Anexo 10

SECUENCIA DIDÁCTICA

IV. La formación de nuevos materiales.

Bloque

2. Oxidación y reducción.

Tema Subtema

2.2. Las reacciones redox. • •

Experiencias alrededor de las reacciones de óxido-reducción. Número de oxidación y tabla periódica.

Aprendizajes esperados

• • •

Analiza algunas reacciones de óxido-reducción en la vida diaria y en la industria. Identifica las características oxidantes de la atmósfera y reductoras de la fotosíntesis. Establece una primera relación entre el número de oxidación de algunos elementos y su posición en la tabla periódica.

ANTECEDENTES/IDEAS PREVIAS Reacciones químicas Ciencias Naturales de sexto grado en la Lección 30. Algunos materiales y sustancias también son inventos. En esta lección se comenta la capacidad de los seres humanos para transformar algunas sustancias en otras para producir nuevos materiales. Menciona que a partir de transformaciones conocidas como reacciones químicas las sustancias obtenidas tienen propiedades y aplicaciones diferentes de otros materiales. Señala como ejemplo la producción de vidrio, por medio de un esquema presenta a los reactivos, los procesos y los productos. Características reductoras de la fotosíntesis. Ciencias I. Bloque II. Tema 2. Subtema 2.3 Valoración de la importancia de la fotosíntesis como proceso de transformación de energía y como base de las cadenas alimenticias. Este tema es un antecedente pues se menciona a la fotosíntesis como un proceso de transformación de materia y energía. Características oxidantes de la respiración. Ciencias I. Bloque III. Tema 2. Subtema 2.2 Comparación entre respiración aerobia y anaerobia y Subtema 2.3 Relación de los procesos de respiración y fotosíntesis con el ciclo del carbono. Considera como ejemplo la elaboración tradicional de queso, pan y vino con los avances tecnológicos que permiten su producción masiva. Relaciona los procesos de respiración y fotosíntesis con las interacciones de oxígeno y dióxido de carbono en la atmósfera. 1

Oxidación. Ciencias III. Bloque II. Tema 1. Subtema 1.2 ¿Cómo es la estructura de los materiales?, Tema 2. Subtema 2.1 Estructura y organización de la información física y química en la tabla periódica, y en el Subtema 2.2. ¿Cómo se unen los átomos? El tema de enlaces químicos se puede tratar por medio de modelos en los que se ilustre cómo los electrones se transfieren o comparten para formar dichos enlaces. Reacciones óxido-reducción. Ciencias III en el Bloque III. Tema. 1. Subtema 1.1 El cambio químico. Identifica reactivos y productos que participan en un cambio químico y diferencia sus propiedades. Ideas previas de los alumnos 1234 Reacciones óxido-reducción y número de oxidación. • Los estudiantes confunden el número de oxidación con la valencia. • No toman en cuenta que ocurre simultáneamente una oxidación y una reducción. • Pocos estudiantes atribuyen la corrosión a una reacción química, no siempre incluyen al oxígeno y no lo asocian necesariamente con un incremento de masa. • La corrosión producida en la oxidación lenta del hierro puede percibirse como si un agente activo se estuviera comiendo el metal. • Aunque la mayoría de los estudiantes captan que el oxígeno es necesario para que se produzca una combustión, pocos entienden que en este proceso, el oxígeno se combina químicamente con la sustancia que se quema. Actividades sugeridas

Tiempo estimado: 6 horas Tiempo estimado: 10 minutos

• • •

Orientación didáctica Breve introducción de los contenidos y los aprendizajes esperados del subtema: Las reacciones redox. Establecer con los alumnos los criterios de evaluación en cada una de las actividades a desarrollar. Todos los productos que se elaboren individualmente, en equipo y en grupo formarán parte del portafolio para que estén disponibles en caso de ser necesaria su consulta.

Actividad de inicio. minutos

Tiempo estimado: 50

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Rosalind Driver et al. (2000), “Cambio químico”, en Dando sentido a la ciencia en secundaria, México, Visor/SEP/ (Biblioteca para la actualización del maestro), pp. 120-122. 2 Rosalind Driver et al. (1992), “Más allá de las apariencias: la conservación de la materia en las transformaciones físicas y químicas”, en Ideas científicas en la infancia y la adolescencia, Madrid, Morata, pp. 243-251. 3 Vanesa Kind (2004), “Ideas de los estudiantes sobre procesos químicos en sistemas abiertos”, en Más allá de las apariencias, México, Santillana/SEP/ (Biblioteca para la actualización del maestro), pp. 7587

