lunes, 28 de marzo de 2011

unidad Enlace Quimico


UNIDAD DIDÁCTICA: ENLACE QUÍMICO
1.    INTRODUCCIÓN

El conocimiento del enlace químico es fruto de la confluencia de dos líneas de investigación:
-El estudio de las propiedades características de las sustancias.
-El desarrollo teórico basado en la estructura atómica y molecular de las sustancias.

De acuerdo con ello comenzaremos el tema intentando clasificar la enorme variedad de sustancias existentes atendiendo a criterios que proporcionen alguna información sobre las características de los enlaces y, a continuación intentaremos dar cuenta de dichas características a partir de los conocimientos alcanzados sobre la estructura de los átomos.

2.    OBJETIVOS:
·                                                                     Objetivos conceptuales:

-Comprender el concepto de enlace químico.

-Entender la formación del enlace iónico a partir de la transferencia de electrones.

-Conocer la formación de la estructura de los compuestos iónicos y su balance energético para llegar al concepto de energía de red.

-Reconocer la importancia de la polaridad de los enlaces covalentes y de las moléculas.

-Comprender el enlace metálico a partir del modelo de la nube electrónica.

-Conocer las clases de fuerzas intermoleculares y su efecto sobre las propiedades de las sustancias.

-Comprender la relación entre tipo de de enlace de una sustancia y sus propiedades físicas y químicas.

·              Objetivos Procedimentales:

-Distinguir la valencia iónica y la valencia covalente, conocer su valor para los
elementos más comunes.

-Utilizar la notación de Lewis para representar los elementos y las estructuras moleculares sencillas.

-Deducir a partir de la Teoría de Lewis la estructura electrónica de los iones más comunes y su carga.

-Justificar los enlaces covalentes en moléculas sencillas utilizando los modelos de Lewis.
-Obtener la polaridad de las moléculas biatómicas y de las moléculas poliatómicas en casos sencillos.

-Relacionar el enlace metálico con redes tridimensionales de átomos, y las fuerzas intermoleculares con el enlace covalente.

-Identificar las propiedades de las sustancias con el tipo de enlace que presentan y utilizar esta relación para deducir sus propiedades más conocidas.




·         Objetivos Actitudinales:

-Valorar críticamente las aplicaciones de los avances científicos en el campo de los nuevos materiales.

-Mostrar interés en ordenar los elementos como un logro hacia el mejor conocimiento de sus propiedades y su predicción.

-Saber aplicar la formación de las sustancias y sus características básicas estableciendo conceptos teóricos.


3.    CONTENIDOS:

·         Naturaleza del enlace químico.
         -Naturaleza de los enlaces
         -Tipos de enlace

·         Enlace Iónico.
         -Formación de un compuesto iónico
         -Propiedades de los compuestos iónicos

·         Enlace Covalente.
         -Naturaleza del enlace covalente
         -Enlace Covalente Coordinado o Dativo
         -Polaridad del enlace covalente
         -Polaridad de la molécula y su geometría
         -Propiedades de compuestos covalentes

·         Fuerzas Intermoleculares
         -Fuerzas intermoleculares de Van der Waals
         -Enlace de Hidrógeno



·         Enlace Metálico
         -El modelo de la nube electrónica
         -Propiedades de los metales


4.    METODOLOGÍA

·         Temporalización

Para el desarrollo de esta unidad bastan 8 horas repartidas de la siguiente forma:
-Contenidos conceptuales:              4 horas
-Desarrollo de actividades:               3 horas
-Actividades experimentales:           1 hora

·         Método a aplicar

-Se harán pruebas para saber los conocimientos previos de los alumnos, introduciendo       las diferencias entre las sustancias iónicas, covalentes y metálicas.
-Presentación de la unidad a los alumnos.
-Poner ejemplos aclaratorios a modo de respuesta ante posibles preguntas planteadas en torno a las propiedades físicas de las sustancias.
-Comentar los tres tipos de enlace; como se forman, entre qué elementos se producen   y como son las características con cada uno de los tipos de enlace.
-Diferenciar los distintos tipos de fuerzas intermoleculares.
-Realización de una experiencia sencilla en laboratorio.
-Introducir los temas transversales o áreas interdisciplinarias durante la exposición de los contenidos de la unidad.

