Semana 27
Escribamos fórmulas químicas
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Indicadores de logro:
Reconoce los principios que llevan a la formulación química.
Interpreta la interacción de los iones para la deducción de fórmulas químicas.
Identifica los números de oxidación.
Si has ido a la playa y has tragado un poco de agua del mar, habrás notado que es salada, pues tiene como principal componente la sal de mesa o cloruro de sodio (NaCl). En algunos hogares se sustituye el NaCl por el cloruro de potasio (KCl) por cuestiones de salud. En el procesamiento de la sal de mesa, se le agrega yoduro de potasio (KI) para prevenir las deficiencias de yodo (I). A la pasta dental se le adiciona fluoruro de sodio (NaF) para prevenir las caries.
a. ¿Cuáles elementos químicos aparecen en el párrafo anterior?
b. ¿Se hallan solos o combinados con otros?
Fíjate que...
El agua oxigenada es una combinación distinta de hidrógeno y oxígeno, por eso tiene propiedades diferentes al agua.
Te dan una botella y para adivinar su contenido te indican una única condición: solo se puede abrir para observar lo que contiene. No se puede oler ni mucho menos probar, ¡sería peligroso! Y al abrirla te das cuenta de que es una sustancia incolora. ¿Qué podrá ser?
¿Cómo se llama ese líquido incoloro que sale del grifo de la cocina? Es posible que lo conozcas como agua (H2O). ¿Cuáles elementos te resultan familiares en esta fórmula? Ahora bien, qué tal si te dijera que no contiene H2O, sino que es H2O2, que también es incoloro. Este es el peróxido de hidrógeno. ¿Has empleado alguna vez esta sustancia? Probablemente sí, es la misma que conocemos como agua oxigenada.
c. ¿Qué utilidades tiene el H2O en nuestra vida?
d. ¿Podemos emplear el H2O2 para las mismas utilidades que ofrece el H2O? ¿Por qué?
Ya habrás notado que, aunque ambas sustancias poseen los mismos elementos, tienen propiedades diferentes, por esto la lectura de las fórmulas es importante para saber de qué sustancia se trata; además, ayuda a abreviar la escritura. Contemos las palabras si escribiéramos la última pregunta sin uso de fórmulas: ¡Lo ves! Tiene 14 palabras. ¿Cuántas nos ahorramos si solo usamos las fórmulas químicas?
Nico: La formulación química es parte del lenguaje que se usa para compartir la información sobre las sustancias.
Salti: La química siempre está a nuestro alrededor, seguro conoces varias sustancias sin siquiera darte cuenta.
Ahora, veamos las fórmulas estructurales de estas sustancias e indica sus diferencias:
Luis: e. ¿Qué sustancias conoces que, aunque posean los mismos elementos, tienen propiedades distintas?
Las fórmulas nos indican los elementos y la cantidad de átomos de dichos elementos que componen una sustancia.
Ahora, examinemos la figura. El subíndice escrito en la parte inferior derecha del símbolo de cada elemento nos dice cuántos átomos de ese elemento hay en una unidad de sustancia. Por ejemplo, el H2O2tiene dos átomos de hidrógeno y dos átomos de oxígeno. ¿Cuántos átomos tiene la fórmula química del agua?
El dióxido de carbono CO2 tiene los mismos elementos que forman el monóxido de carbono, CO. Observa la figura y determina las diferencias.
A. ¿Cuál es su fórmula química?
Realizaremos una comparación con tres sustancias distintas, pero que comparten algo en común. ¡Descubrámoslo juntos!
Irene: Los materiales que necesitarás son: una cuchara, tres vasos, azúcar, sal, alcohol etílico y agua caliente.
Procedimiento:
Observa el color, el aspecto, la textura y el estado de cada sustancia. Compara sus distintas propiedades.
Revuelve una cucharada de cada sustancia en vasos separados de agua caliente y observa lo que sucede.
Luis: Realiza una investigación bibliográfica para responder:
a. ¿Cuáles son las fórmulas químicas de las tres sustancias que usamos?
b. ¿Cuáles elementos las conforman?
c. ¿Las sustancias tienen propiedades distintas?
Hemos incursionado en la representación simbólica de las sustancias; es decir, su fórmula química, la cual nos indican los elementos presentes y el número de átomos de cada elemento.
La primera nos indica precisamente los números y tipos de átomos que forman la sustancia que resume su composición (CO) y, la segunda, su representación en forma plana (C - O) o 3D espacial.