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¿Qué recordamos de los electrones de valencia y de los iones? Recordar a los alumnos la actividad 1 ¡Una cara, muchas máscaras! y la actividad 3 ¿Qué representan los iones? del Bloque II. Tema 1. Subtema 1.2 ¿Cómo es la estructura de los materiales? • Formar equipos de 4 o 5 integrantes. Con la información contenida en la tabla periódica complementen la siguiente tabla: Elemento

Símbolo

Grupo

Número de electrones de valencia

Tendencia cede, gana o está completo el número de electrones

Sodio Magnesio Oxígeno Cloro Carbono Neón Nitrógeno Aluminio • En equipo contesten las siguientes preguntas: ¿Los electrones de valencia son aquellos que se encuentran en? ______________. ¿Qué función tienen los electrones de valencia? ___________________. Cuándo un átomo ha cedido o atraído electrones adquiere una carga positiva o negativa ¿a qué se debe?______________________________________________. ¿Un átomo con carga eléctrica se llama? ___________________. ¿Si la carga eléctrica del átomo es positiva se llama?_______________. ¿Y si es negativa se nombra? _______________. •

Representa a los siguientes iones Nombre Ion sodio Ion cloruro Ion aluminio Ion oxígeno

• •

Electrones Cedió 1 Atrajo 1 Cedió 3 Atrajo 2

Ion Na +1

Elegir un representante para que explique ante los demás equipos, algunos de los resultados obtenidos en el trabajo realizado. Para concluir la actividad solicitar que elaboren conclusiones en equipo acerca de la función de los electrones de valencia y de la razón por la que un átomo adquiere carga eléctrica.

Evaluación diagnóstica: Evaluación de las ideas previas de los alumnos, es necesario escucharlas, registrarlas y relacionarlas con la temática y su posible desarrollo. Tomar decisiones oportunas para valorar si la actuación docente está en correspondencia con las demandas de los estudiantes. Identificar los obstáculos comunes que plantea la construcción del concepto número de oxidación, que servirán como referencia para que el docente diseñe sus actividades en función de los conocimientos de los alumnos. 3

Actividades de desarrollo. Actividad 1 Tiempo estimado: 60 minutos ¿Qué es la corrosión? Actividad para los alumnos: Con anticipación de dos semanas se sugiere dar a cada equipo de alumnos un brillante y reluciente clavo de hierro, que registren su masa, lo lleven a su casa y lo pongan en un sitio donde se pueda oxidar. Solicitarles contestar las siguientes preguntas: • • • •

¿Dónde pusieron el clavo? ¿Qué características tiene ese sitio? ¿Por qué consideraron que ese entorno favoreció la oxidación del clavo? ¿Qué idea tienen de un óxido?

Después de dos semanas, solicitar a los alumnos que lleven a la clase los clavos y registren su masa. Se sugiere que en la clase se realice una exposición con sus clavos, del más oxidado al menos oxidado, con las respuestas a las preguntas planteadas, así como los datos de masa antes y después de la oxidación. Orientación didáctica Se espera que todos los alumnos aprecien que el aire (oxígeno) es esencial para que se produzca la oxidación, que puede facilitarse con el agua y que la oxidación es un ejemplo de cambio químico. En equipos de trabajo y partiendo de la actividad anterior, preguntar a los alumnos ¿Cuáles son los factores necesarios para la oxidación del clavo? Escribir las respuestas de los alumnos en el pizarrón, solicitar que cada equipo argumente sus respuestas. Se recomienda con base en sus argumentos fundamentados quitar del pizarrón los factores que no intervienen durante el proceso de oxidación, hasta llegar a establecer los factores necesarios para la que se lleve a cabo este tipo de reacción. A los equipos de trabajo plantearles las siguientes preguntas: ¿De dónde viene el óxido que se formó en el clavo?, ¿hubo alguna variación entre la masa inicial del clavo y la final?, ¿por qué? Se sugiere que los alumnos consulten en diferentes fuentes como libros, revistas e Internet para que indaguen sus respuestas. Que discutan en equipo y lleguen a un acuerdo. Después que cada equipo proponga una respuesta. Se recomienda escribir las respuestas en una hoja de papel bond o en el pizarrón. Se sugiere al profesor retomar las ideas de los alumnos en relación a la oxidación, partir de ellas, con la finalidad de explicar que la oxidación es un cambio químico durante el cual el hierro del clavo reacciona con el oxígeno del aire, en presencia de agua, para formar un óxido de hierro hidratado. Ese óxido es una nueva sustancia formada sobre el exterior del clavo y el oxígeno que reaccionó con el hierro es el que aumenta la masa del clavo. El óxido es un polvo pardo rojizo que se conoce como herrumbre.

