SECUENCIA DIDCTICA

Bloque IV. La formacin de nuevos materiales.

Tema 1. cidos y bases

Subtema 1.2 Modelo de cidos y bases

Modelo de Arrhenius

Aprendizajes esperados

Identifica algunas de las caractersticas, alcances y limitaciones del modelo de Arrhenius.

Explica el comportamiento de los cidos y las bases apoyndose en el modelo propuesto por Arrhenius.

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Actividades sugeridas. Tiempo estimado de la secuencia: 5 horas

ACTIVIDADES DE INICIO Tiempo estimado: 10 min

Actividad 1. cido o base? Tiempo estimado: 50 min

Prueben algunos alimentos de la vida cotidiana y posteriormente realicen un listado clasificndolos en cidos o bases, estableciendo los criterios de esa clasificacin.

Alimentos de la vida cotidiana

cidos

Bases

Criterios de

clasificacin

Jugo de limn Refresco Jugo de naranja Agua Vinagre Jugo de toronjas Leche de magnesia Bicarbonato de sodio y agua

2

Desde tiempos inmemoriales los hombres y las mujeres reconocieron dos tipos de sustancias con propiedades opuestas: los cidos y las bases. cidos, sus disoluciones tienen sabor agrio, producen efervescencia al contacto con algunos metales, cambian el color de varios extractos vegetales y pierden todas estas caractersticas cuando reaccionan con las bases. Esta ltima reaccin libera calor. Bases, sus disoluciones tienen sabor amargo, son resbalosas al tacto, cambian el color de varios extractos vegetales y pierden todas estas caractersticas cuando reaccionan con los cidos1

Para completar el desarrollo de la sesin, se sugiere la siguiente actividad, con ella el alumno tiene la posibilidad de identificar algunas propiedades de cidos y bases ya analizadas anteriormente, con la intencin didctica de que apliquen estos conocimientos al interpretar el modelo de Arrhenius.

ACTIVIDADES DE DESARROLLO

Actividad 2.

Hacia un modelo de explicacin de cidos y bases Tiempo estimado 60 minutos

La siguiente actividad prctica, tiene como propsito comprobar qu muestras lquidas conducen la corriente elctrica. Forma equipos de 4 5 alumnos.

Para cada equipo se requiere el siguiente material:

Material

- Vasos de 250 mL. - Pila de 6 volts. - Foco pequeo con su soporte o un led. - 3 caimanes. - 2 clavos. - Papel indicador de pH. - Agua destilada, agua de la llave, sal, jugos de frutas, alcohol etlico, disolucin de

azcar, disolucin de sal, aceite, disoluciones (1:5) de cido clorhdrico, cido ntrico, cido sulfrico y disoluciones de hidrxido de sodio y de hidrxido de potasio al 0.5% en masa, diferentes muestras de lquidos caseros.

1 Chamizo, Jos Antonio y Petrich, Margarita, Acidez y basicidad en Qumica 2, Mxico, D.F. 2007 Segunda edicin, Edit. Esfinge, pg. 40 y 41

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Cada equipo debe montar el sistema que se observa en la siguiente figura:

Comprueben inicialmente que el foco funciona, conectndolo directamente a la pila. Como primera prueba, coloquen un poco de agua destilada en el vaso y observen si

se prende el foco. Sin desconectar el circuito, empiecen a aadir sal poco a poco al agua, con ligera agitacin y observen si hay algn cambio.

Prueben con los dems lquidos, observen en cules circula la corriente elctrica (el foco se enciende) y en cules no. Anoten sus observaciones en la siguiente tabla:

Lquidos conductores de la electricidad Lquidos no conductores de la electricidad

Con papel indicador de pH comprueben qu lquidos son cidos y bases. Analicen qu tienen en comn los lquidos de cada una de las columnas. En

particular observen en qu conjunto quedaron los cidos y las bases. Tomen 50 mL de la disolucin de cido clorhdrico diluida 1:5 y con el papel

indicador de pH comprueben su acidez. Coloca el circuito y aade 1 mL de la disolucin de hidrxido de sodio, agiten y comprueben si se modific la acidez. Repitan la operacin hasta que noten algn cambio. Verifiquen si esta mezcla puede conducir la corriente. Propongan una hiptesis para explicar lo que ocurre.

Elaboren para la siguiente sesin un reporte escrito que rena las observaciones y las explicaciones de las actividades anteriores.

Acompaen el reporte con una investigacin de la teora electroltica propuesta por Svante Arrhenius, un investigador que aport ideas para explicar los fenmenos observados en esta prctica. Traten de responder cules fueron estas explicaciones?

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Actividad 3.