B. Ayudemos a la investigadora
Una investigadora analiza en un laboratorio cuatro sustancias químicas diferentes. Tu apoyo será ayudarle a detallar los elementos químicos que participan en cada una de las fórmulas químicas y a contabilizar la cantidad de átomos de cada elemento. ¡Adelante!
Procedimiento:
1. Completa la tabla.
a. ¿Cuál de estas sustancias tiene el mayor número de átomos de oxígeno?
2. A partir de esta fórmula química NaHCO3 indica el número de átomos de cada uno de los elementos químicos que la conforman.
3. Indica la fórmula química para esta sustancia: teniendo en cuenta que la bola gris representa el hidrógeno; las rojas, el oxígeno; y, la azul, el nitrógeno. Una pista: se parece a la fórmula química del H2SO4
Los átomos quieren tener sus capas electrónicas completas y por eso se unen a otros, pero, para tener una carga globalmente neutra, deben tener cargas positivas y negativas. Para poder saber cuál es la carga que aporta cada átomo se usa el concepto de número de oxidación.
Los números de oxidación son números enteros que representan el número de electrones que un átomo pone en juego al formar un compuesto.
C. Examinemos la tabla periódica
Examina la casilla del hidrógeno y busca el número de oxidación. ¿Qué valores tiene? El hidrógeno funciona con número de oxidación +1, excepto cuando se une a elementos metálicos donde funciona con -1.
Procedimiento:
Observa los números de oxidación de los demás elementos y responde:
a. ¿Cuál es el número de oxidación de los grupos 1, 2, 13 y 14?
b. ¿Cuál son el número de oxidación de los grupos 15 al 17?
c. ¿Qué elementos perderán electrones y cuáles los ganarán?
d. ¿Qué carga posee el átomo si ha perdido electrones?
e. ¿Y si los gana?
Analiza el aluminio. ¿En qué grupo está? ¿Cuántos electrones externos pierde para quedar como ion Al3+? Ahora, observa el oxígeno, ¿en cuál grupo se ubica? Si se convierte en ion O2- ¿gana o pierde electrones?
Nico: Las fórmulas químicas nos dicen con qué elementos se forma cada sustancia y cuál es su nombre, aunque la nomenclatura la veremos en los próximos grados. Pero, ¿por qué se unen los átomos? ¡Exacto, porque así consiguen más estabilidad!
Luis: En general, lo metales regalan los electrones de su última capa para convertirse en iones, así forman cationes.
D. Escribamos nuestra primera fórmula
Vamos a escribir la fórmula de una sustancia que posee sodio y azufre. ¡Qué genial! Utiliza el siguiente esquema:
Procedimiento:
Identifica el grupo del sodio. ¿Cuál es su número de oxidación?
Busca el azufre en la tabla periódica y ubica el grupo donde se halla. ¿Cuál es su número de oxidación al ganar dos electrones?
Escribe los símbolos de los iones sodio y azufre.
4. Anota los símbolos a manera de fórmula, poniendo primero el catión.
Irene: Te enseñaré un truco: cuando se junta un catión con un anión, los números de oxidación, sin importar el signo, se entrecruzan y son anotados como subíndices en la fórmula molecular. Así:
5. Escrita la formula química, indica: ¿cuánta carga positiva y negativa tiene cada ion?
6. Escribe la fórmula química para cada par de elementos: a) litio y cloro (con número de oxidación -1), b) bario y oxígeno (con número de oxidación -2), y c) estroncio y yodo (con número de oxidación -1).
Nico: Los no metales aceptan electrones para convertirse en iones, entonces forman aniones.
Fíjate que...
Un ion poliatómico es la combinación de dos o más átomos de diferentes elementos y posee carga.
Debes conocer las reglas generales para la escritura de las fórmulas, para ello pon atención a las ejemplificaciones:
Si el número de oxidación de un catión y anión es la unidad (uno), al entrecruzarse no se anotan. Por ejemplo: K+1 + Br-1 : KBr
Cuando el catión y el anión tienen el mismo número de oxidación, al entrecruzarse, tampoco se anotan. Así: Ca+2 + O-2 : CaO
Si los números de oxidación son distintos se entrecruzan y anotan. Por ejemplo: Al+3 + O-2 : Al2O3
Si el subíndice que afectará a un ion poliatómico es la unidad, entonces, no se anota. Por ejemplo: Na+1 + SO4-2 : Na2SO4
Si el subíndice que afectará a un ion poliatómico es mayor que la unidad, es necesario que se encierre el radical en un paréntesis y se escriba afuera el subíndice. Por ejemplo: Zn+2 + NO3-1 : Zn(NO3)2
Salti: Recuerda que, al estudiar la tabla periódica, específicamente las configuraciones electrónicas, aprendimos que los electrones de la última capa son importantes, ya que son los que participan en la formación de las uniones.
