Guía para el docente

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1 Guía para el docente Descripción curricular: - Nivel: 2.º Medio - Subsector: Ciencias químicas - Unidad temática: - Palabras claves: enlace químico, enlace iónico, enlace covalente, enlace metálico - Contenidos curriculares: Modelo atómico de la materia y enlace químico - Modelos de enlace. Estructuras de Lewis. Energía de enlace. Enlaces iónicos, covalentes y de coordinación. - Contenidos relacionados: - 1.º Medio: El aire. Teoría cinético-molecular Los suelos. Mineralogía Los procesos químicos Los materiales - 2.º Medio: Modelo atómico de la materia Disoluciones químicas - 3.º Medio: Reactividad y equilibrio químico Cinética - 4.º Medio: Procesos químicos industriales Polímeros orgánicos, inorgánicos, sintéticos y naturales - Aprendizajes esperados: - Representan correctamente las estructuras de Lewis de átomos, iones poliatómicos y moléculas pequeñas, y valoran la utilidad de dicha representación para explicar y predecir su comportamiento químico. - Aplican los tres modelos de enlace (iónico, covalente y metálico) a casos simples de interacciones entre átomos, y relacionan el enlace químico y la estructura cristalina de un elemento del segundo período con algunas de sus propiedades y usos. - Clasifican, en casos simples, un enlace como iónico, covalente o metálico usando como criterio la ubicación en el Sistema Periódico de los elementos que intervienen en el enlace. 1

2 Aprendizajes esperados de esta actividad: - Comprenden en qué consisten los enlaces iónico, covalente y metálico. - Comprenden que las propiedades físicas y químicas de los compuestos dependen de los átomos que los forman y del tipo de unión entre tales átomos. Comprenden que el tipo de unión determina las propiedades de una sustancia. - Diferencian entre compuestos iónicos, covalentes y metálicos. - Representan estructuras de Lewis. - Analizan y comparan tablas de datos. Recursos digitales asociados de - Ficha temática:. - Diapositivas digitales (ppt): Química NM2 Modelo atómico de la materia. Actividad propuesta para este tema: Con la actividad propuesta para este tema se busca que los estudiantes investiguen y comprendan los tipos de enlace químico. Así mismo, que diferencien entre compuestos iónicos, covalentes y metálicos y comprendan que el tipo de unión determinará las propiedades físicas y químicas de los compuestos. ACTIVIDAD: Cómo se unen los átomos Duración: dos horas pedagógicas Enlace iónico Enlace covalente Enlace metálico Diferencias de electronegatividad Comparten electrones Compuesto covalente polar Compuesto covalente apolar Atracciones electroestáticas Los enlaces determinan las propiedades físicas y químicas de los 2

3 2. Desarrollo de la actividad: Cómo se unen los átomos Guía para el docente Paso 1 Puede comenzar preguntando a sus estudiantes: - Cómo se unen los átomos? - De qué depende que los metales sean sólidos duros y en cambio el grafito sea un sólido blando? Sugerimos recoger las ideas de los estudiantes para más tarde hacer notar el aprendizaje. Reparta la guía para el estudiante disponible en el portal educarchile.cl. En ella aparece una pequeña introducción; le sugerimos que la complemente. Los estudiantes deben contar con un material bibliográfico de apoyo para responder las preguntas que pertenecen en la primera parte de la guía, referente a las propiedades de los enlaces químicos. Paso 2 Comiencen la actividad describiendo cada tipo de enlace químico. I. Propiedades de los enlaces 1. Cómo se forma el enlace iónico? Los estudiantes deben reconocer que el enlace iónico une un metal a un no metal. Estos elementos tienen electronegatividades diferentes, con lo que el metal pierde fácilmente un electrón y se transforma en un ión positivo (catión). Este electrón es adquirido por el elemento no metal, y se transforma en un ión negativo (anión). La unión entre ambos se debe a atracciones electroestáticas. Con esto, los compuestos iónicos en se encuentran, en general, en estado sólido. Sin embargo, en solución estas moléculas se separan o disocian en los respectivos iones. 3