Arrhenius y su modelo para explicar cidos y bases Tiempo: 60 min

Realiza la siguiente lectura de forma individual, y posteriormente renete en equipos de 3 o 4 personas para comentarla:

CIDOS Y BASES

Los cidos y las bases son compuestos qumicos importantes. En la cocina se utilizan para preparar diversos platillos y bebidas y para liberar burbujas de CO2 durante el horneado de pan. La vitamina C por ejemplo es un cido que es un nutriente esencial en nuestra dieta. El cido liberado por el estmago facilita la digestin, sin embargo el proceso produce acidez e indigestin. Las bacterias de la boca producen cidos que pueden disolver el esmalte dental, favoreciendo la produccin de caries. En las actividades recreativas nos interesa el grado de acidez en las albercas. Los cidos son indispensables en la fabricacin de detergentes, plsticos y acumuladores para automviles. Las propiedades cido-base de las sustancias se encuentran en todas las reas de nuestra vida. Por ello es importante conocer las propiedades de los cidos, las bases y las sales.2

Muchos qumicos intentaron responder a una pregunta: Qu es un cido? Hasta 100 aos ms tarde se tuvo una buena respuesta y esto fue gracias a cuatro qumicos que se dedicaron a la bsqueda de una mejor explicacin de los conocimientos propios de la ciencia. Cientficos como Svante Arrhenius, Johannes Niclaus Bronsted, Thomas M. Lowry y Gilbert N. Lewis contribuyeron enormemente en lo que es la teora de los cidos y bases en las cuales a lo largo del tiempo se han propuesto diferentes modelos de explicacin con base en los experimentos de laboratorios que realizaron utilizando un papel indicador de pH llamado papel tornasol.

Modelo de cidos y bases de Svante August Arrhenius

Svante August Arrhenius (18591927) fue un qumico sueco que naci cerca de Uppsala, que realiz muchas investigaciones que aportaron conocimientos importantes para la qumica, por ejemplo en temas como la velocidad de las reacciones y su relacin con la temperatura y la concentracin de las molculas. Escribi tambin varias obras sobre fsica, biologa y astronoma.

Estudi en la Universidad de Uppsala y se doctor en el ao de 1884. Mientras todava era un estudiante, investig las propiedades conductoras de las disoluciones de algunas sustancias.

2 HEIN, Morris, Arena Susan, Estndares de Medicin, Cap. 15 en Fundamentos de Qumica, Edampsa Ediciones, Mxico, D. F. y Amrica Central, Dcima edicin, pg. 370

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En su tesis doctoral formul la teora de la disociacin electroltica, que dice que las sustancias al estar disueltas en agua tienen la capacidad de disociarse o separarse en iones, los cuales quedan libres para desplazarse en la disolucin por lo que son capaces de conducir la corriente elctrica. Cuando se aplica un voltaje o diferencia de potencial en estas disoluciones, los iones empiezan a moverse atrados por la carga de los electrodos y esa circulacin de partculas con carga cierra el circuito elctrico, a diferencia del movimiento de electrones que se presenta cuando un conductor slido como el cobre conduce la corriente elctrica.

Esta teora incidi directamente en la explicacin sobre la composicin de cidos y bases, que precisamente son electrolitos. Arrhenius plante un modelo para explicarlos. Defini a los cidos como sustancias qumicas que contenan hidrgeno, y que disueltas en agua producan una concentracin de iones hidrgeno o protones H+, mayor que la existente en el agua pura. Del mismo modo, Arrhenius defini una base como una sustancia que disuelta en agua produca un exceso de iones hidroxilo, OH .

Ejemplos de cidos en agua: HCl H+ + Cl Acido clorhdrico

HBr H+ + Br cido bromhdrico

Ejemplo de base en agua: NaOH Na+ + OH Hidrxido de sodio

KOH K+ + OH Hidrxido de potasio

Cuando los cidos y las bases se encuentran, llevan a cabo la reaccin de neutralizacin, en la cual los iones H+ + OH se renen para formar agua:

H+ + OH H2O

Los iones restantes, por ejemplo K+ y Br forman una sal, bromuro de potasio, KBr.

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La reaccin completa sera:

HBr + KOH H2O + KBr

El modelo de Arrhenius fue objeto de crticas. La primera: que el concepto de cidos se limita a sustancias qumicas que contienen hidrgeno y el de base a las sustancias que contienen iones hidroxilo. La segunda crtica: que la teora slo se refiere a disoluciones acuosas, cuando en realidad se conocen algunas reacciones cido-base que tienen lugar en ausencia de agua.

Empleando la investigacin que realizaste sobre la biografa de Svante Arrhenius y la lectura hecha en la sesin, discutan y respondan las siguientes preguntas en equipos de 3 4 personas:

1. De dnde era Arrhenius y en qu poca vivi? 2. Recuerden un poco de lo que ya hemos estudiado sobre las revoluciones de la

ciencia y traten de identificar qu ideas de la qumica ya se conocan en la poca en que Arrhenius propuso sus teoras.

3. Cul es la investigacin con la que se identifica principalmente a Arrhenius? 4. Qu tienen que ver los cidos y las bases con esta investigacin? 5. Cmo explic Arrehius a los cidos y las bases? 6. Las frmulas de algunos de los cidos empleados en la sesin anterior son: cido

clorhdrico HCl, cido ntrico HNO3 y cido sulfrico H2SO4. por su parte, las bases fueron hidrxido de sodio NaOH e hidrxido de potasio KOH. Qu relacin hay entre estas frmulas y las ideas de Arrhenius?

7. Cmo se puede explicar con este modelo lo que ocurre cuando reacciona el cido clorhdrico con el hidrxido de sodio?

Actividad 4.

