Ideas para el aula: Modelos Físicos para el Enlace Iónico

Ideas para el aula:
Modelos Físicos para el Enlace Iónico
López Tévez, Leonor L. - Sánchez, Edit G. - Okulik, Nora B.
Facultad de Agroindustrias - UNNE.
Cdte. Fernández 755 - (3700) Pcia. R. Sáenz Peña - Chaco - Argentina.
Teléfono/Fax: +54 (3732) 420137
E-mail: leolopez@fai.unne.edu.ar
ANTECEDENTES
El enlace iónico queda determinado por una disposición regular de iones en el espacio formando una red
cristalina de estructura tridimensional. Cada compuesto iónico presenta un ordenamiento específico y propio de
cada especie. Cada ión conserva un número de coordinación definido y consecuentemente se genera un
determinado tipo de huecos.
Toda vez que se estudia un fenómeno químico, ya sea en forma teórica o experimental, se recurre
inevitablemente a una aproximación modelística ya que las limitaciones de nuestros sentidos no nos permiten
visualizar directamente los fenómenos y resultados de la experimentación. El uso de un modelo constituye un
aporte científico válido; más aún, juega un papel central cuando los datos experimentales se racionalizan y se
inscriben en el marco de una teoría. Si se asocian con otros resultados, permiten una mejor comprensión del
fenómeno en cuestión y entonces se puede hablar con propiedad de ciencia.
El modelo que se propone cumple en sí mismo una función didáctica, facilitando la comprensión de un dominio
de fenómenos a partir de otro más conocido. Constituye una importante herramienta complementaria de las
teorías y del conocimiento en general. Además, diferentes modelos seleccionando diferentes propiedades del
referente pueden modelizar un mismo sistema objeto, ya que el modelo es por definición incompleto respecto de
la realidad modelada
Como los sistemas reales son usualmente muy complejos, un modelo reemplaza a un aspecto de la realidad a fin
de poder estudiarlo por medio de leyes y teorías usuales. Los modelos son más sencillos de manejar y su
comportamiento se aproxima al referente bajo límites bien conocidos.
En este trabajo se presenta una propuesta de enseñanza del enlace iónico a través de modelos físicos. El modelo
propuesto, si bien es fácilmente comprensible conceptualmente, manejable y visualizable, permite un
tratamiento cuantitativo ciertamente riguroso.El supuesto básico es que el uso de estos modelos permite
clarificar los conceptos y diferenciar satisfactoriamente la estructura tridimensional de los cristales iónicos.
MATERIALES Y METODOS
La experiencia fue aplicada con los alumnos cursantes de Química Inorgánica, de primer año de las carreras de
Ingeniería Agroindustrial, Ingeniería en Alimentos, Farmacia y Profesorado en Química.
Se propuso representar a cada unidad con una esfera de telgopor con un tamaño y un color convencional,
conectando las unidades por medio de varillas de madera para que el resultado final sea un modelo de repetición
regular, una red espacial. Se eligió trabajar con compuestos típicos como el cloruro de sodio, el cloruro de cesio
y sulfuro de cinc.
La clase comenzó con una exposición a cargo del docente acerca de las principales características del enlace
iónico y de las propiedades físicas y químicas de los compuestos que presentan este tipo de enlace.
A continuación los alumnos se dividieron voluntariamente en grupos de tres o cuatro integrantes provistos de
una guía de actividades (ver Apéndice), y el material necesario para cumplimentarlas.
Luego de transcurrido el tiempo destinado a la actividad grupal, se constituyó un plenario en el cual cada grupo
expuso sus conclusiones ante el resto de sus compañeros.
El docente actuó como moderador de esta instancia, realizando preguntas o solicitando la fundamentación
necesaria, corrigiendo términos o, cuando fue necesario, indicando errores en las conclusiones abordadas. Esta
instancia se prestó para el debate, el intercambio de opiniones e incluso la comparación de los resultados
alcanzados por los distintos grupos de trabajo.
Finalmente el docente presentó modelos ya confeccionados, incluídos dentro de una figura poliédrica de acrilico
transparente, en los que fue posible observar las distintas porciones de cada uno de los iones que constituyen
una celda unidad.
