta muy til seguir las reglas que aparecen en la tabla 2.

Tabla 2. Para la construccin de molculas no metlicas pequeas, el nmero de enlaces y pares de electrones libres sigue las tendencias indicadas (al menos la mayora de las veces). De acuerdo con las pro-piedades peridicas, las molculas de cloro, bromo y yodo a menudo se comportan como flor, y el azufre se comporta como oxgeno.

BeCl2: La primera molcula a construir es BeCl2. Be es el tomo central y como tal es tomo clave para determinar hibridacin y geometras. Los iones cloruro estn unidos al tomo central y sus enlaces y pares solitarios siguen las reglas de la tabla 1. En todas las estructuras que se construyan en este ejercicio, los tomos que estn unidos al tomo central seguirn las reglas que se re-sumen en la tabla 1, pero los enlaces y pares solitarios del tomo central sern determinados por la estructura.


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El Be dona dos electrones de valencia y cada cloro dona siete elec-trones de valencia para un total de 16 electrones de valencia. Dos electrones, sean un enlace o un par solitario, se representan por una lnea. Siguiendo la tabla 1, poner un simple enlace y tres pares solitarios alrededor de cada tomo de cloro y poner el Be en el medio. La suma de todos los electrones debe ser 16. Usando una referencia (ej. Qumica de Chang) esta estructura clasifica como geometra lineal (AB2) con hibridacin sp.

Para construir esta estructura en Avogadro y/o Chemsketch. Ase-grense de guardarlos con un nombre reconocible y en formato *.pdb

Completar la tabla de las molculas a construir con los siguientes datos que los obtendr en los programa de modelizacin mole-cular:

a) Mida el ngulo de enlace con el tomo central como el segundo elemento. Mida el ngulo de todos los enlaces en que participa el tomo central.

b) Mida las distancias de los tomos con relacin al tomo central.

c) Determine si la molcula es polar o apolar

SnCl2. La segunda molcula a construir es el cloruro de estao. En la tabla peridica el estao esta debajo del C por lo que tiene 4 electrones de valencia a donar. Cada tomo de cloro tiene siete electrones de valencia para un total de 18 electrones de valencia entre tres tomos.

Usando la tabla 1, a cada tomo de cloro se le asigna un enlace y tres pares solitarios para un total de 16 electrones. Esto deja un par de electrones que no se usa y se asigna al tomo central Sn como un par solitario de electrones. Esto resulta en un tomo central con hibridacin sp2 (AB2L1 o AB2L).

Asegurarse de guardar y cerrar archivo anterior e iniciar uno nuevo.

Siga el mismo procedimiento computacional descrito en la cons-truccin del BeCl2. Copie la estructura y los valores especficos de las magnitudes calculadas en su reporte (tabla 3).

C2H2. El etileno o acetileno tiene 10 electrones de valencia, cua-tro por cada carbono y uno por cada tomo de hidrogeno. Cada tomo de carbono funciona como un tomo central y los hidr-genos solo tienen un simple enlace sin pares de electrones solita-


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rios. La estructura resultante tiene un triple enlace y dos enlaces simples, la cual corresponde con la hibridacin sp.

Comparando esta estructura con el BeCl2 se ve que las dos es-tructuras se corresponden con la hibridacin sp pero el BeCl2 tiene solo simples enlaces mientras que el C2H2 tiene triple y simple enlace. La hibridacin del tomo central y la geometra no estn dadas por el tipo de enlace (simple, doble o triple) del to-mo central, lo importante es el nmero de enlaces y el nmero de pares solitarios.

Vamos a construir la estructura en Avogadro. El etileno requiere la seleccin de un tomo de C que tenga un simple enlace y un triple enlace que puede encontrarse en el panel de dibujo. Enlace los dos tomos de C por el triple enlace y adicione los tomos de hidrogeno a los enlaces simples. Una vez construida la estructu-ra, siga el enfoque computacional que se describe lneas arriba y, guarde, copie y pegue la estructura y los datos en su informe.

XeF4. La cuarta molcula a construir es el tetrafluoruro de xenn. Xe es un gas inerte y contribuye con 8 electrones de valencia a la estructura de Lewis. El flor contribuye con siete electrones por cada tomo para un total de 36 electrones. Cada tomo de flor tiene un enlace simple y tres pares solitarios hasta llegar a 32 electrones (8 x 4 = 32). Esto deja un total de 4 electrones (36-32 = 4) que se asignan al tomo central como dos pares solitarios. Esto significa que el Xe, el tomo que determina la geometra tie-ne cuatro enlaces simples y dos pares de electrones solitarios.

El tetrafloruro de xenn tiene geometra cuadrado plana y simple enlace. El flor puede seleccionarse del mismo men y enlazarse a los cuatro enlaces simples que aparecen en el Xe. Optimice la estructura y haga los clculos como se describi anteriormente. Con esta estructura simtrica, se pueden medir dos ngulos, 90 y 180.

I3-. La quinta molcula a construir e insertar en su reporte es el I3-. Cada tomo de yodo dona siete electrones de valencia para un to-tal de 21 electrones. En la mayora de los casos, usted encontrar un nmero par de electrones para distribuir, por lo que siempre trate de comprobar sus clculos si lo que obtiene es un nmero impar. En este caso la molcula triatmica es adems un in por lo hay que adicionar un electrn para un total de 22 electrones. Uno de los tomos de yodo es el tomo central y los otros dos estn enlazados a l (ej. I-I-I). Los dos tomos enlazados tienen un simple enlace al tomo central y tres pares de electrones libres.


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Entre estos dos tomos de yodo se colocan 16 electrones, que-dando 6 electrones o tres pares sin asignar (22 de valencia 16 sobre el I = 6 restantes). Estos tres pares de electrones se asig-nan al tomo central de yodo, quedando con una geometra AB2L3 con hibridacin sp3d (o dsp3).

SF6. La sexta y ltima estructura que vamos a construir es el hexa-fluoruro de azufre. El azufre contribuye con 6 electrones de va-lencia y cada flor con 7 electrones para un total de 48 electrones (1xS(6 e-) + 6 x F(7e-) = 48e-). Siguiendo la tabla 1, cada tomo de flor tiene un enlace y tres pares de electrones solitarios para un total de ocho electrones por cada tomo de flor. Considerando los seis tomos de flor, se consideran 48 electrones en total en seis enlaces simples y 18 pares solitarios (6F x 3), resultando una geometra octadrica.

Tabla 3. Configurar su tabla en posicin horizontal, con el siguien-te formato. Las instrucciones para las primeras seis molculas se dieron anteriormente. Su tabla debe tener siete columnas y 29 filas. Use los mismos encabezamientos.

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Bibliografa

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Tapia, G. (2009). Uso pedaggico de laboratorios virtuales en el aprendiza-je de la fsica y qumica. Cochabamba.

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www.minedu.gob.bo

MINISTERIO DE EDUCACINAv. Arce No. 2529

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CI RUCI TCIC DUCTI - minedu.gob.bo€¦ · Ministerio de Educación (2015). ... en alguna carpeta del disco duro de su computadora. Con todo lo anterior proceda a realizar una primera

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