Reto, trabajo en grupo y metacognición: iones y conducción eléctrica

Escribo cuatro ejemplos de elementos químicos que tienden a ceder electrones, considerando su posición en la tabla periódica.

Los elementos que tienden a ceder electrones son los metales, porque al perder electrones alcanzan una configuración semejante a la del gas noble anterior. Se ubican a la izquierda y en el centro de la tabla periódica (grupos 1, 2 y metales de transición).

1. Los metales alcalinos del grupo 1 pierden 1 electrón para alcanzar configuración del gas noble: \text{Na} \rightarrow \text{Na}^{+} + e^{-}.
2. Los metales alcalinotérreos del grupo 2 pierden 2 electrones: \text{Ca} \rightarrow \text{Ca}^{2+} + 2e^{-}.
3. Un metal de transición, como el hierro (grupo 8, período 4), tiende a ceder electrones: \text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2e^{-}.
4. El aluminio, del grupo 13, cede 3 electrones: \text{Al} \rightarrow \text{Al}^{3+} + 3e^{-}.

¿Por qué el agua y la sal común en estado puro no conducen la electricidad, pero una solución de cloruro de sodio sí la conduce?

1. La conducción eléctrica requiere partículas con carga libre que puedan moverse: iones disueltos o electrones móviles.
2. El agua pura (\text{H}_{2}\text{O}) está formada por moléculas neutras; su autoionización 2\text{H}_{2}\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_{3}\text{O}^{+} + \text{OH}^{-} ocurre en cantidad extremadamente baja, por lo que la conducción es prácticamente nula.
3. El cloruro de sodio sólido (\text{NaCl}) es una red iónica en la que los iones \text{Na}^{+} y \text{Cl}^{-} quedan fijos en posiciones del retículo, sin libertad de movimiento, por eso no conduce en estado puro.
4. Al disolver \text{NaCl} en agua, las moléculas polares rompen la red y separan los iones: \text{NaCl}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_{2}\text{O}} \text{Na}^{+}_{(ac)} + \text{Cl}^{-}_{(ac)}.
5. Los iones libres se desplazan hacia los electrodos de signo opuesto, cerrando el circuito: la solución conduce la electricidad.

Elaboro un organizador gráfico: ¿qué grupos o familias forman iones positivos y negativos con mayor facilidad, según la tabla periódica?

1. Observe la tabla periódica: los elementos pierden electrones (forman cationes) hacia la izquierda y ganan electrones (forman aniones) hacia la derecha.
2. Los elementos que más fácilmente ceden electrones son los metales alcalinos (grupo 1), que forman +1; luego los alcalinotérreos (grupo 2), que forman +2.
3. Los elementos que más fácilmente aceptan electrones son los halógenos (grupo 17), que forman -1; luego los calcógenos (grupo 16, O y S), que forman -2.
4. Los gases nobles (grupo 18) no forman iones porque ya tienen octeto completo.

mindmap
  root((Formación de iones))
    Cationes +
      Grupo 1 Alcalinos
        Li⁺, Na⁺, K⁺
        Pierden 1 electrón
      Grupo 2 Alcalinotérreos
        Mg²⁺, Ca²⁺
        Pierden 2 electrones
      Grupo 13
        Al³⁺
        Pierde 3 electrones
    Aniones −
      Grupo 17 Halógenos
        F⁻, Cl⁻, Br⁻
        Ganan 1 electrón
      Grupo 16 Calcógenos
        O²⁻, S²⁻
        Ganan 2 electrones
    Grupo 18 Gases nobles
      No forman iones

Metacognición

¿Qué he aprendido?

Respuesta orientativa: Aprendí que los metales ceden electrones y forman iones positivos, los no metales aceptan electrones y forman iones negativos, y que la conducción eléctrica en soluciones depende de la presencia de iones móviles.

¿Cómo lo he aprendido?

Respuesta orientativa: Lo aprendí relacionando la posición de cada elemento en la tabla periódica con su tendencia a ganar o perder electrones, y analizando ejemplos como \text{NaCl} disuelto en agua.

¿Para qué me ha servido?

Respuesta orientativa: Me sirve para explicar por qué ciertos materiales conducen la electricidad, comprender la formación de compuestos iónicos y predecir la carga de un ion a partir del grupo al que pertenece.

¿En qué otras ocasiones puedo usarlo?

Respuesta orientativa: Puedo aplicarlo al estudiar enlaces químicos, pilas y baterías, electrolisis, la obtención de metales, y en la vida cotidiana al explicar por qué el agua de grilla (con sales disueltas) conduce y el agua destilada no.