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Reto: elementos químicos en la formación de estrellas y tipos de enlace

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Respuesta rápida

1.a Hidrógeno (H, Z=1, H₂ reactivo) y helio (He, Z=2, gas noble inerte). 1.b Fenómenos: respiración, combustión, fotosíntesis, volcanes, lluvia ácida, oxidación. 2. Enlace iónico: transferencia Na⁺Cl⁻; covalente: compartición H–H. 3. Retroalimentación sobre cationes, aniones y pares compartidos.

📚 exercise quimica ⭐⭐ Dificultad 2/5 ⏱ 6 min lectura

Solución — Página 59

Quimica 2° · 2024

Ejercicio 1

Leo el texto de Stephen Hawking (La teoría del todo) sobre la formación de estrellas y desarrollo las actividades a y b.

Parte 1.a

Describo las características de los elementos químicos a los que se refiere el texto (hidrógeno y helio):

Elemento químico	Características
Hidrógeno ( $\text{H}$ )	Elemento químico de número atómico $Z=1$ ; es el más ligero y abundante del universo. Su átomo tiene 1 protón y 1 electrón ( $1s^1$ ), por lo que tiende a ganar o compartir 1 electrón. En la naturaleza se presenta como gas diatómico ( $\text{H}_2$ ), incoloro, inodoro e inflamable. No es metal; es el precursor del combustible de las estrellas.
Helio ( $\text{He}$ )	Elemento químico de número atómico $Z=2$ ; tiene 2 protones, 2 neutrones y 2 electrones ( $1s^2$ ), configuración estable de gas noble. Es monoatómico, incoloro, inerte (prácticamente no reacciona), más denso que el hidrógeno pero muy ligero, y es el producto de la fusión del hidrógeno en las estrellas.

Identifico en el texto dos elementos químicos: hidrógeno y helio.
Para cada uno determino su símbolo, número atómico y configuración electrónica: $\text{H}\;(Z=1,\;1s^1)$ y $\text{He}\;(Z=2,\;1s^2)$ .
Observo que el helio tiene la capa de valencia completa, por eso es un gas noble inerte; el hidrógeno tiene un electrón desapareado y reacciona fácilmente.
Relaciono con el texto: el hidrógeno se colapsa por gravedad, se calienta y se fusiona en helio ( $4\,\text{H} \rightarrow \text{He} + \text{energía}$ ), liberando el calor y la luz de la estrella.

Respuesta

Hidrógeno ( $\text{H}$ , $Z=1$ , gas diatómico $\text{H}_2$ , reactivo, más ligero) y helio ( $\text{He}$ , $Z=2$ , gas noble monoatómico, inerte, producto de la fusión).

Parte 1.b

Otros ejemplos de fenómenos físicos y/o químicos donde participan elementos químicos, completando el esquema:

Fenómeno que ocurre en la naturaleza	Elementos químicos que participan
Respiración celular de los seres vivos	$\text{C}$ (glucosa), $\text{O}$ (oxígeno), $\text{H}$ , $\text{N}$
Combustión de un bosque o de la madera	$\text{C}$ , $\text{H}$ , $\text{O}$ (produce $\text{CO}_2$ y $\text{H}_2\text{O}$ )
Formación de las rocas ígneas (volcanes)	$\text{Si}$ , $\text{O}$ , $\text{Al}$ , $\text{Fe}$ , $\text{Na}$ , $\text{K}$
Fotosíntesis en las plantas	$\text{C}$ , $\text{H}$ , $\text{O}$ , $\text{N}$ , $\text{Mg}$ , $\text{P}$
Lluvia ácida	$\text{N}$ , $\text{O}$ , $\text{S}$ , $\text{H}$ (forma $\text{HNO}_3$ y $\text{H}_2\text{SO}_4$ )
Oxidación (corrosión) del hierro	$\text{Fe}$ , $\text{O}$ , $\text{H}$ (forman óxidos de hierro hidratados)

Selecciono fenómenos naturales conocidos en los que claramente intervienen sustancias formadas por elementos químicos.
Identifico los elementos que componen los reactivos y productos de cada fenómeno.
Verifico que algunos fenómenos son químicos (combustión, fotosígnesis, oxidación) y otros son físicos (estado de la materia, cambios de fase del agua).

Respuesta

El esquema se completa con los seis ejemplos anteriores (respiración, combustión, formación de rocas ígneas, fotosíntesis, lluvvia ácida y oxidación del hierro) y sus respectivos elementos.

Ejercicio 2

Elaboro con mi equipo dos esquemas: uno del enlace iónico y otro del enlace covalente.