·         Actividades

-Prueba inicial:
Preguntar en clase a los alumnos el nombre de todos los elementos de la tabla      periódica que conozcan, y clasificarlos en metales y no metales a partir de la tabla periódica expuesta en la pizarra.
      -Actividades en clase:

  1)Escribe la estructura electrónica de los siguientes elementos: calcio Z=20,            
                 azufre Z=16, bario Z=56, cobre Z= 29 y aluminio Z= 13.


Ca
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2
S
1s2 2s2 2p6 3s2 3p4
Ba
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2
Cu
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9
Al
1s2 2s2 2p6 3s2 3p1








 2)Utiliza el modelo de enlace iónico para predecir las fórmulas de los  
    compuestos formados por los siguientes pares de elementos:

a)                                                                                                     flúor y sodio
    
      F:    Z=9                 1s2 2s2 2p5                           F + 1e- -> F-
      Na: Z=11               1s2 2s2 2p6 3s1                           Na -> Na+ +1e-

El flúor es muy electronegativo y el sodio es muy electro positivo, por tanto el enlace es iónico.
Al fluor le falta un e- para adquirir estructura electrónica de gas noble, mientras que al sodio le sobra un e-. Como el número de e- que se captan tienen que coincidir con el de los que se ceden, luego un átomo de F se combina con un átomo de Na.
Na F .

b) calcio y oxígeno

     Ca:  Z=20        1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2                 Ca   ->    Ca2+ + 2e-
      O:   Z= 8          1s2 2s2 2p4                             O + 2e- ->  O2-

CaO
Debido a la diferencia de electronegatividad también es enlace iónico.

c)calcio y cloro

     Ca:  Z=20        1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2                 Ca   ->    Ca2+ + 2e-
     Cl:    Z=17                1s2 2s2 2p6 3s2 3p5         Cl + 1e- -> Cl-

CaCl2
Un átomo de calcio debe combinarse con dos átomos de cloro.


 3)Razone si el átomo de azufre S (Z=16) perderá o ganará electrones para    a       alcanzar la configuración de gas noble.

        La configuración electrónica del S es 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 por lo tanto tendrá que ganar dos electrones para adquirir la configuración del argón,  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6.

4)Completa el siguiente cuadro:

TIPO DE ENLACE
CARACTERÍSTICAS
DESCRIPCION
PROPIEDADES
EJEMPLOS

IONICO
Atracción
eléctrica
entre iones
Cesión de e- de un metal
 a un no metal  los iones se
 unen formando un
 cristal iónico
Puntos de fusión altos,
 solubles en disolventes
polares, duros y
 frágiles
NaCl
CaF2
CsCl
COVALENTE
Pares de e-
compartidos
entre átomos
Pares de e- compartidos
Entre átomos de e.n.
 parecida forman moléculas.

Los átomos se unen entre si compartiendo pares de e- .
Se forman cristales iónicos
Gases, líquidos y sólidos de bajos puntos de
 ebullición y fusión.

Sustancias duras e
 insolubles
O2
Cl2
N2

SiO2
Diamante
METÁLICO
e- compartidos
 entre todos los
 átomos
Forman una red cristalina y se mueven mediante gas de e-.
Conductores de calor y de la electricidad, brillo
 metálico
Na
Au
Aleaciones
       
5) ¿Qué  clase de enlace químico existe en cada una de las estas sustancias; SiO2, Cu, KCl?