Tambin hay excepciones. Son bases? Tiempo estimado 60 min

Tu profesor va a llevar a cabo las siguientes demostraciones. Obsrvalas con atencin y trata de deducir lo que ocurre en el proceso:

Caso A:

- Empleando el circuito con el foco del experimento anterior, se completar la conexin colocando en el vaso un poco de vinagre, que es una disolucin de cido actico en agua. Si es posible, se pondrn tambin unas gotitas de disolucin de naranja de metilo, que es un indicador que se pone rojo cuando est en medios muy cidos y amarillo en medios neutros o bsicos.

- Poco a poco se aadir a la mezcla anterior un poco de carbonato de sodio en polvo, Na2CO3. Observen lo que sucede y anoten sus observaciones.

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Caso B: - En un matraz se colocarn una cucharadita de cloruro de amonio (NH4Cl) y otra de

hidrxido de calcio (Ca(OH)2). Se tapar el matraz con un tapn monohoradado unido con una manguerita que llegue a burbujear en un vaso que tendr agua con una gotita de fenolftalena, otro indicador comn que se pone de color rosa cuando el medio es bsico. Observa lo que sucede.

- Despus de burbujear un rato, se probar la conductividad de la mezcla. Se prende el foco?

Tras observar los resultados, lee el siguiente texto y comenta en pequeos grupos las siguientes preguntas. Escribe tus conclusiones para luego cotejarlas con las del resto del grupo:

LOS ALCANCES Y LIMITACIONES DEL MODELO DE ARRHENIUS

El modelo de Arrhenius es muy importante como una primera explicacin para la estructura y comportamiento qumico de los cidos y las bases. Gran cantidad de sustancias de este tipo caben en los principios de su descripcin, pero otras no pueden ser explicadas con el modelo, pues, teniendo comportamiento como bases no contienen iones OH , o siendo cidos no tienen iones H+ o protones.

Para este tipo de sustancias, se han desarrollado otros modelos complementarios que tienen como base el hecho de que el agua, H2O, al contacto con ellas, es capaz de disociarse y generar los iones H+ y OH , as que, en realidad, las ideas de Arrhenius estn relacionadas con las explicaciones y tienen validez de cualquier manera.

Como todos los modelos, el de Arrhenius fue susceptible de ser modificado o sustituido al encontrar evidencia de sus fallos, pero el trabajo de este gran cientfico result fundamental para la comprensin de la estructura de muchas sustancias y de las reacciones qumicas, en una poca en la que las herramientas y conocimientos para acercarse a estos fundamentos no eran muy accesibles. Arrhenius, definitivamente, ya es uno de esos personajes inmortales para la qumica.

Buscando soluciones

1. La disociacin del cido actico se lleva a cabo de la forma que se muestra en la siguiente ecuacin:

CH3COOH CH3COO + H+ Coincide esta disociacin con el modelo de Arrhenius para los cidos? Por qu?

2. Qu pas con el color del naranja de metilo al aadir el carbonato de sodio al vinagre? Por qu consideras que pas?

3. El cloruro de amonio y el hidrxido de calcio llevan a cabo la siguiente reaccin:

2NH4Cl(s) + Ca(OH)2(s) CaCl2(s) + 2H2O(g) + NH3(g)

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El gas que se burbujea en el agua con fenolftalena es el amoniaco, NH3. Qu le ocurre al color de la disolucin tras este burbujeo? Qu indica?

4. El amoniaco NH3 es un compuesto covalente. El nitrgeno y el hidrgeno no se separan en iones. Sin embargo, qu ocurre con la conductividad de la corriente tras burbujearlo en el agua? Qu podr estar pasando?

5. Si el carbonato de sodio y el amoniaco se comportan como bases y sus frmulas son Na2CO3 y NH3 respectivamente, coinciden sus frmulas con las ideas de Arrhenius?

6. Cules de las sustancias empleadas en los experimentos pueden justificar su comportamiento cido-base con el modelo de Arrhenius y cules no? Justifica tu respuesta.

Comenten en grupo las respuestas de las preguntas anteriores y con ayuda de su profesor obtengan conclusiones generales.

ACTIVIDADES DE CIERRE

Actividad 5.

Aplicando lo aprendido Tiempo estimado para la actividad: 40 min

La historieta

Reunidos en equipos, y con base en lo que aprendieron acerca de la teora de la disociacin electroltica de Arrhenius, escriban una historieta ilustrada que explique por qu el riesgo de electrocutarse aumenta si el suelo est mojado, pues probablemente sabes que cuando se cae un cable de alta tensin, se recomienda alejarse para no electrocutarse.3 La historieta debe cumplir con los siguientes requisitos: a) Mnimo cuatro cuadros, mximo ocho. b) En media cartulina.

La prctica

Lee con atencin el siguiente texto y realiza lo que se te indica En la escuela secundaria un grupo de tercer grado form una comisin para promover el buen uso de sustancias txicas utilizadas en el hogar como son algunos cidos y bases, pero antes de iniciar con su campaa, tenan que reconocer caractersticas y comportamiento de esas sustancias.

Te gustara ensear a este grupo de alumnos a reconocer dichas sustancias?

3 Cfr. JARA Reyes, Silvia, Bascun Blaset Anbal, (2002), Lo que sabemos de la disociacin electroltica, en Acrcate a la Qumica 2 Edit. Larousse, pg. 36

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Realiza las siguientes actividades con los materiales y sustancias que tienes sobre la mesa de laboratorio. Recuerda No pruebes ninguna sustancia!

