Materia III. Enlaces químicos –Temario y bibliografía sugerida– Licenciatura en Educación Secundaria Especialidad: Química Quinto semestre Programa para la Transformación y el Fortalecimiento Académicos de las Escuelas Normales México, 2002 Subsecretaría de Educación Básica y Normal Introducción Esta asignatura tiene el propósito de que el estudiante normalista reflexione sobre el enlace químico, su relación con las propiedades macroscópicas de las sustancias, las dificultades inherentes a su enseñanza y la importancia que tiene dentro del marco global de la enseñanza de la química. En primer lugar, se muestra cómo el enlace químico es una consecuencia de la inestabilidad de los átomos aislados debido a que poseen estructuras electrónicas incompletas. El estudiante normalista debe de reconocer que es, precisamente, la falta de electrones suficientes lo que provoca que los átomos aislados se junten, formando moléculas aisladas (en las sustancias moleculares) y redes cristalinas constituidas por iones (en las sustancias iónicas) o por átomos (en las sustancias metálicas y en los sólidos covalentes). Para explicar los enlaces químicos y las estructuras que se forman es importante conocer el número de electrones de la última capa (los electrones de valencia) y la electronegatividad de los átomos aislados. Es importante que el estudiante normalista reconozca que los átomos aislados son inestables y, por tanto, se unen espontáneamente para formar sistemas enlazados que sí son estables. Esto quiere decir que se requiere energía para poder separar los átomos unidos y, por el contrario, en el proceso de unión de los átomos (la formación de un enlace químico) se libera energía. De este modo, las moléculas con átomos débilmente enlazados se consideran de alto contenido energético puesto que fácilmente reaccionan para formar otras moléculas con enlaces más fuertes. En este punto se puede volver a recuperar lo estudiado sobre la combustión. Al revés de lo que se encuentra en las ideas previas de los estudiantes, es la formación de enlaces (y no la ruptura) la que proporciona energía. Ésta y otras concepciones alternativas respecto al enlace químico se estudian en la segunda parte del curso. También se muestra, junto con otras sugerencias didácticas, cómo las representaciones de Lewis son un modelo simple y adecuado para presentar las ideas básicas en el tema del enlace químico. En este bloque es importante revisar de manera crítica algunos de los libros de Química que se usan en la escuela secundaria y organizar un proceso de evaluación, con base en criterios, como los sugeridos en el Anexo “E” de la Guía de estudio del curso de Química del PRONAP o en el Libro para el maestro de Biología, para elegir los mejores libros. En la última parte del curso se abordan las consecuencias macroscópicas del enlace químico. Así se explican las propiedades de las sustancias polares (principalmente las del agua), las de las no polares y las de las sustancias iónicas. Además se reflexiona sobre las fuerzas débiles intermoleculares (Van der Waals, London) y sobre el enlace de hidrógeno, que explican desde las propiedades del agua líquida, su solubilidad y los estados físicos de la mayoría de las sustancias hasta la estructura tridimensional de las proteínas y los ácidos nucleicos. 2 Organización por bloques Bloque I. Los enlaces químico y la energía Tema 1. Tipos de enlaces químicos. Electrones de valencia y electronegatividad. Formación de iones. Tema 2. La energía en los enlaces químicos. Combustión. El concepto de estabilidad. Tema 3. El enlace químico y su relación con la estructura interna Bloque II. La enseñanza y el aprendizaje del enlace químico. Tema 1. Concepciones alternativas de los alumnos referentes al enlace químico. Tema 2. Modelación de fenómenos: Estructuras de Lewis. Tema 3. Sugerencias didácticas para enseñar enlace químico. Bloque III. Los enlaces químicos y las propiedades de las sustancias Tema 1. Enlace covalente no polar y propiedades asociadas. Tema 2. Enlace covalente polar y propiedades asociadas. El agua y los puentes de hidrógeno. Tema 3. Enlace iónico y propiedades asociadas. Tema 4. Otros tipos de enlaces: Van der Waals, London y de coordinación. Bibliografía básica Ahmad, Wan-Yaacob y Mat B. Zakaria (2000), “Drawing Lewis structure from Lewis symbols : a direct electron pairing approach”, en Journal of Chemical Education, vol. 77, núm. 3, E.U.A., pp. 329-331. American Chemical Society (1998), “Iones y compuestos iónicos”, “Tú decides: entrada y salida de energía”, “Cómo conservarse limpios con química”, “Peinados y enlaces químicos”, en QuimCom. Química en la Comunidad, Delaware E.U.A., Addison Wesley Iberoamericana, pp. 52-56, 226-235, 434-438, 447-449. Daub G. William y William S.Seese (1996), “El enlace de hidrógeno en agua”, en Química, México, Prentice Hall Hispanoamericana, pp. 340-344. De Posada, José Ma. (1999), “Concepciones de los alumnos sobre el enlace químico antes, 3 durante y después de la enseñanza formal. Problemas de aprendizaje”, en Enseñanza de las ciencias, vol. 17, núm. 2, Barcelona, ICE de la Universitat Autònoma de Barcelona/Vicerectorat d’Investigació de la Universitat de Valencia, pp. 227-245. Garritz, Andoni y J. A. Chamizo (1994), “Compuestos covalentes e iónicos”, “Clasificación de los enlaces”, “Estructuras de Lewis”, en Química, Wilmington, Delaware, E.U.A., AddisonWesley Iberoamericana, pp. 37-39, 436-466, 467-478. Gasque-Silva, Laura (1997), “Iónico ó covalente”, en Educación Química, vol. 8, núm. 3, México, pp. 160-165. Hoffmann, Roald (1997), “Creación y descubrimiento” y “En elogio a la síntesis”, en Lo mismo y no lo mismo, México, FCE, pp. 99-106, 107-112. Kwen Boo, Hong (1998), “Students’ understandings of chemical bonds and the energetics of chemical reactions”, en Journal of Research in Science Teaching, vol. 35, núm. 5, E.U.A., pp. 569-581. Miras, Mariana (1999), “Un punto de partida para el aprendizaje de nuevos contenidos: los conocimientos previos”, en El constructivismo en el aula, España, Graó, pp. 47-63. Bibliografía complementaria Chang, Raymond (1992), “Enlace químico I: conceptos básicos”, en Química, México, McGraw-Hill, pp. 348-387. Choppin, R. y Lee R. 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