de los materiales: la reacción química
Subtema 1.2. El lenguaje de la química • Los modelos y las moléculas
1.2. Un modelo tridimensional.
En la actividad de inicio formaron compuestos empleando el modelo de Lewis; elige tres y represéntalos en un modelo tridimensional, con plastilina y palillos. Considera el tamaño comparativo de los átomos y los electrones de valencia. Para el tamaño de los átomos guíate con la tabla 3.
Ejemplo
CH4
Molécula de metano
Tabla 3
Comentar en equipo, las diferencias y semejanzas entre la representación del modelo de Lewis y la forma tridimensional. Elegir a un representante para que explique las opiniones del equipo ante el grupo; debe enfatizar el aspecto de la valencia de cada átomo y cómo al unirse con otros, comparten electrones adquiriendo una estructura estable.
Por equipo, elaborar una conclusión respecto a lo que consideran que apren- dieron acerca de los electrones de valencia de un átomo y el grupo al que pertenece, la forma de representar los enlaces en los compuestos mediante el modelo de Lewis y los modelos tridimensionales.
Al evaluar la actividad, revise el trabajo de los alumnos, incluidas las con- clusiones escritas que elaboraron por equipo, y considere la participación activa de cada uno de ellos.
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Actividad 2
¿Qué representa una ecuación química?
Tiempo estimado: 60 minutos
Una vez que se han recuperado las ideas sobre la representación de los átomos y algunas de las formas como se unen, se introduce al estudio de cómo se represen- tan los cambios químicos, con el propósito de dar un paso más en la comprensión del lenguaje particular de esta ciencia.
Nota: Antes de la clase, solicite material para construir modelos tridimensio-
nales de algunos compuestos: plastilina de colores y palillos de madera.
Recupere con los alumnos, los antecedentes en relación con el empleo del modelo cinético molecular estudiado en Ciencias II, para que por medio de es- te modelo expliquen algunos fenómenos de su entorno. Permita que expongan lo que recuerdan al respecto y que planteen sus dudas para que otros compañeros intenten resolverlas.
Es necesario reflexionar en cuanto a los alcances y limitaciones que presenta cada modelo para explicar ciertos fenómenos químicos.
Las reacciones químicas ocurren porque las moléculas se están moviendo y, cuando ocurren las colisiones de unas contra otras, los enlaces se rompen y los átomos se unen a otros para formar nuevas moléculas. Este proceso se representa mediante una ecuación química.
La ecuación química es una forma esquemática y sencilla de expresar, con símbolos y fórmulas, los cambios que ocurren en el transcurso de una reacción.
Orientación didáctica
La parte fundamental radica en que los estudiantes aprendan que durante una reacción química se forman nuevas sustancias cuyas propiedades son muy diferentes de aque- llas que le dieron origen.
Recordar la importancia de explicar a los alumnos en qué nivel se trata un tema: en el macroscópico, en el microscópico o en el simbólico, pues el profesor puede pasar de un nivel a otro, pero el estudiante requiere de aclaraciones constantes para comprender los contenidos.
Formar equipos de cuatro o cinco integrantes y realizar las siguientes actividades. 2.1. La reacción y la ecuación química
Leer el siguiente texto que muestra un ejemplo de reacción química, representada con su respectiva ecuación, y realizar lo que se indica.
Si ustedes usan una estufa de gas para cocinar su cena es probable que su es- tufa queme gas natural, compuesto principalmente por metano. El metano (CH4) es una molécula que contiene cuatro átomos de hidrógeno enlazados a un átomo de carbono. Cuando ustedes encienden la estufa, están suministrando la energía para empezar la reacción del metano con el oxígeno del aire. Durante esta reac- ción, los enlaces químicos se rompen y se forman nuevos enlaces. En este cambio químico, los productos que se obtienen son el dióxido de carbono y el vapor de agua (y, por supuesto, el calor y la luz que se ve en la llama).
La ecuación química de la reacción se escribe así:
CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (g) + calor metano oxígeno molecular dióxido de agua
carbono
En una ecuación química, los elementos o compuestos que reaccionan se lla- man reactivos y se colocan del lado izquierdo. En el ejemplo, el metano y el oxíge- no molecular son los reactivos; enciérralos en un rectángulo azul.