1.- Cmo comprobaras que las sustancias C y D son electrolitos? Explica tu plan y realzalo 2.- Explica el fenmeno observado aplicando la Teora de Arrhenius (de manera escrita y con dibujos) 3.- Diferencia el cido de la base en las sustancias C y D Anota tu plan y realzalo 4.- El cido y la base que utilizaste estn formados por iones, une un catin con un anin y descubre las sustancias que usaste, puedes apoyarte en el siguiente cuadro:

Anin Catin

Cl-1 Cloruro

OH-1 Hidrxido

K+

(Nombre comn: potasa)

H+

(Nombre comn: cido muritico)

5.- Con un gotero, gota a gota, neutraliza la base y comprueba que esta reaccin es exotrmica. 6.- Qu sustancias se produjeron?

Qu aprend? Tiempo estimado: 20 min

De manera grupal, con el propsito de que revisen los contenidos de este tema, y clarifiquen qu tanto aprendieron o qu les hizo falta aprender, completen de la manera ms precisa el siguiente cuadro con sus comentarios y conclusiones.

Comentarios y conclusiones

Qu saba Qu aprend Qu me falt saber Cmo lo voy a lograr

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SECUENCIA DIDCTICA

Bloque IV. La formacin de nuevos materiales.

Tema 2. Oxidacin y reduccin.

Subtema 2.2. Las reacciones redox.

Experiencias alrededor de las reacciones de xido-reduccin.

Nmero de oxidacin y tabla peridica.

Aprendizajes esperados

Analiza algunas reacciones de xido-reduccin en la vida diaria y en la industria.

Identifica las caractersticas oxidantes de la atmsfera y reductoras de la fotosntesis.

Establece una primera relacin entre el nmero de oxidacin de algunos elementos y su posicin en la tabla peridica.

Actividades sugeridas Tiempo estimado: 6 horas

Actividad de inicio. Tiempo estimado: 50 minutos

Qu recordamos de los electrones de valencia y de los iones?

Formar equipos de 4 5 integrantes. Con la informacin contenida en la tabla peridica, complementen la siguiente tabla:

Elemento Smbolo Grupo Nmero de electrones de valencia

Tendencia: cede, gana, comparte o est completo el nmero de electrones

Sodio

Magnesio

Oxgeno

Cloro

Carbono

Nen

Nitrgeno

Aluminio

En equipo, respondan las siguientes cuestiones.

Los electrones de valencia son aquellos que se encuentran en? _________________________.

Qu funcin tienen los electrones de valencia? _____ __________. Cuando un tomo ha cedido o atrado electrones, adquiere una carga

positiva o negativa a qu se debe esto? ______________________ __________ __________________.

Un tomo con carga elctrica se denomina? _____________________. Si la carga elctrica del tomo es positiva, se llama?_ __________. Y si es negativa, se nombra? _______________.

Representa a los siguientes iones

Nombre Electrones Ion Ion sodio Cedi 1 Na +1 Ion cloruro Atrajo 1

Ion aluminio Cedi 3

Ion oxgeno Atrajo 2

Elegir un representante de cada equipo, para que explique ante el grupo, los resultados obtenidos con el trabajo realizado.

Para terminar la actividad, elaboren tambin en equipo conclusiones acerca de la funcin de los electrones de valencia y de la razn por la cual un tomo adquiere carga elctrica.

Actividad 1 Tiempo estimado: 60 minutos

Qu es la corrosin?

Actividad para los alumnos:

Tu profesor va a entregarle a tu equipo de 4 o 5 personas, un brillante y reluciente clavo de hierro, para que registren su masa, lo lleven a su casa y lo pongan en un sitio donde se pueda oxidar. Contesta las siguientes preguntas:

Dnde pusieron el clavo? Qu caractersticas tiene ese sitio? Por qu consideraron que ese entorno favorece la oxidacin del

clavo? Qu idea tienen de un xido?

Transcurridas las dos semanas, traigan los clavos a la clase; nuevamente registrarn su masa. En la clase realicen una exposicin de los clavos, del ms oxidado al menos oxidado, con las respuestas a las preguntas planteadas, as como los datos de masa antes y despus de la oxidacin.

En equipos de trabajo y partiendo de la actividad anterior, preguntar a los alumnos: cules son los factores necesarios para que se produzca la

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oxidacin de un clavo?, de dnde viene el xido que se form en el clavo?, hubo alguna variacin entre la masa inicial del clavo y la final?, por qu?

Si no saben todas las respuestas consulten en diferentes fuentes (libros, revistas e Internet), para que indaguen y puedan contestar. Discutan en equipo y lleguen a un acuerdo; despus, que cada equipo proponga una respuesta. Se recomienda escribir las respuestas en una hoja de papel bond o en el pizarrn.

Tu profesor va a presentar informacin relacionada con la oxidacin, para que la comparen con sus respuestas y obtengan conclusiones sobre la forma en la que ocurre el proceso y los cambios qumicos que se presentan. Pongan especial atencin en la definicin de los trminos oxidacin, reduccin y reaccin de xido-reduccin.

Para concluir el tema, en equipo respondern a los siguientes aspectos: Acerca de las reacciones xido-reduccin.