4 2. Cómo se forma el encale covalente? El enlace covalente une elementos químicos iguales o diferentes pero próximos entre sí en el Sistema Periódico. Este enlace se caracteriza por que los elementos comparten uno o más pares de electrones entre dos átomos. Puede pedirles a los estudiantes que representen un enlace covalente mediante estructuras de Lewis, que representan los enlaces de la última capa de electrones. Por ejemplo: el átomo de hidrógeno sólo tiene un electrón. Si formamos un enlace covalente con otro átomo de hidrógeno, entonces tendremos hidrógeno molecular (H 2 ). La estructura de Lewis de esta molécula es: H H 3. Cómo se forma el enlace metálico? El enlace metálico une elementos alcalinos, alcalinotérreos, de transición y transición interna. Los electrones de la última capa de los átomos de este tipo de elementos se pueden arrancar fácilmente. Con esto se considera que varios elementos metálicos están unidos mediante una nube electrónica que se comparte entre varios elementos, lo que forma una estructura cristalina (gas electrónico). Paso 3 Al terminar revisen estas preguntas, aclare algunos conceptos y si es necesario complemente usted la información que entregan los estudiantes. Una vez revisado, continúen con la siguiente parte de la actividad referente a las propiedades físicas y químicas de los compuestos dependiendo del enlace que los forma. Para esto, la actividad plantea el análisis de una tabla en la que se presentan distintas propiedades físicas de elementos iónicos, covalentes y metálicos. 4

5 II. Propiedades de los compuestos iónicos, covalentes y metálicos Sustanc Densida PF PE Solubilidad Conducción ia d g/cm 3 (ºC) (ºC) En En En Sólido Disolució agua ácidos benceno n fundido Cloruro de sodio (NaCl) Hidróxi do de potasio (KOH) Monóxid o de carbono (CO) Agua (H 2 O) Alumini o (Al) Hierro (Fe) 2, Sí Sí No No Sí 2, Sí Sí No No Sí 0, No - No - - 1, Sí Sí No No No 2, Sí No - No No 7, No Sí No Sí Sí Según esta tabla, los primeros dos compuestos (cloruro de sodio e hidróxido de potasio) son de carácter iónico. Monóxido de carbono y agua son compuestos covalentes y el aluminio y el hierro son elementos metálicos. De acuerdo con esto, se propone que los estudiantes analicen datos de densidad, puntos de fusión, puntos de ebullición, solubilidad en diferentes medios y conducción eléctrica. 5

6 1. Compuestos iónicos Los compuestos iónicos se forman entre iones positivos (catión) negativos (anión); esta unión responde a atracciones electroestáticas entre ambos iones. Según la tabla: a. Compara los puntos de fusión y ebullición de los todos los compuestos. Cómo son los puntos de fusión y ebullición de los primeros dos compuestos (cloruro de sodio e hidróxido de potasio), comparándolos con aquellos del monóxido de carbono y agua? Los puntos de fusión y ebullición de los compuestos iónicos son mucho mayores que los de los compuestos covalentes. Motive a sus estudiantes a que busquen la explicación de este fenómeno. En general, los compuestos iónicos son difíciles de fundir: para ello hay que separar los iones positivos y negativos, lo que demanda gran cantidad de energía calórica. b. Compara ahora la solubilidad de estos compuestos en agua. El cloruro de sodio y el hidróxido de potasio son solubles en agua? El monóxido de carbono es soluble en agua? Los compuestos iónicos son solubles en solventes polares como el agua. Este tipo de solventes separa o disocia los compuestos iónicos. No son solubles en solventes orgánicos (apolares) tales como el benceno y sólo mediante reacciones químicas se pueden solubilizar en ácidos. c. Por último compara la conductividad eléctrica del cloruro de sodio e hidróxido de potasio con la conductividad del monóxido de carbono y agua. Los estudiantes deben recordar que para que exista conductividad eléctrica se requiere de un flujo de electrones. Esto se logra en soluciones acuosas de compuestos iónicos, pues la solubilización de este tipo de 6