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4 Fe + 3 O2 → 2 Fe2O3 La oxidación, por tanto, es una reacción química en la que un metal se combina con el oxígeno para formar una nueva sustancia. Cuando se presenta una reacción opuesta, en la que el óxido de un metal rompe sus enlaces con el oxígeno, se expresa que el óxido se redujo o que se presentó una reacción de reducción. En realidad, estos procesos siempre se presentan juntos, pues mientras el metal “se oxida”, el oxígeno responsable de este cambio “se reduce”. Por eso, se prefiere el término general de reacciones óxido-reducción, aunque en ocasiones se empleen las palabras como si fueran procesos separados. Además, en otros cambios similares no participa el oxígeno, por lo que encontramos otras acepciones de los términos oxidación y reducción que se describirán más adelante. •

Para concluir el tema los alumnos en equipo contestan los siguientes aspectos: Acerca de las reacciones óxido-reducción. Qué sé

Qué quiero saber

Qué aprendí

Con base en las respuestas a estas preguntas y la participación de los estudiantes, se realizará la evaluación de la sesión. Actividad 2 Tiempo estimado 60 minutos Número de oxidación A lo largo de la historia los conceptos cambian o bien se amplían, éste es el caso de este tipo de reacciones, por lo que la definición actual de oxidación y reducción es: Un elemento se oxida cuando en un cambio químico aumenta su número de oxidación y al mismo tiempo la disminución en el número de oxidación de un átomo implica que se redujo. Orientación didáctica Los cambios en el número de oxidación no deben interpretarse necesariamente como la transferencia real de electrones de un átomo a otro. No siempre es válido aplicar un modelo de transferencia de electrones a una reacción de óxido-reducción. Como es el caso de compuestos covalentes. Para saber cuando sucede una reacción óxido-reducción, se necesita conocer el número de oxidación de los átomos involucrados durante la reacción química. Ahora se analizará cómo se determina el número de oxidación de algunos átomos. Orientación didáctica El concepto de número de oxidación es fundamental en química, sin embargo es necesario guiar a los alumnos acerca de su interpretación 5 correcta, pues en ocasiones sí tiene que ver con cargas eléctricas reales (enlaces iónicos) y en otras es sólo una convención (enlaces

Formar equipos de 4 o 5 integrantes y realizar las siguientes actividades. Un átomo neutro cualquiera tiene un número definido de electrones, el cual corresponde al número de protones –su número atómico–que posee su núcleo. Compruébalo mediante las siguientes actividades. Completar los datos faltantes de la siguiente tabla: Elemento (neutro) Na S O F Al H

No atómico 11 16 8 9 13 1

Número de protones 11

Número de electrones 11

Generalmente, cuando un elemento determinado se combina a través de una reacción química, el número de electrones que está asociado a él, puede ser mayor o menor que su número atómico característico. Por lo que, el concepto número de oxidación, significa el número de electrones en exceso o de déficit que se le asigna a un elemento con respecto a su número atómico, cuando forma parte de un compuesto o está en forma de ion, siguiendo ciertas reglas: Si el número de electrones asignado a un elemento es mayor que su número atómico, se le confiere una carga aparente negativa. Por el contrario, si el número de electrones asignado es menor que su número atómico, se le otorga una carga aparente positiva. Basado en el ejemplo anterior: Átomo que forma parte de un compuesto o ion.

Na

No atómico

Número de protones

Número de electrones

Número de oxidación

11

11

10

1+

Ejemplo: Na = número de protones 11 (+), número de electrones 10 (-) tenemos finalmente un número de oxidación 1+ ya que tiene menos electrones que el elemento neutro. De esto podemos concluir que todos los elementos en su estado libre (neutro) tienen un número de oxidación igual a ________.

Completar los datos faltantes de la siguiente tabla: Átomo No Número de Número de

Número de

que forma parte de

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un compuesto o ion.

atómico protones electrones oxidación S 16 16 18 O 8 8 10 F 9 9 10 Al 13 13 10 H 1 1 0 H 1 1 2 Li 3 3 2 N 7 7 10 En la tabla siguiente se muestra el número de oxidación de algunos átomos y el grupo al que pertenecen. Su tarea es completarla. Ion Grupo Ion Grupo 1+ 1+ Li 1 H Mg 2+ Ca2+ F 1Na1+ O 2N 33+ Al S26 K1+ Be2+ ¿Qué relación encuentran entre el número de oxidación de los átomos y su grupo en la tabla periódica? Orientación didáctica Recuerde establecer la diferencia entre valencia y número de oxidación. La valencia se interpreta como la capacidad de combinación de un elemento, es decir, cuántos enlaces puede hacer, y queda determinada por el número de electrones más externos del átomo en cuestión, que participan en los enlaces de un compuesto químico. Por ejemplo, el oxígeno, con seis electrones de valencia, suele tener valencia 2, pues realiza dos enlaces covalentes o bien recibe dos electrones. El número de oxidación representa la carga aparente que tiene o se le asigna a un átomo en un compuesto dado y corresponde a un mayor o menor número de electrones asociados a él, este número puede ser positivo o negativo. Después de haber determinado el número de oxidación de algunos átomos y haberlos relacionado con su grupo, explica ¿Qué diferencias encuentras entre la valencia o capacidad de combinación de un elemento y el número de oxidación de un átomo? Completar el cuadro comparativo. Concepto Semejanzas

