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Indicadores de logro:
Describe las propiedades y características del enlace iónico.
Describe las propiedades y características del enlace metálico.
Conocemos que en nuestro alrededor la materia posee propiedades químicas y físicas que la caracterizan, como la maleabilidad, pero te has preguntado a qué se deben estas propiedades. En lo anterior influyen las fuerzas internas que mantienen unidos a los átomos.
Irene: A las fuerzas que unen a los átomos las conocemos como enlaces químicos, ¿existen diferentes tipos de enlaces químicos?
A. Conociendo los metales
En esta actividad simularás la formación de una aleación de dos tipos de elementos metálicos para comprender las fuerzas que mantienen unidos a los átomos metálicos.
Materiales: 20 canicas de dos colores (10 de cada color), un plato, arena.
Procedimiento:
Agrega un poco de arena en el plato.
Asigna un color de canica a un metal A y un metal B.
Incrusta 5 canicas de un solo color en la arena formando una fila.
Organiza otra fila de 5 canicas, pero de diferente color.
Repite el paso 3 y 4, hasta organizar todas las canicas, como en la imagen. La formación elaborada es una aleación de dos metales.
Luis: Ten presente las propiedades de los metales, como: maleabilidad, conductividad, entre otras.
6. Haz presión sobre cualquier punto con tu dedo. Responde:
a. ¿Se deforma la organización que elaboraste?
b. Si las canicas representan los átomos de los metales, ¿qué función tiene la arena?
c. Si la arena representa los electrones de los átomos, ¿se pueden mover en toda la organización elaborada?
Para comprender mejor la estructura interna de los metales y las aleaciones realicemos la siguiente actividad.
B. Conociendo los cristales metálicos
Los sólidos formados por metales poseen unidades básicas que se repiten, en esta actividad construiremos una réplica de estas unidades básicas.
Materiales: plastilina de un solo color y palillos de madera.
Procedimiento:
Forma con la plastilina 27 esferas.
Toma cuatro esferas y une cada esfera con un palillo, hasta formar un cuadrado.
Repite el paso 2, y elabora otro cuadrado.
Toma cuatro palillos y une los dos cuadrados para formar un cubo, esta es una celda unitaria, las esferas representan a los átomos y los palillos la unión entre estos.
Lisa: Comparte las estructuras elaboradas.
5. A partir de las esferas del cubo armado continúa armando otros cubos, ubícate en la cara inferior del cubo y coloca los palillos como muestra la imagen.
6. Coloca una esfera en cada punta del palillo y cierra los cuadrados como en la imagen.
7. Continúa agregando palillos y esferas hasta completar 8 cubos. Esta es una red cristalina.
8. En tu cuaderno de trabajo elabora un diagrama de la estructura que has elaborado y responde:
a. ¿Los átomos se comparten?
9. Observa la esfera central de la estructura que has armado y responde:
b. ¿Con cuántos cubos está compartido ese átomo?
c. ¿Qué parte de ese átomo le corresponde a cada cubo?
d. ¿Cuántos átomos le corresponden a cada cubo?
En un enlace metálico los electrones de valencia abandonan los orbitales, se forma un enrejado gigante de átomos positivos y los electrones permanecen en movimiento alrededor de ese enrejado formando una nube electrónica conocida como mar de electrones.
Representación de enlace metálico donde los átomos se mantienen unidos por la interacción entre ellos, formando un mar de electrones.
Hemos visto que el enlace metálico se da cuando se unen átomos metálicos, pero ¿qué pasa cuando se une un metal y un no metal? ¿Qué tipo de enlace se da? ¿Cómo se comportan los electrones? Respondamos a estas preguntas en la siguiente actividad.
C. Formando compuestos iónicos
Encuentra electrones de valencia y luego transfiérelos entre átomos de diferentes elementos para formar compuestos iónicos.
Materiales: 6 hojas de diferentes colores, tijeras, tachuelas, un trozo de cartón o corcho de aproximadamente 20 × 20 cm.
Procedimiento:
Corta tres cuadrados de papel de 5 × 5 cm, de cada una de las hojas de color.
Asigna un color a cada elemento Li, S, Mg, O, N, Na, y escribe en el centro de cada cuadrado el símbolo correspondiente.