E. Escribamos fórmulas químicas
Ahora vamos a efectuar un trabajo en equipos para comprobar lo que aprendiste sobre las fórmulas químicas y su relación con los números de oxidación.
Materiales: un pliego de cartulina, un plumón y tirro.
Procedimiento:
Tu docente pegará una cartulina en la pizarra con siguiente tabla que contiene la fórmula estructural 3D como única área llena. Las bolas de color gris representan los átomos de hidrógeno; las anaranjadas, fósforo; negras, carbono; y, azules, nitrógeno. Completarás la tabla con la información que se te ha proporcionado.
2. Una vez que hayas identificado las tres fórmulas moleculares, obtendrás los números de oxidación de cada sustancia.
La tabla periódica es la máxima creación hecha para clasificar y predecir las propiedades de los elementos químicos, ya que ayuda a encontrar una explicación a la complejidad de la materia que nos rodea. En seguida se te presenta un mapa de los conceptos abordados en esta unidad:
Realicemos un repaso de las ideas principales:
En la tabla periódica, las propiedades de los elementos se repiten en un patrón regular al acomodarlos en orden creciente a su número atómico.
La estructura del átomo y el número de electrones de un elemento han permitido determinar su posición en la tabla periódica.
La tabla se llama periódica porque transcurrido un periodo (un cierto número de casillas) los elementos se agrupan en una nueva fila y se forman las columnas, llamadas grupos, en las que se ubican los elementos con propiedades químicas parecidas.
Los elementos químicos se pueden clasificar en metales, no metales y semimetales.
Una fórmula química es la forma más sencilla que se usa para indicar la composición de una sustancia. Se forma a partir de los símbolos de sus elementos constituyentes y de subíndices numéricos que nos dicen el número de átomos de cada elemento.
Considera que un compañero de tu aula faltó a las clases donde se explicó esta unidad y necesita buscar información sobre los elementos químicos y el uso de la tabla periódica.
Problemática: Tu compañero dejó su bicicleta en la intemperie durante una semana que pasó lloviendo muchísimo. Al buscarla se percató de que se había oxidado porque le aparecieron costras rojizas, siendo esta sustancia de fórmula química: Fe2O3. Vamos a ayudarle a conocer ambos elementos químicos según su ubicación en la tabla periódica.
Luis: Responde estas preguntas en relación con cada elemento:
¿Cuál es el número atómico? ¿Cuántos electrones y protones tienen?
¿Cuál es el número de fila y columna del elemento? ¿Es o no metal?
¿Pertenece a los elementos de transición, transición interna, gas noble o representativo?
Irene: Si observamos la fórmula química Fe2O3. podemos responder:
4. ¿Cuál es el número de oxidación con el que trabajan?
¿Quién es el catión y el anión?
5. ¿Quién tiene mayor electronegatividad? ¿Energía de ionización? ¿Radio atómico? ¿Radio iónico? ¿Afinidad electrónica?
6. Dibuja cómo consideras que es su fórmula estructural 2D y 3D.
Luis: Probemos otras habilidades científicas, ¡tienes muchísimas!
7. Escribe una frase relacionada con cada uno de los siguientes términos que demuestre que comprendes su significado: fórmula química, metal, periodicidad, lantánido, atracción.
8. Dibuja objetos cotidianos en los que puedes encontrar estos elementos.
Los elementos químicos tienen distintas propiedades que vienen dadas por la configuración de sus electrones en el último nivel de energía, el cual varía según su posición en la tabla periódica.
Elementos metálicos. Las estructuras de cobre y plata son atractivas por su brillo metálico. La capacidad del cobre de conducir la electricidad lo hace de gran utilidad en los circuitos eléctricos. Otros pueden moldearse, como el bronce, que es una aleación de los metales cobre y estaño.
2. Metaloides. Su mayoría es útil en la fabricación de aparatos electrónicos y objetos que usan semiconductores, como diodos, rectificadores, circuitos integrados o, incluso, en el caso del silicio, para chips y microprocesadores.
3. Algunos lantánidos y actínidos. El neodimio se emplea en ciertos láseres potentes. Sin embargo, el principal uso de estas tierras raras es en motores eléctricos, discos duros, bocinas, turbinas de viento, actuadores y equipos de resonancia magnética.
Teleclase
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