En la construcción de los modelos que se presentaron a los alumnos:
cada ión se representa con una esfera de color convencional y tamaño proporcional a la realidad
modelizada, por ejemplo, los cationes sodio (Na+) con esferas pequeñas de color gris (ya que se trata de un
metal) y los aniones cloruros (Cl-) con esferas medianas de color verde oscuro.
se usan palillos para realizar las uniones, con ambos extremos totalmente introducidos dentro de las esferas,
de manera que no forman parte del modelo visible. Su función es meramente estructural ya que se pretende
dar solidéz al modelo.
cada esfera se recubre con una capa de masilla de fraguado en frío, coloreada convenientemente.
se pueden realizar diversas determinaciones sobre el modelo terminado como ser el número de iones que
componen cada celda unidad, la disposición espacial de los iones en las respectivas caras, su disposición, la
figura poliédrica que determina cada cristal, etc.
finalmente se incluye toda la fracción de red cristalina en un poliedro de acrílico transparente para
simbolizar de manera clara y precisa la estructura del cristal iónico.
En estos ejercicios se focaliza la atención en tres tipos de estructuras cristalinas que son las que se dan más
frecuentemente en los compuestos iónicos. Esto guarda similitud con la estructura de los sólidos cristalinos
como los metales o incluso algunos elementos, que no son necesariamente compuestos con enlaces iónicos.
RESULTADOS
Esta experiencia resultó enriquecedora para los alumnos ya que se sintieron motivados y asumieron con
responsabilidad la tarea asignada. Al intervenir directamente en su propio aprendizaje, se sintieron protagonistas
y asumieron un rol activo en el proceso de enseñanza-aprendizaje.
Consideramos que la primera de las cuestiones que se consideran resueltas es la diferenciación y caracterización
de este tipo de enlace químico. Dado que el presente trabajo surge como complemento de otro referido a Enlace
Covalente que ya ha sido puesto a prueba con buenos resultados. La incorporación de actividades de estas
características contribuye a clarificar los conceptos y permite diferenciar satisfactoriamente la estructura
tridimensional de los enlaces iónicos y covalentes.
CONCLUSIONES
El uso de estas construcciones cumple una función didáctica importante ya que el educando puede realizar
modificaciones sobre el modelo que posibilitan la mejor observación de los huecos que se generan en la red, de
la conformación de la celda unidad y de la relación de proporcionalidad entre las especies intervinientes.
Tanto los libros de texto como algunos programas de computación presentan imágenes en perspectivas o pseudotridimensionales. Con esta modalidad de trabajo el alumno no sólo observa sino que tiene también la posibilidad
de manejar el modelo: rotarlo, componerlo o desarmarlo. Al incluir el modelo construído dentro de la figura
poliédrica correspondiente se pueden determinar las distintas porciones de cada ión ubicado en las aristas, en los
vértices y en las caras del poliedro y, mediante un cálculo sencillo, determinar el número de iones de cada
especie que forman la celda unidad.
BIBLIOGRAFIA
Andrade, C; Crivelli, I. Revista Chilena de Educación Química - 1988
Castro, E.A. Enseñanza de las Ciencias, 1992 10 (1), 73-79
Castro, E. A. El empleo de los modelos en la enseñanza de la Química.
Gianella, Alicia Introducción a la Epistemología y a la Metodología de la Ciencia. Editorial de la UNLP- 1995.
Jubert, A. Castro, E.A. Un estudio introductorio a la capacidad de los alumnos de manejar modelos físicos y
químicos. ALDEQ- 1997
Universidad Nacional del Nordeste
FACULTAD DE AGROINDUSTRIAS
Cátedra de Química Inorgánica
TALLER: Enlace iónico
GUIA DE ACTIVIDADES
Actividad Nº1
Realizar una investigación bibliográfica para averiguar las características del enlace entre el
sodio y el cloro en el cloruro de sodio.
Determinar el tipo de ordenamiento que presentan los iones en el espacio.
Actividad Nº2
Haciendo uso del material suministrado, construir una celda unidad del compuesto en cuestión.
Actividad Nº3
Teniendo en cuenta que cada ión que ocupa una arista sólo comparte un cuarto con la celda
estructurada, cada ión de los vértices, un octavo y cada ión de las caras, un medio, determine el
número de iones de cada elemento que conforma una celda unidad. ¿Qué relación se establece?
Está esta conclusión de acuerdo con el marco teórico que maneja?
Actividad Nº4
Teniendo en cuenta las conclusiones del punto anterior, modelar una porción haciendo uso
exclusivamente de un tipo de ión (anión o catión). Observar la figura y determinar el tipo de
hueco que se generó. Corroborar el resultado con la bibliografía sugerida.
Actividad Nº5
Construir otra celda unidad alternando la posición de los iones constituyentes. ¿A qué conclusión
llega?
Actividad Nº6
Consulte la bibliografía disponible y mencione alguna de las propiedades físicas o químicas del
cloruro de sodio que se encuentren relacionadas con el tipo de enlace que presenta el compuesto.
Utilice los valores tabulados que fundamenten el comportamiento.