Qu s Qu quiero saber Qu aprend

Actividad 2 Tiempo estimado 60 minutos Nmero de oxidacin

A lo largo de la historia, los conceptos han cambiado o bien se amplan, como ha sucedido en el caso de este tipo de reacciones. As, la definicin actual de oxidacin y reduccin es: un elemento se oxida cuando en un cambio qumico aumenta su nmero de oxidacin y, al mismo tiempo, la disminucin en el nmero de oxidacin de un tomo implica que se redujo.

Para saber cundo sucede una reaccin de xido-reduccin, se necesita conocer el nmero de oxidacin de los tomos involucrados en la reaccin qumica. Ahora se analizar cmo se determina el nmero de oxidacin de algunos tomos.

Formar equipos de 4 5 integrantes y realizar las siguientes actividades.

Un tomo neutro cualquiera tiene un nmero definido de electrones, el cual corresponde al nmero de protones que posee su ncleo es decir, su nmero atmico. Comprubalo mediante las siguientes actividades.

Completar la siguiente tabla: Elemento (neutro)

No atmico Nmero de protones

Nmero de electrones

Na 11 11 11 S 16

O 8

F 9

Al 13

H 1

3

Generalmente, cuando un elemento determinado se combina mediante una reaccin qumica, el nmero de electrones asociado a l puede ser mayor o menor que su nmero atmico caracterstico. Por ello el concepto de nmero de oxidacin, significa el nmero de electrones en exceso o de dficit que se le asigna a un elemento, respecto a su nmero atmico, cuando forma parte de un compuesto: ya sea una molcula o en forma de ion, en una reaccin, de acuerdo con ciertas reglas:

Si el nmero de electrones asignado a un elemento es mayor que su nmero atmico, se le confiere una carga aparente negativa. Por el contrario, si el nmero de electrones asignado es menor que su nmero atmico, se le otorga una carga aparente positiva. Con base en el ejemplo anterior, tenemos:

tomo que forma parte de un compuesto: molcula o ion.

Nmero atmico

Nmero de protones

Nmero de electrones

Nmero de oxidacin

Na 11 11 10 1+

Ejemplo: Sodio (Na), nmero de protones 11 (+), nmero de electrones 10 (-) tenemos finalmente un nmero de oxidacin 1+, ya que tiene menos electrones que el elemento neutro. De esto podemos concluir que todos los elementos en su estado libre (neutro) tienen un nmero de oxidacin igual a __________________.

Anotar los datos faltantes en la siguiente tabla.

tomo que forma parte de un compuesto: molcula o ion.

No atmico

Nmero de protones

Nmero de electrones

Nmero de oxidacin

S 16 16 18

O 8 8 10

F 9 9 10

Al 13 13 10

H 1 1 0

Li 3 3 2

N 7 7 10

En la tabla siguiente se muestra el nmero de oxidacin de algunos tomos y el grupo al cual pertenecen. Su tarea es completarla.

Ion Grupo Ion Grupo Li 1+ 1 H 1+

Mg 2+

Ca2+

F 1-

Na1+

O 2- N 3- Al 3+

S2- 6 K1+

Be2+

Qu relacin encuentran entre el nmero de oxidacin de los tomos y su grupo, en la tabla peridica?

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______________________ _ ______________________________

______________________ _ ______________________________

______________________ _ ______________________________

Despus de haber determinado el nmero de oxidacin de algunos tomos y haberlos relacionado con su grupo, explica: qu diferencias encuentras entre la valencia o capacidad de combinacin de un elemento y el nmero de oxidacin de un tomo? Completa el cuadro comparativo.

Concepto Valencia Nmero de oxidacin Semejanzas

Diferencias

Conclusiones

Anotar los datos que faltan de la siguiente tabla.

tomo Grupo Electrones de valencia

Nmero de oxidacin

S 6 6 2- O

F

Al

3

Na

1+ Mg

Li

N

5 3-

Cul es su conclusin, despus de las observaciones realizadas, respecto a la cantidad de electrones de valencia y el nmero de oxidacin de un tomo? Para qu sirve saber cada uno?

Un representante de cada equipo explicar cmo se obtiene el valor del nmero de oxidacin y la relacin que tiene con la tabla peridica; as como las diferencias entre la valencia y el nmero de oxidacin de un tomo.

Por escrito, cada alumno explicar las diferencias entre valencia y nmero de oxidacin, dando dos ejemplos de cada uno. Tambin explicar para qu sirve saber cada concepto.

Actividad 3

Reacciones de xido-reduccin Tiempo estimado: 60 minutos

Nota: Antes de la clase, solicite una hoja de papel bond y plumones.

Es comn que en nuestro medio se lleven a cabo reacciones de xido- reduccin; sin embargo, no se presta atencin y con frecuencia, no se

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observan de manera visible sus efectos. Puedes identificar algunas reacciones de xido-reduccin que ocurran a tu alrededor?

Formar equipos de 4 5 integrantes. Efectuar la lectura, identificar y analizar las caractersticas en cada caso, como se muestra en el ejemplo resuelto al final. Puede asignarse a cada equipo, el anlisis de un proceso y pedir que lo expongan ante el grupo.

Para cada uno de los ejemplos, respondern las siguientes preguntas. Escribirn las respuestas en una hoja de papel bond.