Del lado derecho se escribe el o los productos obtenidos cuando ocurre la re- acción. A estos elementos o compuestos se les llama productos. En el ejemplo, el dióxido de carbono, el agua y el calor son los productos; enciérralos en un rectán- gulo rojo.
Reactivos y productos se separan con una flecha, que significa “produce” o “transforma”. Las letras que están entre paréntesis representan el estado de agre- gación de la sustancia. En el ejemplo todos son gases.
De acuerdo con lo anterior, la ecuación dice o se lee de la siguiente manera: una molécula de gas metano reacciona con dos moléculas de oxígeno gaseoso, pa- ra producir una molécula de dióxido de carbono en fase gaseosa, dos moléculas de agua en vapor y calor.
Recuerda:
La ecuación química es la representación de la reacción.
Es importante que el docente guíe al alumno en el empleo del lenguaje simbólico, ya que se trata de un nivel cognitivo de abstracción y tiene sus antecedentes en el manejo de las variables en física para la elaboración de fórmulas y gráficas.
En las ecuaciones químicas se utilizan otros símbolos, por ejemplo los siguientes: Símbolos utilizados en las ecuaciones químicas
Símbolo Significado
(s) estado sólido
(l) estado líquido
(g) estado gaseoso
(ac) disolución acuosa
Se desprende gas
Sólido que se forma como precipitado
Se usa para separar a los reactivos de los productos Calor
+ Se usa para separar dos reactivos o dos productos
La escritura de las reacciones químicas es una forma de “lenguaje químico”; para practicarlo, realiza las siguientes actividades.
2.1.1. El cambio químico que tiene lugar cuando una reja, ventana o clavo de hie- rro se oxida, se puede representar de la siguiente manera. Identifica cada uno de los componentes de la ecuación química y escribe su significado.
4 Fe (s) + 3 O2 (g) 2 Fe 2O 3 (s) hierro oxígeno molecular óxido de hierro (III)
2.1.2. Representa con modelos tridimensionales, usando plastilina y palillos, los reactivos presentes en la siguiente reacción y explica con los modelos cómo se for- man los productos.
CH4 (g) + 2 O2 (g ) CO2(g) + 2 H2O (g) + calor
metano oxígeno dióxido agua
molécula de carbono
Responde las preguntas: ¿qué enlaces deben romperse para formar los nue- vos compuestos?, ¿queda el mismo número de átomos?
Al terminar la modelación, elige un representante de tu equipo para que ex- plique al resto del grupo cómo se forman los nuevos enlaces presentes en los pro- ductos.
Para concluir, en plenaria, resaltar las ideas más importantes del tema. ¿Qué re- presenta una ecuación química?, ¿qué símbolos se utilizan en una ecuación quími- ca?, ¿por qué es importante representar las reacciones con ecuaciones químicas?
Como una forma de evaluar la sesión, considerar la participación de los es- tudiantes y solicitar que escriban un comentario sobre las actividades realiza- das, a manera de conclusión. Pida que conserven estos trabajos para elaborar un portafolio al terminar el tema.
3. ¿Qué le ocurre a la masa en una reacción química?
Tiempo estimado: 60 minutos
Nota: Antes de la clase, solicite material para realizar la reacción química: 2 table-
tas efervescentes, 2 botellas de refresco (de vidrio y limpias) y un globo. Orientación didáctica
El principio de conservación de la masa entra en contradicción aparente con el hecho de que en una reacción química se transformen unas sustancias en otras. La forma de com- probar que existe conservación de la masa en una reacción química es llevándola a cabo en un recipiente cerrado sobre una balanza (sistema cerrado). Se puede recuperar el an- tecedente del subtema 2.3. del bloque I.
La parte fundamental en este aspecto es que los estudiantes aprendan que duran- te una reacción química se forman nuevas sustancias, cuyas propiedades son muy dife- rentes de aquellas que le dieron origen. Cabe puntualizar que en ese proceso, la masa se mantiene constante.
En equipos de cuatro o cinco integrantes, realicen las actividades que vienen a continuación; utilicen el material que se les solicitó.