Dibuja ocho círculos alrededor de los símbolos químicos, como en la imagen.
4. Determina los electrones de valencia de litio y azufre.
5. Coloca sobre el cartón, el azufre y sobre los círculos representa los electrones de valencia con tachuelas del mismo color, ¿cuántos electrones faltan para cumplir el octeto?
6. Repite el procedimiento para el litio. Analiza: ¿cuál es el gas noble anterior al litio? ¿Al litio le faltan o le sobran electrones para tener una capa de valencia similar a la del gas noble anterior?
7. Une los cuadros de litio y azufre, transfiere electrones para completar los octetos. Escribe la fórmula química del compuesto formado.
8. Repite el procedimiento para Mg y O, N y Na. Completa la tabla y dibuja los diagramas de dichos compuestos.
No olvides que...
Puedes utilizar la regla de la cruz que se utiliza en la escritura de las fórmulas químicas.
En la actividad anterior esquematizamos la transferencia de electrones de un átomo a otro, cuando se dan este tipo de movimientos se producen fuerzas electrostáticas que mantienen unidos a los iones resultantes y se conocen como enlace iónico el cual es otro tipo de enlace químico.
Cuando un compuesto neutro está formado por aniones y cationes que se unen por medio de enlaces iónicos recibe el nombre de compuesto iónico. Una característica de este tipo de compuesto es que cada ion se rodea del mayor número posible de iones del signo contrario, formando una estructura ordenada que se extiende en todas direcciones, esta agrupación elemental se conoce como celda unitaria, cuando estas se agrupan se les llamada redes cristalinas.
Los iones se distribuyen en la red, de tal forma que las fuerzas repulsivas sean mínimas y las fuerzas atractivas sean máximas.
Irene: De los metales, el mejor conductor de electricidad es la plata, pero es muy cara por lo que se usa el cobre, el segundo mejor conductor de la electricidad.
Hemos visto que los compuestos iónicos están formados por especies cargadas, otra característica muy importante es que los aniones y cationes suelen ser de distintos tamaños, este dato ayuda a comprender la estructura y estabilidad de estos compuestos.
Si recuerdas los metales también forman redes cristalinas, compuestas por cristales metálicos, pero en estos, cada punto de la celda unitaria está formado por el mismo metal y los electrones están deslocalizados o formando el mar de electrones en todo el cristal.
D. Formando redes cristalinas iónicas
Tal como trabajaste en la actividad B para elaborar una red cristalina metálica, ahora elabora una red cristalina iónica.
Irene: A los sólidos iónicos se les conoce como cristales iónicos y su estructura cristalina se parece a un muro de ladrillos.
Materiales: plastilina de un solo color y palillos de madera.
Procedimiento:
Establece un color para las esferas de plastilina que representarán a los iones de sodio y otro para los de cloro.
Para los iones de sodio forma 13 esferas pequeñas.
Para los iones de cloro forma 14 esferas más grandes.
Con los iones de cloro forma una estructura cúbica que además de los 8 átomos de los vértices tenga uno en cada cara del cubo, con esto completas las 14 esferas de cloro. Toma en cuenta que esta estructura debe ser grande, pues hay que incorporar los átomos de sodio, cada arista puede ser del tamaño de dos palillos.
5. En el medio de cada arista coloca un átomo de sodio, con esto completas 12 átomos de sodio.
6. Ubica el átomo de sodio restante de manera que quede en el centro de la estructura cúbica de los átomos de cloro.
a. Dibuja en tu cuaderno de trabajo el esquema de las celdas iónicas que elaboraste.
b. ¿Cómo afecta el tamaño del ion o átomo para la formación de las redes cristalinas?
Has armado una sección de la red cristalina del cloruro de sodio (NaCl). Si continuaras construyendo la red verías que está formada por celdas cúbicas centradas en las caras para cada uno de los iones que componen la sal.
Desafío: elabora las celdas unitarias que se muestran en la imagen.
La estructura cristalina de un sólido depende del tipo de enlace químico, del tamaño de los átomos o iones, entre otros.
Existen siete sistemas cristalinos, estos poseen diferencias en los ángulos de los bordes o en las longitudes de sus aristas.
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