-SiO2: Covalente. Los dos elementos son relativamente electronegativos por lo que cabe esperar entre ellos una compartición de electrones.
-Cu: Metálico. De todos es conocida la gran conductividad electrónica de este metal, su brillo…
-KCl: Iónico. El cloro es un elemento muy electronegativo y el potasio muy electropositivo. Entre ellos cabe esperar un enlace iónico por cesión y captura de e-.

6) ¿Por qué razón un compuesto iónico en estado sólido no conduce la corriente eléctrica y si lo hace cuando está fundido o disuelto en agua?

Porque en agua se disuelve y la disolución de un compuesto iónico en el agua supone la rotura de la estructura cristalina. Los iones que estaban perfectamente ordenados en el cristal iónico pasan al seno del agua y como consecuencia adquieren libertad para moverse. Por ello conducen la corriente eléctrica.

7) Representa las estructuras de Lewis para:

    a)F2   Z=9    1s2 2s2 2p5     7e- de valencia

                                  
 
   b) CH4      C  Z=6     H Z=1          C: 1s2 2s2 2p2    H: 1s1

                   H
                    /
         H  _   C   _    H
                    /
                   H
-Ejercicios del libro de texto.

5.    EVALUACIÓN

·         Criterios de evaluación:

a.    Actividades de evaluación
·         Determinar el tipo de enlace que existe en una sustancia química a partir de los elementos que la forman.
·         Utilizar las estructuras de puntos de Lewis para justificar las fórmulas de algunas sustancias químicas.
·         Diferenciar las unidades básicas que forman una sustancia en función del tipo de enlace: iones en sustancias iónicas, moléculas en sustancias covalentes (excepto en el caso de los sólidos covalentes) o restos positivos y electrones en los metales.
·         Predecir el carácter iónico o covalente de un compuesto químico a partir de la posición de los elementos que lo forman en el sistema periódico.
·         Predecir algunas propiedades macroscópicas de las sustancias a partir del tipo de enlace que interviene en ellas.
·         Relacionar el valor de la temperatura de fusión y de ebullición con la intensidad de las fuerzas intermoleculares y no con la intensidad del enlace existente entre dos o más átomos de la sustancia en cuestión.

b.    Procedimientos de evaluación
·         Observación directa y sistemática del trabajo desarrollado en el aula por el alumno tanto a nivel individual como a nivel colectivo.
·         Valoración de la asistencia a clase y del comportamiento por parte del alumno con el resto de sus compañeros.
·         Valoración de la capacidad de participación en clase del alumno a la hora de formular o responder preguntas como a la de plantear y desarrollar algún tipo de debate relacionado con el tema.
·         Observación del trabajo desarrollado por el alumno en pequeños grupos tanto en el laboratorio como en la biblioteca y el aula de informática.
·         Valoración de la resolución de alguna de las actividades de la unidad en la pizarra.
·         Revisión y corrección de los cuadernos del alumno de forma periódica.
·         Realización del test de evaluación propuesto en la guía.
·         Realización de una prueba de evaluación para comprobar si el alumno ha adquirido los conocimientos básicos del tema.

c.    Instrumentos de evaluación
  • Ficha personalizada de registro donde se refleje el trabajo diario del alumno (realización de actividades u otras tareas mandadas en clase), asistencia y comportamiento de éste.
  • Prueba escrita que conste de ejercicios y problemas de aplicación directa de los contenidos de la unidad.


-Prueba escrita:

1-Contesta las siguientes cuestiones:
1)      La configuración electrónica del Mn es;

a)     1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7
b)     1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 4p5
c)   1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5

2)      Indicar el tipo de enlace o fuerza intermolecular que han de romperse para:

a)     fundir NaCl                               enlace ionico
b)     fundir hierro                              enlace metálico
c)     evaporar agua                        puentes de hidrógeno
d)     disociar la molécula de O2    enlace covalente
    
3)      Para formar un enlace covalente :
a)     un átomo cede un e- a otro para que ambos estabilicen su estructura
b)      los átomos ceden e- y estos forman una molécula electrónica que los envuelve
c)     los átomos comparten e- en un orbital molecular
4)      La solubilidad en agua es propia de las sustancias:
a)   iónicas
b)     covalentes atómicas
c)     metálicas

