Iones: Catión y Anión

Los átomos normalmente son neutros, es decir, no poseen carga puesto que tienen la misma cantidad de cargas positivas como negativas, sin embargo, si el número de electrones se ve alterado los átomos pasan a volverse iones. Se le dice anión si el átomo tiene más electrones que antes, haciéndose aún más negativo, y catión si el átomo tiene menos electrones que antes, haciéndose positivo debido al déficit de estas partículas.

Los iones son clave en el mundo de la química influyen significativamente en nuestra vida cotidiana y en aplicaciones profesionales. Por ejemplo, los iones se utilizan en el tratamiento médico para sus propiedades antibacterianas, en sistemas de purificación de agua para mejorar la calidad del agua doméstica, y en tecnologías que facilitan procesos industriales como la minería y la producción agrícola.

En la vida profesional, especialmente en áreas como la ingeniería ambiental y la biotecnología, los iones son esenciales para desarrollar soluciones innovadoras y sostenibles. Este capítulo explorará no solo los aspectos teóricos de los iones, sino también su aplicación práctica, subrayando cómo este conocimiento es vital para enfrentar desafíos reales y avanzar en diversas tecnologías.

Actividad: “Relojes de Limón”

Objetivo:

Explorar la conductividad eléctrica de los electrolitos naturales y comprender cómo los iones presentes en frutas como los limones pueden generar suficiente energía eléctrica para alimentar un dispositivo pequeño, como un reloj digital.

Materiales:

• Limones frescos (o papas, como alternativa)
• Placas de cobre y de zinc (también puedes usar monedas de cobre y clavos galvanizados)
• Cables con clips de cocodrilo
• Relojes digitales de bajo consumo o calculadoras simples que se puedan operar con baterías de baja voltaje
• Cuchillo (para uso bajo supervisión adulta)

Descripción de la Actividad:

1. Preparación:
   • Cada estudiante o grupo de estudiantes recibe 2 o 3 limones. Si usas papas, asegúrate de que estén frescas para mejor conductividad.
   • Explica que el ácido cítrico en los limones (o el contenido de ácido fosfórico en las papas) actúa como un electrolito que permite el flujo de electrones.
2. Construcción de la Batería:
   • Haz dos pequeños cortes en cada limón o papa para insertar las placas de cobre y de zinc. Asegúrate de que los metales no se toquen entre sí dentro del fruto.
   • Conecta los cables con clips de cocodrilo a las placas de cobre y zinc. Luego, usa otro juego de cables para conectar los electrodos de un limón a los del siguiente, creando una serie para aumentar el voltaje total.
   • Conecta el cable del último electrodo de cobre al terminal positivo (+) del reloj o calculadora y el último electrodo de zinc al terminal negativo (-).
3. Activación del Dispositivo:
   • Una vez completado el circuito, el reloj o la calculadora debería encenderse si todo está conectado correctamente y los limones están frescos.
   • Permite que los estudiantes experimenten con diferentes configuraciones, como conectar más limones en serie o en paralelo para observar cómo cambia la potencia.
4. Discusión y Análisis:
   • Discute cómo el movimiento de iones entre los electrodos permite generar una corriente eléctrica.
   • Reflexiona sobre la importancia de los electrolitos y la conductividad en las reacciones químicas y en la generación de energía.
5. Aplicaciones y Reflexión:
   • Explora otras aplicaciones de baterías biológicas y discute la sostenibilidad y la viabilidad de usar fuentes alternativas de energía.
   • Incentiva a los estudiantes a pensar en cómo podrían mejorar el diseño para aumentar la eficiencia o la durabilidad de su batería biológica.

Evaluación:

Evalúa a los estudiantes según su participación en la construcción de la batería, su capacidad para trabajar en equipo, y su comprensión de los principios electroquímicos demostrados.

Esta actividad no solo es una excelente manera de enseñar conceptos clave de química y física, sino que también fomenta la creatividad y la investigación científica entre los estudiantes. Además, al utilizar materiales cotidianos y accesibles, los estudiantes pueden replicar fácilmente el experimento en casa para compartirlo con sus familias.

Actividad: “Ionizándonos: La Carrera de los Electrones”

Objetivo:

Comprender cómo los átomos ganan y pierden electrones para formar iones a través de una actividad competitiva y visual.

