Los iones (II)
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Autores: Silvia
Cerdeira, Helena Ceretti y Eduardo Reciulschi. Responsable
disciplinar: Silvia Blaustein. Área
disciplinar: Química. Temática:
Tipos de partículas presentes en las sustancias químicas.
Relación con
configuración electrónica. Modelo de orbitales. Nivel:
Secundario, ciclo básico. Secuencia
didáctica elaborada por Educ.ar. |
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Propósitos generales
• Promover el uso de los equipos portátiles en el proceso de enseñanza y aprendizaje.• Promover el trabajo en red y colaborativo, la discusión y el intercambio entre pares, la realización en conjunto de la propuesta, la autonomía de los alumnos y el rol del docente como orientador y facilitador del trabajo.
• Estimular la búsqueda y selección crítica de información proveniente de diferentes soportes, la evaluación y validación, el procesamiento, la jerarquización, la crítica y la interpretación.
Introducción a las actividades
Los iones son componentes esenciales de la materia inerte y viva. Son especies o entidades químicas con carga eléctrica neta, positiva (catión) o negativa (anión). Pueden estar constituidos por un único elemento (por ejemplo, catión Na+, anión Cl-) o por varios elementos (iones complejos o moleculares, por ejemplo, anión sulfato SO42-, catión amonio NH4+).
A diferencia de los compuestos covalentes –en los que es posible identificar moléculas–, en los compuestos iónicos, los cationes y los aniones se ordenan formando estructuras extendidas tridimensionales que se denominan cristales. En los cristales, los iones ocupan posiciones determinadas.
En los sólidos iónicos no hay moléculas. Por ejemplo, en un cristal de cloruro de sodio (NaCl) hay un gran número de cationes Na+ y aniones Cl-. La fórmula NaCl indica que por cada catión Na+ hay un anión Cl-.
Muchos sólidos iónicos se disuelven en agua, un solvente polar. El entorno ofrece algunos ejemplos: el «agua salada» presente en los mares y océanos del planeta; el «agua dulce», que puede tener iones disueltos que contribuyen al fenómeno conocido como dureza; la etiqueta de un agua mineral comercial, que informa la composición de los iones que contiene. Además de los sólidos iónicos, muchas sustancias formadas por moléculas con uniones covalentes polares, como los ácidos, generan iones cuando interactúan con una sustancia polar como el agua.
Las soluciones acuosas que tienen iones disueltos conducen la corriente eléctrica. Esta propiedad pone en evidencia la existencia de entidades con carga eléctrica neta (cationes y aniones) que pueden moverse transportando carga.
Objetivos de las actividades
Que los alumnos:
• reconozcan la presencia de iones en medios acuosos naturales.
Actividad 1
Cuando se analiza en el laboratorio una muestra de agua de mar, se encuentran los siguientes iones:
Cl-, Na+, SO42-, K+, Ca2+, Mg2+, HCO3-
• Identifiquen los cationes y los aniones.• Identifiquen los iones simples y los iones moleculares.
• Escriban la configuración electrónica de los iones simples.
Utilizando el programa Writer de sus equipos portátiles, diseñen y elaboren una tabla para presentar la información solicitada en los tres ítems anteriores.
Actividad 2
En el análisis de laboratorio que se indica en la etiqueta de un agua mineral comercial se incluyen los siguientes iones: calcio, magnesio, sodio, potasio, bicarbonato, sulfato y flúor.
• Identifiquen los iones simples y los iones moleculares.• Escriban la fórmula química de los iones presentes.
a) Para los iones simples, les proponemos seguir la estrategia que se ejemplifica a continuación para el magnesio.
1. Busquen en una tabla periódica el nombre y el símbolo químico del elemento.
2. Indiquen la ubicación (grupo y período) del elemento en la tabla periódica.
3. Escriban la configuración electrónica del elemento utilizando un diagrama de niveles de energía. Pueden utiliando el programa ACD/ChemSketch de sus equipos portátiles.
4. Analicen la configuración electrónica externa (CEE) del elemento y propongan cuál es el ión que formará. Escriban la configuración electrónica del ión empleando la misma metodología que en el paso 3.
— Nombre: magnesio, símbolo químico: Mg.
— Mg: pertenece al grupo de los metales alcalino-térreos (Gr. II A), período 3. Se trata de un elemento representativo.
— Configuración electrónica del Mg (ver figura 1, izquierda).
— Si un átomo de magnesio pierde los dos electrones más externos (ubicados en el orbital 3s), el ión formado tendrá la misma configuración electrónica (CE) que el gas noble Ne. Dado que dicha CE es muy estable, se deduce que el catión que formará el magnesio será Mg2+. La CE del Mg2+ se indica a la derecha en la figura 1.
Figura 1. CE del Mg y Mg2+ realizada con el programa ACD/ChemSketch (opción Draw).
b) Para el caso de los iones moleculares, consulten la información que aparece en Ión poliactómico, en el blog La guía.
Actividad 3. Integradora
A diferencia de lo que ocurre en la red cristalina de un compuesto iónico, cuando los iones están disueltos en un solvente polar como el agua, pueden moverse transportando carga; estas soluciones se conocen como soluciones de electrolitos. Las soluciones de electrolitos son conductoras de la electricidad. ¿Serán conductoras de la electricidad el agua de mar o el agua mineral? ¿Cómo se puede verificar?
Diseñen un experimento para detectar la presencia de iones en muestras de agua de distinta procedencia (agua de mar, agua mineral, agua de pozo, agua de red, aguas saborizadas, etcétera).
Los materiales disponibles son: cables, conectores, multímetro (tester), agua destilada, sal de mesa, muestras de agua, recipientes de plástico o vidrio (vasitos), electrodos (mina de lápiz de grafito, lámina de cobre).
a) Redacten las instrucciones empleando el procesador de texto de sus equipos portátiles.
b) Realicen el experimento.
c) Registren los resultados obtenidos, para ello diseñen una tabla para volcar la información empleando el procesador de textos.
d) Interpreten a escala atómico-molecular los resultados obtenidos. Empleen un modelo de esferitas con carga eléctrica (pueden representarlas con algún programa como el ACD/ChemSketch, opción Draw, de sus equipos portátiles).
e) Busquen información sobre la composición química (iones en particular) de las muestras a experimentar.
Webgrafía recomendada
Constructor de átomos e iones (programa para complementar esta actividad, que permite construir cada átomo o ión, indica si es correcto o no, y si el nivel está completo).
Normativa de alimentos (tiene información sobre composición química de distintas bebidas hídricas).