Qu importancia tiene el proceso descrito en la vida diaria? Cmo se lleva a cabo? Tiene alguna importancia econmica? Por qu? Interviene el oxgeno? cmo? Por qu es una reaccin xido-reduccin? Identifica los elementos

que se oxidan y se reducen.

Si escuchamos hablar de procesos de xido-reduccin, estos trminos puede parecernos sofisticados o pertenecientes a mbitos complejos de la ciencia y la tecnologa, lejanos a nuestra vida cotidiana. Todos hemos visto un clavo oxidado y sabemos que muchas piezas metlicas se oxidan fcilmente cuando se mojan, pero no suena fcil eso de identificar cambios con ese nombre. Sin embargo, los procesos de xido-reduccin son mucho ms comunes y cercanos a ti de lo que piensas. No exageramos al decir que gran parte de los cambios qumicos ms comunes, incluidos los que ocurren en tu cuerpo, en tu casa, en la industria y en la calle, pueden incluirse en esta categora. Para convencerte de esta afirmacin, aqu van algunos ejemplos que seguro te suenan familiares.

a) La corrosin provoca prdidas millonarias.

Este ejemplo es justamente el que s conoces, por eso lo mencionamos primero. En la construccin, en la industria y en la elaboracin de diversos utensilios se emplean metales. Muchos de ellos deben ser protegidos por diferentes medios para que el oxgeno del aire no los transforme en xidos, que suelen ser polvos con propiedades muy diferentes a los elementos metlicos.

A este proceso o cambio qumico se le conoce como corrosin, y si no la prevemos o evitamos, nos har gastar grandes cantidades de dinero. Si no lo crees, slo piensa qu es ms fcil y barato, pintar una reja de la casa o los canceles de la ventana, si son de acero, o hacerlos nuevos cada vez que se deshacen en cachitos al oxidarse. O, pensando en la industria, cunto se arriesga si, en vez de pintar y aplicar otros procesos qumicos en el casco de un enorme barco, tambin con casco de acero, permitimos que se desgaste rpidamente al contacto con el mar, hasta llenarse de hoyos? Si piensas en bicicletas, autos, camiones, aviones, llaves, alambres, varillas, maquinaria industrial y hasta joyas, encontrars otros casos en los que evitar la corrosin resulta de mayor utilidad.

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Quin es el villano principal de esta historia? Sorprendentemente, este villano que nos hace tomar muchas precauciones, es el hroe de otros procesos: el oxgeno del aire sin el cual, no podramos respirar! Para ejemplificar su accin, observa la reaccin que ya conoces:

4 Fe + 3 O2 2 Fe2O3

b) De dnde vienen los metales?

Si vas al bosque, a la selva, al desierto, a la playa o a cualquier paisaje natural donde el ser humano no haya hecho demasiadas modificaciones, no vas a poder encontrar ninguna pieza ni material metlico que no haya sido colocado ah por alguna persona. Los metales, salvo algunas excepciones, no estn en la superficie de nuestro planeta como tales. Entonces, de dnde los sacamos?

La respuesta a esta pregunta nos permite referirnos a una actividad que comenz en la antigedad, pero que tom gran auge en los ltimos siglos: la minera. Y no es que de las minas se saquen los metales directamente, sino que se obtienen los minerales que los contienen, pero en forma de compuestos como xidos y sales.

Para recuperar el metal, se requiere llevar a cabo el proceso contrario a la corrosin; esto se realiza en grandes plantas industriales. Por ejemplo, en las plantas llamadas de altos hornos ocurre la refinacin del hierro para fabricar el acero. En este caso se combina, a muy altas temperaturas, el xido del metal con carbono; estas interacciones producen los siguientes cambios:

2C + O2 2CO

CO + Fe2O3 CO2 + 2 Fe

Para refinar otros elementos se emplean reacciones similares o bien se realizan procesos qumicos distintos, todos encaminados a recuperar los elementos en su forma metlica.

c) Qu me pongo en la cortada?

Si sufrimos un accidente que nos ocasione una herida pequea, siempre existe el riesgo de que ocurra una infeccin y complique la recuperacin. Para evitar esto se recomienda lavar bien la lesin con jabn, para eliminar los microbios; pero esto puede no ser suficiente, por lo que en las farmacias podemos conseguir diferentes disoluciones desinfectantes o antispticas. Algunas de ellas funcionan precisamente mediante reacciones de xido- reduccin. Como ejemplo tenemos al agua oxigenada, que es una disolucin de perxido de hidrgeno (H2O2) al 3% en agua, que se aplica sobre raspones o cortadas leves.

En la sangre y los tejidos tenemos una enzima llamada catalasa, sta hace que el perxido de hidrgeno se descomponga produciendo oxgeno (O2) y agua (H2O); la molcula de oxgeno ejerce un fuerte poder oxidante sobre las

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membranas de los microbios y los mata. La reaccin que cataliza la catalasa es:

H2O2 H2O + O2

d) Vamos a blanquear la ropa.

La higiene es indispensable para el mantenimiento de la salud. El lavado de la ropa suele hacerse con diferentes jabones y detergentes. Pero cuando queremos que se quiten diferentes manchas de las prendas blancas, empleamos disoluciones blanqueadoras, cuya funcin principal no es quitar, sino decolorar las sustancias que producen el color.