Enlace iónico

Eligen dos elementos con gran diferencia de electronegatividad: un metal alcalino (ej. sodio, $\text{Na}$ ) y un no metal (ej. cloro, $\text{Cl}$ ).
El sodio ( $1s^2 2s^2 2p^6 3s^1$ ) pierde su único electrón de valencia: $\text{Na} \rightarrow \text{Na}^{+} + e^{-}$ (se transforma en catión positivo).
El cloro ( $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5$ ) captura ese electrón: $\text{Cl} + e^{-} \rightarrow \text{Cl}^{-}$ (se transforma en anión negativo).
Los iones de cargas opuestas se atraen electrostáticamente y forman la red cristalina de $\text{NaCl}$ .
Con materiales: bolitas de un color = electrones; fichas grandes con "+" = cationes; fichas grandes con "−" = aniones.

Enlace covalente

Eligen dos no metals con electronegatividades parecidas (ej. hidrógeno y oxígeno, o dos átomos de hidrógeno).
Cada átomo posee electrones desapareados que necesita para completar su octeto (o dúete, en el caso del $\text{H}$ ).
En lugar de transferirse, los electrones se comparten entre los dos átomos: $\text{H}^{\bullet} + ^{\bullet}\text{H} \rightarrow \text{H:H}$ o $\text{H}-\text{H}$ .
Cada par compartido constituye un enlace covalente; los átomos alcanzan configuración estable.
Con materiales: dos bolitas de colores distintos unidas con un gancho = par de electrones compartidos.

Respuesta: Enlace covalente = compartir pares de electrones entre dos no metals para completar sus octetos, sin formación de iones.

Respuesta

Enlace iónico = transferencia de electrones del metal al no metal, formando cationes ( $\text{Na}^{+}$ ) y aniones ( $\text{Cl}^{-}$ ) unidos por atracción electrostática.

Ejercicio 3

Comparto los esquemas en el aula y retroalimento los productos de otros equipos.

Observo los esquemas de cada equipo y verifico que representen correctamente cationes, aniones y electrones en el enlace iónico.
Verifico que en el enlace covalente se muestren los pares compartidos y no cargas separadas.
Señalo aciertos y sugiero correcciones (ej. indicar cargas, direccionalidad del enlace covalente, número de electrones de valencia).

Respuesta orientativa: Entrego una retroalimentación concreta: indico si el esquema distingue entre transferencia (iónico) y compartición (covalente) de electrones, y si rotula correctamente catión, anión y pares de electrones.

Metacognición

Respondo individualmente las cuatro preguntas del escalera metacognitiva:

¿Qué he aprendido? Aprendí a identificar elementos químicos en textos de divulgación, a describir sus características (número atómico, configuración, estado) y a diferenciar el enlace iónico del covalente según cómo se distribuyen los electrones.
¿Cómo lo he aprendido? Leyendo el texto de Hawking, completando cuadros comparativos y elaborando esquemas con materiales del entorno en equipo, comparando después los productos con los de otros grupos.
¿Para qué me ha servido? Para comprender por qué brillan las estrellas (fusión nuclear de H en He) y para explicar la formación de compuestos como la sal común a partir de la teoría del enlace químico.
¿En qué otras ocasiones puedo usarlo? Para explicar la combustión, la oxidación del metal, la fotosíntesis o la formación de minerales, y en la vida cotidiana al leer etiquetas de sustancias o comprender la estructura de materiales.

Respuesta orientativa: Las cuatro respuestas se comparten en plenaria para generar diálogo sobre el aprendizaje de la sección.

Contenido de la página

RETO

1. Leo el siguiente texto y desarrollo las actividades propuestas:

Stephen Hawking en su libro La teoría del todo comparte lo siguiente: "Una estrella se forma cuando una gran cantidad de gas, fundamentalmente hidrógeno, empieza a colapsar sobre sí mismo debido a su atracción gravitatoria". Cuando el hidrógeno se contrae, los átomos colisionan entre sí con mayor frecuencia y con mayor velocidad, provocando que el gas se caliente a altas temperaturas y que los átomos de hidrógeno se fusionen para formar helio; por lo tanto, el brillo de las estrellas que observamos corresponde al calor liberado debido a esta reacción.

Fuente: Universidad Autónoma de Madrid, tomado el 15 de enero de 2024 de https://n9.cl/cjkiy

a. Describo las características de los elementos químicos a los que se refiere en el texto.