7 compuestos incluye su disociación; por tanto, quedan en solución los iones respectivos. Cuando el cristal está en estado sólido, los iones están rígidamente unidos entre sí y no pueden moverse, por lo que no se produce corriente eléctrica. Los primeros dos compuestos: cloruro de sodio e hidróxido de potasio son compuestos iónicos. En el caso del cloruro de sodio, el cloro es un no metal (halógeno) que fácilmente adquiere un electrón del sodio y lo deja con carga positiva. La unión que existe entre ellos se debe a atracciones electroestáticas. Esto mismo explica la conductividad de estas sustancias en solución acuosa. d. Entonces, cuáles son las principales propiedades de los compuestos iónicos? Elabora una conclusión al respecto. Mediante la observación de la tabla de datos y análisis de sus respuestas, los estudiantes observarán ciertas diferencias entre los dos primeros compuestos y los dos segundos. Pueden concluir que los primeros son compuestos iónicos. Motívelos a elaborar una conclusión que incluya las tres propiedades de los compuestos iónicos: elevados puntos de fusión y ebullición, solubilidad en solventes polares y conductividad eléctrica. 2. Compuestos covalentes En general, los compuestos covalentes son más estables que los compuestos iónicos, debido, especialmente, a dos propiedades: Observa en la tabla que el cloruro de sodio o sal común (y cualquier compuesto iónico) es soluble en agua. En cambio, el monóxido de carbono no lo es. Por qué? Cuál será la diferencia entre el cloruro de sodio y el monóxido de carbono que permite que uno de ellos se disuelva en agua? 7

8 La respuesta está en el enlace que une al átomo de cloro con el de sodio, por una parte, y, por otra, en el enlace que une al átomo de carbono con el de oxígeno. a. Haz un esquema del enlace del cloruro de sodio y del enlace del monóxido de carbono. Para ello puedes utilizar la estructura de Lewis. Explica cuál es la diferencia entre ambos. Para responder esta pregunta, los estudiantes deben construir estructuras de Lewis. Los estudiantes deben advertir la formación de iones para el compuesto iónico y, por otra parte, cómo los átomos de carbono y oxígeno comparten electrones para formar un enlace covalente. Na + Cl : compuesto iónico. C = O : compuesto covalente en que se comparten dos pares de electrones. b. Averigua cuántos tipos de compuestos covalentes existen y cuáles son. Los enlaces de los covalentes pueden clasificarse según dos criterios: - Por el número de electrones compartidos: pueden ser simples si comparten un par de electrones; dobles si comparten dos pares y triples si comparten tres. - Por la polaridad o apolaridad del enlace. Los enlaces entre átomos iguales son apolares, pues no hay diferencia de electronegatividad y por tanto los electrones no se desplazan hacia ninguna parte. Los enlaces covalentes entre átomos diferentes tienen polaridad, pues uno de los átomos atrae con mayor fuerza los electrones del enlace. Puede pedirles a los estudiantes que busquen ejemplos de cada tipo de compuesto. 8

9 3. Compuestos metálicos Los compuestos metálicos reaccionan, en general, con el oxígeno formando óxidos. Es muy común que observemos óxidos en las superficies de metal en ambientes húmedos, por ejemplo en ambientes marinos. a. Como sabemos, los compuestos metálicos son generalmente sólidos. Sólo conocemos un metal que a temperatura ambiente es líquido. Cuál será? Los estudiantes deberían reconocer que el mercurio (Hg) es el único metal en estado líquido a temperatura ambiente que más conocemos. b. Según la tabla que se encuentra más arriba, compara la conductividad eléctrica de los compuestos monóxido de carbono y agua (compuestos covalentes) con el hierro (Fe). Los metales son conocidos por su alta conductividad eléctrica. Esto se debe a la movilidad del gas electrónico. c. Según la tabla, compara la densidad del aluminio y el hierro en función de las demás densidades. Cómo son? Generalmente la densidad de los metales es mucho mayor que la de los demás compuestos. Esto se debe a que la estructura cristalina no es compacta. d. Elabora una conclusión acerca de las propiedades de estos compuestos. Motive a los estudiantes a elaborar conclusiones propias a partir de lo que observan en la tabla de datos y del análisis de sus respuestas. Esta conclusión debe incluir cómo son los metales, además de sus propiedades características. 9

10 Por ejemplo: el enlace metálico une elementos iguales entre sí, en los que alrededor del núcleo del átomo se forma una nube electrónica en la cual se unen dichos elementos. Esto hace que los electrones tengan alta movilidad y por tanto sean conductores térmicos y eléctricos. Así mismo, se sabe que estos compuestos se encuentran generalmente en estado sólido. Paso 4 Puede concluir la actividad pidiendo a los estudiantes que lean sus conclusiones de modo que usted pueda complementarlas. Puede dividir al curso en grupos y pedirle a cada grupo que represente las estructuras de ciertos compuestos iónicos, covalentes y metálicos. Para repasar, recuérdeles que en el portal educarchile.cl encuentran diapositivas digitales (ppt) de apoyo, tituladas Química NM2 Modelo atómico de la materia. 10

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