Lewis, ¿cómo representas los átomos y explicas la formación de moléculas?

Tiempo estimado: 60 minutos

El químico estadounidense Gilbert N. Lewis (1875-1946) propuso usar el símbolo para indicar el elemento químico y puntos para representar los electrones de va- lencia. La cantidad de puntos colocados alrededor del símbolo es igual al número de electrones en la órbita más externa del átomo.

Los electrones de valencia de un átomo tienen la función de enlazarse con los electrones de valencia de otro(s) átomo(s). La estructura que propone Lewis de un átomo es la representación que muestra los electrones de valencia de un átomo de- terminado.

La regla del octeto de Lewis no sólo se aplica debido a su simplicidad de ex- presión, sino también porque gran parte del comportamiento químico del átomo se asocia directamente con los electrones de valencia (órbita más externa).

Orientación didáctica

Con la finalidad de que los alumnos representen el modelo de Lewis para mostrar los electrones de valencia de los átomos, se sugiere realizar tarjetas. Esto les facilitará la re- presentación de iones, átomos y moléculas.

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Elaborar en tarjetas la estructura de Lewis de los primeros 10 elementos químicos de la tabla periódica. H Modelo de Lewis He Li Be B C N O F Ne Litio Helio

Continuar el trabajo en equipo, dar a los alumnos tarjetas que muestren los elementos representados por el modelo de Lewis.

– Pedir a los alumnos que busquen el significado de la representación del elemento, recordando la actividad “1. ¡Una cara muchas máscaras! Mo- delo atómico y electrones de valencia”. Discutir en equipo y expresar sus ideas al resto de la clase.

A partir de la actividad anterior, explicar a los alumnos el porqué y para qué del “modelo de Lewis”.

– Preguntarle: ¿cómo adquieren algunos elementos una estructura esta- ble? Que discutan en equipo y propongan qué elementos se podrían unir para lograr juntos su estabilidad química (compartir tarjetas con los demás equipos). Expresar sus ideas al resto de la clase.

En algunos casos, los átomos se unen compartiendo pares de electrones entre sí, de esta manera forman moléculas. El hidrógeno, por ejemplo, comparte dos elec- trones como se muestra a continuación.

Par de electrones compartidos

H +

H

H H

H — H

Átomo Átomo Molécula de Molécula de

de hidrógeno de hidrógeno hidrógeno hidrógeno

Esto también se expresa así: H₂

Existen siete elementos (ningún metal) como “moléculas diatómicas” (es decir, su •

to, estos elementos se representan de manera que expresen esta composición mo- lecular:

H₂, n₂, O₂, F₂, Cl₂, Br₂, i₂. ejemplos:

F + F F F

átomo de flúor átomo de flúor molécula de flúor

O bien: F-F, o también F₂

También se comparten electrones cuando se forman moléculas como la del agua (H₂O). H O H molécula de agua

Actividades para los alumnos

Los alumnos, con ayuda de la tabla periódica, completarán la siguiente tabla.

Elemento Electrones de valencia Estructura de Lewis Hidrógeno Helio Litio Berilio Boro Carbono nitrógeno Oxígeno Flúor neón

Representar con el modelo de Lewis las siguientes moléculas: Cl₂, Br₂, I₂, H₂O. Escribir el nombre de cada una; en caso de ser necesario, investígalo. Presentar conclusiones acerca del modelo de Lewis, por escrito.

Al evaluar el trabajo realizado y la comprensión del modelo aplicado, sugerimos revisar que los alumnos y alumnas hayan completado en forma correcta la tabla anterior y que sus conclusiones escritas sean cercanas al conocimiento científico.

Comente con ellos las observaciones en relación con su desempeño, sus acier- tos y sus posibles errores; permita que ellos mismos corrijan aquello en lo que fa- llaron, con el propósito de aplicar el error como medio de aprendizaje.

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3. ¿Qué representan los iones?

Tiempo estimado: 30 minutos

Retomar la actividad 1. “¡Una cara muchas máscaras!” En ésta se observó que el comportamiento químico de los átomos se basa en adquirir una estructura esta- ble, similar a la del gas noble (grupo 18) más cercano en el sistema periódico. Con excepción del helio, esta estructura estable “consiste en tener ocho electrones en la órbita más externa”. Por esta razón, algunos elementos químicos ceden y otros atraen electrones.

A partir de las conclusiones de los alumnos, explicar que cuando un átomo ha cedido o atraído electrones adquiere una carga positiva o negativa, debido a que en su estado elemental es un átomo neutro (es decir, tiene el mismo número de protones que de electrones).

La regla del octeto de Lewis se representa como se muestra a continuación. F

Flúor

A un átomo con carga positiva o negativa se le nombra ion. Los iones positivos son por tanto átomos que han perdido uno o más electrones. Los iones nega- tivos son átomos que han atraído uno o más electrones. Si la carga del ion es positiva, se le nombra catión y si es negativa, se dice que es un anión; la carga se representa como un superíndice después del símbolo del elemento, como se muestra en seguida.

Li

Li

Cuando cede un electrón, queda con carga positiva y se le nombra como ion litio (catión).

F

F

Cuando atrae un electrón, adquiere una carga negativa y se le denomina ion fluoruro (anión).

Iones

Catión Anión Catión

Na+ _Cl- _Al 3+

Actividad para los alumnos

Con el modelo propuesto por Bohr, completen la siguiente tabla; con base en estos datos, expliquen cuáles son los elementos que ganan o pierden electrones. Poste- riormente represéntenlos como iones con sus respectivos nombres.

Símbolo del elemento Número atómico Órbita 1a ₂a ₃a F 9 O 8 N 7 na 11 Mg 12

En plenaria, resaltar las ideas más importantes del tema (modelo de Lewis, áto- mos, moléculas y iones).

Pedir a los alumnos que elaboren una red de conceptos y establezcan rela- ciones utilizando las siguientes palabras: átomo, núcleo, órbitas, protón, neutrón, electrón, electrones internos, electrones de valencia (externos), carga positiva, car- ga negativa, dona electrones, atrae electrones, comparten electrones, iones, catio- nes, aniones, moléculas, estructura estable.

Al revisar la actividad: elegir las redes conceptuales que sean las más cercanas al conocimiento científico y presentarlas ante el grupo para que el error sea aprove- chado didácticamente. Recordar que los errores surgidos en la resolución de una ac- tividad son los que revelan la teoría que maneja el alumno. Así, la reflexión acerca de un error cometido puede ser más fecunda que un éxito inmediato.