Elemento químico	Características

b. Indago otros ejemplos de fenómenos físicos y/o químicos en los que se evidencie la participación de los elementos químicos. Completo el esquema:

Fenómeno que ocurre en la naturaleza	Elementos químicos que participan

ACTIVIDAD PARA TRABAJO EN GRUPO

2. Me reúno en equipos de trabajo y elaboramos dos esquemas que representen cómo se produce el enlace iónico y el enlace covalente (consideren utilizar materiales del entorno para representar a los electrones, a los iones metálicos positivos llamados catión, a los iones metálicos negativos llamados anión y otros elementos que estimen convenientes exponerlos).

3. Compartimos nuestros esquemas en el aula de clase y retroalimentamos los productos elaborados por otros equipos.

METACOGNICIÓN

¿Qué he aprendido?
¿Cómo lo he aprendido?
¿Para qué me ha servido?
¿En qué otras ocasiones puedo usarlo?

Respondo estas preguntas de manera individual y luego las comparto en una plenaria para establecer un diálogo acerca del aprendizaje desarrollado en la sección.

Ejemplos resueltos

Explicar cómo se forma el enlace iónico en el cloruro de sodio ( $\text{NaCl}$ ).

El sodio ( $\text{Na}$ , $Z=11$ ) tiene configuración $[\text{Ne}]\,3s^1$ y tiende a perder 1 electrón: $\text{Na} \rightarrow \text{Na}^{+} + e^{-}$ . 2. El cloro ( $\text{Cl}$ , $Z=17$ ) tiene configuración $[\text{Ne}]\,3s^2 3p^5$ y tiende a ganar 1 electrón: $\text{Cl} + e^{-} \rightarrow \text{Cl}^{-}$ . 3. El catión $\text{Na}^{+}$ y el anión $\text{Cl}^{-}$ se atraen electrostáticamente y forman la red cristalina $\text{NaCl}$ .

Explicar cómo se forma un enlace covalente en la molécula de hidrógeno ( $\text{H}_2$ ).

Cada átomo de hidrógeno tiene $1s^1$ , es decir, un electrón desapareado. 2. Para alcanzar el dúete estable comparten su electrón: $\text{H}^{\bullet} + ^{\bullet}\text{H} \rightarrow \text{H}-\text{H}$ . 3. El par compartido mantiene unidos a los dos núcleos; cada hidrógeno queda con 2 electrones (configuración de helio).

Tablas (2)

Elemento químico	Características
Hidrógeno (H)	Z=1, 1s¹, gas diatómico H₂, el más ligero y abundante, reactivo, incoloro e inflamable
Helio (He)	Z=2, 1s², gas noble monoatómico, inerte, incoloro, producto de la fusión del hidrógeno

Fenómeno que ocurre en la naturaleza	Elementos químicos que participan
Respiración celular	C, H, O, N
Combustión de la madera	C, H, O
Formación de rocas ígneas	Si, O, Al, Fe, Na, K
Fotosíntesis	C, H, O, N, Mg, P
Lluvia ácida	N, O, S, H
Oxidación del hierro	Fe, O, H

Diagramas (2)

graph LR
  A[Átomo de Na 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹] -->|pierde 1 e⁻| B[Na⁺ catión]
  C[Átomo de Cl 3s² 3p⁵] -->|gana 1 e⁻| D[Cl⁻ anión]
  B -->|atracción electrostática| E[Red cristalina NaCl]
  D -->|atracción electrostática| E

graph LR
  H1[H · 1s¹] -->|comparten e⁻| P[par de electrones compartidos]
  H2[H · 1s¹] -->|comparten e⁻| P
  P --> M[H–H enlace covalente]

Fórmulas y ecuaciones

Fusión estelar: $4\,\text{H} \rightarrow \text{He} + \text{energía}$

Enlace iónico: $\text{M} \rightarrow \text{M}^{n+} + n\,e^{-}$ ; $\text{X} + n\,e^{-} \rightarrow \text{X}^{n-}$

Enlace covalente: $\text{A}^{\bullet} + ^{\bullet}\text{B} \rightarrow \text{A}-\text{B}$

$4\,^{1}_{1}@@MATH_0@@\text{He}$ + $\text{energía}$

$\text{Na}$ $\rightarrow$ $\text{Na}$ $^{+}$ + $e^{-}$

$\text{Cl}$ + $e^{-}$ $\rightarrow$ $\text{Cl}$ $^{-}$

$\text{Na}@@MATH_0@@^{-}$ $\rightarrow$ $\text{NaCl}$

$\text{H}@@MATH_0@@\text{H}$ $\rightarrow$ $\text{H}$ - $\text{H}$

Glosario (6)

Catión: Ion con carga positiva, formado cuando un átomo (generalmente metálico) pierde uno o más electrones.
Anión: Ion con carga negativa, formado cuando un átomo gana uno o más electrones.
Enlace iónico: Unión resultante de la transferencia de electrones entre un metal y un no metal, que genera iones opuestos atraídos electrostáticamente.
Enlace covalente: Unión resultante de la compartición de pares de electrones entre dos átomos no metals.
Gas noble: Elemento de la familia 18 con la capa de valencia completa, por lo que es químicamente inerte (ej. helio, neón).
Fusión nuclear: Proceso en el que núcleos ligeros (hidrógeno) se unen formando uno más pesado (helio) liberando gran cantidad de energía.