Para lograr esta funcin, las reacciones que se emplean son procesos de xido-reduccin. La sustancia ms conocida de las usadas en estas disoluciones es el hipoclorito de sodio (NaClO), que es muy oxidante; lo que hace es transformar los materiales provocando que pierdan su coloracin caracterstica.

El hipoclorito de sodio no slo quita el color, sino que tambin elimina muchos microbios; por ello resulta de gran utilidad para prevenir infecciones y para tratar materiales que hayan estado en contacto con personas enfermas. Esta propiedad tambin es importante.

En ocasiones llamamos cloro a estas disoluciones; pero en realidad, el cloro (Cl) es el que se usa para fabricarlas, pues el hipoclorito de sodio se produce cuando este elemento gaseoso burbujea en disoluciones de hidrxido de sodio (NaOH). La reaccin que ocurre, entonces, es:

Cl2 + NaOH NaClO + NaCl + H2O

Con los ejemplos anteriores puedes darte cuenta de que los procesos de xido-reduccin estn ms cerca de ti de lo que te imaginabas. Y eso que no mencionamos que tambin forman parte de la respiracin, la fotosntesis, el procesamiento de alimentos en el cuerpo y la combustin!

Los nmeros de oxidacin en una ecuacin qumica

Respondan, tomando en cuenta su propia experiencia y razonamiento, cul es la importancia econmica y social de los procesos que se analizaron. Argumenten por qu es un proceso de xido-reduccin, asimismo, identifiquen los elementos que se oxidan o se reducen, y sealen los smbolos que representan elementos, compuestos, tomos o molculas, como un repaso de temas anteriores.

Para el anlisis es indispensable asignar los nmeros de oxidacin. A manera de ejemplo, se analiza lo que ocurre en uno de los casos citados en la lectura anterior: el del agua oxigenada.

+1 -1 +1 -2 0 a) Asignamos nmeros de oxidacin: H2 O2 H2 O + O2

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b) Identificamos el elemento que cambi de nmeros de oxidacin: fue el oxgeno. Algunos de los tomos de este elemento se oxidaron, pues perdieron electrones; esto se refleja en el aumento de su nmero de oxidacin:

O-1 - 1 electrn O0

c) Otros tomos de oxgeno, los que formaron el agua, se redujeron al ganar electrones, lo que se aprecia en la disminucin de su nmero de oxidacin:

O-1 + 1 electrn O-2

En este caso, entonces, podemos decir que ante la accin de la catalasa, algunos tomos de oxgeno de la molcula del perxido de hidrgeno, funcionaron como oxidantes, mientras que otros funcionaron como reductores. Tu profesor(a) te ayudar a que realicen un anlisis similar con las dems reacciones

Para concluir la actividad:

Cada equipo debe elegir un representante, para que explique las respuestas ante el grupo.

En el pizarrn, reunir las hojas de papel bond para poder apreciar las caractersticas semejantes y diferentes entre un proceso y otro.

Responder de manera individual: en qu se parecen todos los procesos analizados? En qu son diferentes? En qu radica la importancia de las reacciones xido-reduccin analizadas?

Finalmente, elaborar una conclusin general, en una hoja de papel bond.

Esta conclusin debe considerar los siguientes aspectos:

Las reacciones de xido-reduccin que aportan importantes beneficios al ser humano y aqullas que de alguna manera nos afectan.

Resaltar que el oxgeno es, sin duda, el agente oxidante ms comn. Oxida rpidamente la madera que arde en las fogatas y la gasolina en el motor del automvil. Durante la corrosin, el oxgeno se combina lentamente con metales. Por fortuna, el oxgeno gaseoso es un agente oxidante suave en la concentracin en que se encuentra en la atmsfera: 21% en volumen.

Actividad 4 Tiempo estimado: 60 minutos Respiracin y fotosntesis?

Material para disear un cartel: cartulina, plumones, libros y revistas de biologa.

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Es sorprendente lo mucho que damos por sabido. Por ejemplo, respiramos sin cesar; si dejramos de respirar cinco minutos, aproximadamente, moriramos. Sin embargo, raras veces nos preguntamos de dnde viene el oxgeno que contiene el aire que respiramos? Para qu respiramos? De igual manera, diariamente comemos para tener energa suficiente y realizar las funciones vitales que nuestro cuerpo necesita, aparte de poder cumplir con nuestras responsabilidades, pero de dnde viene el alimento que consumimos diariamente? Hay alguna relacin entre estas preguntas y las reacciones de xido-reduccin? Cmo podemos saberlo?

Formar equipos de 4 5 alumnos. Con ayuda de libros, revistas y material a su alcance (documental, video, etctera), indagar respecto a los procesos de respiracin y de fotosntesis; se sugiere que sea un trabajo corto y frtil.

Como resultado de la indagacin se presentar un cartel que debe incluir las respuestas a las preguntas iniciales.

Sugerencia de lecturas.