5)      Entre las sustancias siguientes HF, Cl2, CH4, I2 y NaCl, identificar:
a)     gas covalente formado por moléculas tetraédricas  (CH4)
b)     gas covalente que en disolución acuosa conduce la corriente eléctrica (Cl2)
c)     sustancia con enlaces de hidrógeno (HF)
d)     sustancia soluble en agua que fundida conduce la corriente (NaCl)

2- Diferencias entre enlace iónico y enlace covalente
     En el enlace iónico hay cesión de e- por parte de un atomo y captura de e- por parte de otro, luego la unión es electrostática. Se forman redes cristalinas .
En el enlace covalente hay compartición de e-. Se forman moléculas, las cuales puden existir como unidades aisladas. Las fuerzas de unión entre los átomos son mucho mayores que las que unen los iones.

3- ¿De qué naturaleza son las fuerzas que originan el enlace de hidrógeno?
      Cuando un elemento muy electronegativo se une al hidrógeno, atrae hacia sí los e- de forma que queda sobre el hidrógeno una carga positiva capaz de atraer a un segundo átomo negativo. Como se ve, las fuerzas causantes del enlace o puente de hidrógeno son de tipo electrostático.

4- ¿Cómo influye un disolvente polar sobre un compuesto iónico?
      Los compuestos iónicos se disuelven bien en disolventes polares porque al introducirlos en ellos cada ión se rodea de una serie de dipolos que debilitan la fuerza de atracción entre los iones, provocando la disolución del cristal.




-Práctica de laboratorio:



Sustancias
ionicas
Sustancias
 covalentes
Sustancias
metálicas
Formadas por
Iones
Moléculas
Átomos
Conductividad
electrica
Fundidas o disueltas
 en agua conducen la corriente
No conducen la corriente eléctrica
Buenas
conductoras

Tabla de resultados:


SUSTANCIAS
CONDUCTIVIDAD ELECTRICA
AZÚCAR

GLUCOSA

CLORURO SÓDICO

NITRATO DE POTASIO

METANOL

ETANOL






  • Criterios de calificación:

-          Conocimientos del alumno (conceptos o procedimientos)  90%

·         Notas de clase (aproximadamente el 25% de la calificación), dentro de las cuales se valorarán el progreso realizado por el alumno/a, el trabajo en el aula, la actitud, la creatividad y el interés en clase.
·         Trabajos hechos en casa (aproximadamente el 10% de la calificación).
·         Notas de laboratorio (aproximadamente el 15% de la calificación), dentro de las cuales se valorarán la destreza, la limpieza, el orden y el cuaderno de laboratorio.
·         Pruebas objetivas (aproximadamente el 50% de la calificación), dentro de las cuales incluiremos los controles y las pruebas escritas de mayor entidad realizadas al final de cada Unidad Didáctica (siempre que lo considere oportuno). La estructura aproximada de todas las pruebas escritas sera:
-Cuestiones teóricas (aproximadamente el 30% de esta nota, sin superar en ningún caso el 50%).
-Resolución de problemas numéricos (aproximadamente el 70% de esta nota).

-          Actitud del alumno 10%

Para superar estas pruebas, el alumno/a debe obtener una nota igual o superior a 3 .
6.    TEMA TRANSVERSAL

-          Ciencia y Técnica en la Sociedad:
Ingeniería Cristalina

-          Educación para la salud:
Precaución a la hora de tocar objetos metálicos cuando están en contacto con un foco de calor.
Utilización de algún tipo de aislante como medida de protección contra posibles quemaduras.

-          Educación del Consumidor:
Valoración de las propiedades típicas de los distintos materiales en función de los tipos de enlace que poseen para darles su uso correcto.
Por ejemplo; no usar plásticos para construir un radiador o construir aislantes térmicos de metal.


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