Preguntas para practicar

¿En qué otras ocasiones puedo usar lo aprendido en esta sección?

Puedo usarlo para explicar por qué los metales se corroen, por qué la madera arde, cómo las plantas producen su alimento, por qué existen minerales con formas definidas y para interpretar etiquetas de productos químicos del hogar, siempre relacionando el tipo de enlace con las propiedades de la materia.

¿Para qué me ha servido aprender sobre elementos químicos y tipos de enlace?

Me sirvió para comprender la formación de las estrellas, diferenciar compuestos iónicos de covalentes y predecir propiedades de la materia como punto de fusión, solubilidad y conducción eléctrica.

¿Qué he aprendido y cómo lo he aprendido?

Aprendí a caracterizar elementos químicos y a distinguir el enlace iónico del covalente; lo logré leyendo el texto de Hawking, completando cuadros y elaborando esquemas con materiales en equipo, comparándolos con los de otros grupos.

Temas y conceptos clave

Elementos químicos en la naturalezaFormación de estrellas y fusión del hidrógenoEnlace iónicoEnlace covalenteMetacogniciónhidrógenoheliogas noblecatiónanióntransferencia de electronescompartición de electronesretroalimentación

Fuentes y referencias

Universidad Autónoma de Madrid (citada en el texto de Hawking), consultada el 15 de enero de 2024, https://n9.cl/cjkiy
Stephen Hawking, La teoría del todo

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Preguntas que la gente también hace

¿Cuáles son las características del hidrógeno y el helio?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

¿En qué se diferencia el enlace iónico del enlace covalente?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

¿Qué elementos químicos participan en la formación de las estrellas?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

📌 Antes de leer esto

• Número atómico y configuración electrónica
• Electronegatividad y valencia
• Diferencia entre elementos y compuestos
• Estado gaseoso de los no metals

Siguiente tema sugerido

Propiedades de los compuestos iónicos y covalentes (punto de fusión, conducción, solubilidad)

📝 Transcripción de la página (texto seleccionable) 1905 caracteres

E/ RETO )

Leo el siguiente texto y desarrollo las actividades propuestas:

Stephen Hawking en su libro La teoría del todo comparte lo siguiente: “Una estrella se forma cuando una gran cantidad de gas, fundamentalmente hidrógeno, empieza a colapsar sobre sí mismo debido a su atracción gravitatoria”. Cuando el hidrógeno se contrae, los átomos colisionan entre sí con mayor frecuencia y con mayor velocidad, provocando que el gas se caliente a altas temperaturas y que los átomos de hidrógeno se fusionen para formar helio, por lo tanto, el brillo de las estrellas que observamos corresponde al calor liberado debido a esta reacción.

Fuente: Universidad Autónoma de Madrid, tomado el 15 de enero de 2024 de https://n9.cl/cjkiy

a. Describo las características de los elementos químicos a los que se refiere en el texto.

Elemento químico Características

b. Indago otros ejemplos de fenómenos físicos y/o químicos en los que se evidencie la participación de los elementos químicos. Completo el esquema:

Fenómeno que ocurre en la naturaleza Elementos químicos que participan

‘@ activiwap PARA TRABAJO EN GRUPO )

Me reúno en equipos de trabajo y elaboramos dos esquemas que representen cómo se produce el enlace iónico y el enlace covalente (Consideren utilizar materiales del entorno para representar a los electrones, a los iones metálicos positivos llamados catión, a los iones metálicos negativos llamados anión y otros elementos que estimen convenientes exponerlos).
Compartimos nuestros esquemas en el aula de clase y retroalimentamos los productos elaborados por otros equipos.

METACOGNICION } ¿En qué otras ocasiones puedo usarlo? Respondo estas preguntas de manera individual y luego las comparto en una

¿Para qué me ha servido? plenaria para establecer un diálogo acerca del aprendizaje desarrollado en ¿Cómo lo he aprendido? la sección.

¿Qué he aprendido?

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