Materiales:

• Tarjetas de colores (rojo para electrones que se pierden, azul para electrones que se ganan)
• Tabla periódica grande impresa o proyectada
• Fichas de información sobre elementos comunes (incluyendo número de electrones en estado neutro)
• Cintas adhesivas o velcros para pegar tarjetas en la tabla periódica
• Cronómetro

Descripción de la Actividad:

1. División en Equipos: Divide la clase en pequeños grupos. Cada grupo representará un elemento químico.
2. Estudio Inicial: Entrega a cada grupo una ficha con la información de un elemento, incluyendo su configuración electrónica en estado neutro. Los estudiantes deben investigar rápidamente cuántos electrones ganaría o perdería su elemento para alcanzar una configuración más estable (formando un ion).
3. La Carrera de los Electrones: Al inicio de la carrera, cada grupo recibe tarjetas rojas o azules según si su elemento gana o pierde electrones para formar un ion. Por ejemplo, si el elemento forma un cation, recibirán tarjetas rojas (pierden electrones).Con el cronómetro en marcha, cada equipo corre hacia la tabla periódica y coloca sus tarjetas en el lugar correspondiente del elemento en la tabla, representando la pérdida o ganancia de electrones.
4. Explicación y Reflexión: Una vez que todos los grupos hayan colocado sus tarjetas, revisa cada caso frente a la clase, discutiendo:
   • ¿Por qué el elemento gana o pierde electrones?
   • ¿Qué tipo de ion forma (catión o anión)?
   • ¿Cómo afecta esto a las propiedades del elemento (por ejemplo, reactividad, conductividad, etc.)?
5. Competencia y Premiación: El grupo que coloque correctamente sus tarjetas en el menor tiempo posible puede recibir puntos extra o reconocimientos simbólicos.

Evaluación:

Evalúa a los estudiantes basándote en su participación activa, la precisión en la colocación de las tarjetas, y su capacidad para explicar cómo y por qué su elemento forma un ion específico.

Esta actividad no solo ayuda a comprender la formación de iones, sino que también incorpora movimiento y competencia, haciendo la clase más interactiva y memorable.

Actividad Problem solved learning: Determinar partículas subatómicas de iones

Descripción:

En esta actividad de aprendizaje basada en la resolución de problemas, los estudiantes serán desafiados a calcular el número de partículas subatómicas —protones, neutrones y electrones— en cationes y aniones específicos. Utilizando sus conocimientos sobre la estructura atómica y cómo los átomos ganan o pierden electrones para formar iones, los estudiantes aplicarán fórmulas y conceptos básicos para determinar la composición de varios iones comúnmente encontrados en compuestos químicos.

Objetivo:

El objetivo de esta actividad es reforzar la comprensión de los estudiantes sobre la estructura atómica y la formación de iones, al tiempo que desarrollan habilidades críticas de resolución de problemas. Al final de esta actividad, los estudiantes serán capaces de:

1. Identificar y explicar la diferencia entre cationes y aniones.
2. Calcular el número de protones, neutrones y electrones en cationes y aniones dados.
3. Aplicar el conocimiento de la tabla periódica para determinar la masa y el número atómico de los elementos involucrados.
4. Analizar cómo el cambio en el número de electrones afecta las propiedades químicas y físicas de los átomos cuando se convierten en iones.

Metodología:

1. Introducción Teórica: Breve repaso sobre la estructura atómica, incluyendo el concepto de número atómico, masa atómica y cómo estos se relacionan con protones, neutrones y electrones. Explicación de cómo los átomos forman cationes y aniones.
2. Asignación de Iones: Cada estudiante o grupo de estudiantes recibe una tarjeta con la información de uno o más iones para analizar. Esta información incluirá el símbolo del ion y, posiblemente, su uso o importancia en aplicaciones reales para aumentar el contexto práctico.
3. Proceso de Cálculo: Los estudiantes utilizarán la tabla periódica para buscar el número atómico y la masa atómica promedio de los elementos, luego calcularán el número de protones, neutrones y electrones en el ion dado, teniendo en cuenta la carga del ion para ajustar el número de electrones.
4. Presentación de Resultados: Cada estudiante o grupo presentará sus hallazgos a la clase, explicando su proceso de cálculo y discutiendo cualquier implicación interesante o inusual de la estructura iónica.
5. Reflexión y Discusión: Discusión grupal sobre cómo los iones participan en reacciones químicas y la importancia de entender su composición en campos como la química, biología y ciencias ambientales.

El siguiente link te dará acceso a la actividad.

https://drive.google.com/file/d/1sFWpAoyeXXgiiC9owbt7RC9k39y7_SiU/view?usp=sharing: Iones: Catión y Anión