La fotosntesis

La vida en la Tierra depende fundamentalmente de la energa solar, la cual es atrapada mediante el proceso fotosinttico, el responsable de la

produccin de toda la materia orgnica que conocemos. Las plantas verdes son capaces de utilizar la energa de la luz solar para producir alimentos a partir del dixido de carbono (CO2) y el agua (H2O). Esta reaccin que forma parte del proceso de fotosntesis, produce compuestos orgnicos (alimentos) como la glucosa, liberando oxgeno (O2). Podemos resumir esto en la siguiente ecuacin qumica:

Sol Fotosntesis

Energa + agua + bixido de carbono alimento + oxgeno

Si representamos el caso particular de la glucosa, el carbohidrato ms comn del que obtenemos energa, tenemos:

Energa + 6H2O + 6CO2 C6H12O6 + 6O2

Los seres fotosintticos captan la luz mediante diversos pigmentos fotosensibles, entre los que destacan por su abundancia, las clorofilas y carotenos. Cuando los pigmentos absorben la luz, los electrones de sus molculas reciben esta energa y la emplean para pasar a otros materiales: una molcula de pigmento se oxida al perder un electrn, el cual es recogido por otra sustancia, que se reduce. As, la clorofila puede transformar la energa luminosa en energa qumica.

La respiracin

Todos los organismos dependen de la energa contenida en los alimentos, para vivir. Gracias a la respiracin se producen reacciones de oxidacin que liberan la energa contenida en los alimentos, la cual es utilizada por los

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seres vivos para realizar todas sus funciones vitales. La mayora de los organismos vivos utilizan el oxgeno para su respiracin; ste se encuentra en la atmsfera. Los gases atmosfricos forman la mezcla que conocemos como aire, constituido principalmente por nitrgeno (N2) y oxgeno (O2), aunque tambin existen pequeas cantidades de otros gases. El nitrgeno se encuentra en un 78.1% y el oxgeno forma aproximadamente el 21% de la atmsfera.

As pues, durante la respiracin se consume constantemente oxgeno para poder procesar los alimentos; como producto de la respiracin se genera dixido de carbono, agua y la energa necesaria para realizar nuestras distintas funciones. Podemos resumir este proceso en la siguiente ecuacin:

Respiracin celular

Alimentos + oxgeno dixido de carbono + agua + Energa

Si ejemplificamos el proceso con la glucosa, la reaccin sera:

C6H12O6 + 6O2 6H2O + 6CO2 + Energa

Nuestra existencia misma depende del oxgeno y de la oxidacin de los alimentos. La propia vida es un fenmeno de xido-reduccin.

Para revisar la actividad

Cada equipo presenta su cartel al grupo y explica sus respuestas a las preguntas iniciales, mediante los procesos de respiracin y fotosntesis.

En plenaria, destaquen las caractersticas oxidantes de la atmsfera, y reductoras de la fotosntesis; as como el valor biolgico de los dos procesos para la vida.

Cierre Tiempo estimado: 60 minutos

Socializacin de lo aprendido

Para concluir este tema, se propone llevar a cabo las siguientes actividades:

Efectuar una actividad prctica, en la que se puedan revisar procesos de xido-reduccin y se destaquen los conceptos relacionados con ellos.

Realizar una exposicin con los trabajos realizados en la secuencia didctica (los clavos, los carteles, las conclusiones en las hojas de papel bond y todos los dems).

Organizar un coloquio para comentar los conocimientos adquiridos y que les permita reorganizar sus nuevas ideas al hablar y escuchar a sus compaeros.

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Para llevar a cabo las actividades prcticas hay muchas reacciones qumicas de xido-reduccin que pueden resultar atractivas para los estudiantes. Su realizacin depende de la disponibilidad de materiales en el laboratorio.

Desmanchemos telas con agentes de xido-reduccin: Sugerimos que realice esta actividad sencilla, que consiste en probar el poder decolorante del agua oxigenada y del hipoclorito de sodio, sobre manchas en telas blancas.

Para este experimento, ser suficiente contar con telas blancas de composiciones diversas, stas se ensucian con diferentes tintas, comida, aceites, pinturas, etctera, y se someten a tratamiento con los reactivos ya descritos. Se propone organizar la sesin de manera que cada tela se ensucie con todos los agentes y se prueben disoluciones de agua oxigenada y de hipoclorito de sodio con diferentes diluciones, de forma que controlen diferentes variables y organicen un anlisis para sacar conclusiones sobre las mejores condiciones en que pueden emplearse esos decolorantes.

Tomen notas para realizar un informe en el que profundicen en las observaciones y las conclusiones respectivas.

Finalmente, al terminar el experimento, se recomienda hacer el cierre final comentando cmo se desarroll el tema y los aspectos ms importantes de lo aprendido.

Puntos a tratar:

1. El aspecto macroscpico de las reacciones de xido-reduccin. En qu radica la importancia de las siguientes reacciones de xido- reduccin en la vida diaria? Y en la industria? Qu pasara con los siguientes procesos si la atmsfera del planeta no fuera oxidante? La corrosin. La combustin. Fabricacin de acero. Los antispticos y desinfectantes. Los blanqueadores. La fotosntesis. La respiracin.

2. El aspecto microscpico de las reacciones de xido-reduccin. Diferentes acepciones de los trminos oxidacin y reduccin. Nmero de oxidacin: cmo se determina?, qu informacin

proporciona?, cmo se utiliza para interpretar una reaccin de xido-reduccin?, para qu usar el nmero de oxidacin en las reacciones de xido-reduccin?

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