Valencia

Número de oxidación

•

Diferencias

• • •

Conclusiones

•

• • •

Completar los datos faltantes de la siguiente tabla: Átomo Grupo Electrones Número de de valencia oxidación 7

S 6 6 2O F Al 3 Na 1+ Mg Li N 5 3Después de las observaciones realizadas, ¿cuál es su conclusión respecto a la cantidad de electrones de valencia y el número de oxidación de un átomo? ¿Para qué sirve saber cada uno? Un representante del equipo explica cómo se obtiene el valor del número de oxidación y la relación que tiene con la tabla periódica, así como las diferencias entre la valencia y el número de oxidación de un átomo. Por escrito cada alumno explica las diferencias entre valencia y número de oxidación, dando dos ejemplos de cada uno y explica para qué sirve saber cada dato. Orientación didáctica El concepto de número de oxidación puede ser aplicado también a materiales con enlaces covalentes, tomando como base la distribución desigual de los electrones compartidos, suponiendo que el elemento más electronegativo del enlace es el "poseedor" de los electrones del mismo. Es una estrategia útil en la enseñanza. Al evaluar la sesión se considerarán todos los ejercicios realizados y se pedirá a los estudiantes que pregunten sus dudas para que los conceptos de número de oxidación y valencia estén comprendidos, pues son indispensables para poder realizar las actividades siguientes. Actividad 3 Reacciones óxido-reducción

Tiempo estimado: 60 minutos

Nota: Antes de la clase, solicite una hoja de papel bond y plumones. Es común que en nuestro medio se lleven a cabo reacciones óxidoreducción, sin embargo no se presta atención y con frecuencia no se observan en forma visible sus efectos. ¿Puedes identificar algunas reacciones óxido-reducción que ocurren a tu alrededor?

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Orientación didáctica A lo largo de la historia el término "oxidación" toma su nombre de los procesos en los que una sustancia reacciona con el oxígeno, provenga de otra sustancia o del aire. Se dice que la sustancia que se combina con oxígeno se ha oxidado y la que rompe sus enlaces con el oxígeno se ha reducido. Al paso del tiempo el concepto se amplía. Así, los términos de oxidación y reducción se identificaron con procesos en los que ocurre ya sea transferencia de oxígeno, de hidrógeno o de electrones. En todos los casos, la transferencia se lleva a cabo entre dos sustancias. Por lo tanto, es fundamental entender que siempre que se presenta una oxidación hay una reducción, y viceversa. Nunca se tiene un proceso sin el otro. Formar equipos de 4 o 5 integrantes, entregar a cada equipo la lectura siguiente sobre ejemplos de reacciones óxido-reducción comunes, para realizar el análisis de estos cambios. Los alumnos deben reunirse, efectuar la lectura e identificar y analizar las características en cada caso, como se muestra en el ejemplo resuelto al final. Puede asignarse a cada equipo el análisis de un proceso y pedir que lo expongan ante el grupo. Para cada uno de los ejemplos mencionados, se buscará que los alumnos respondan las siguientes preguntas: • ¿Qué importancia tiene el proceso descrito en la vida diaria? • ¿Cómo se lleva a cabo? • ¿Tiene alguna importancia económica? ¿Por qué? • ¿Interviene el oxígeno? ¿cómo? • ¿Por qué es una reacción óxido-reducción? Identifica los elementos que se oxidan y se reducen. Escriban las respuestas en una hoja de papel bond. Si escuchamos hablar de “procesos de óxido-reducción”, el manejo de estos términos puede parecernos algo sofisticado o perteneciente a ámbitos complejos de la ciencia y la tecnología, lejanos a nuestra vida cotidiana. Todos hemos visto un clavo oxidado y sabemos que muchas piezas metálicas se oxidan fácilmente cuando se mojan, pero no suena fácil eso de identificar cambios con ese nombre. Sin embargo, estos “procesos de óxido-reducción” son mucho más comunes y cercanos a ti de lo que piensas. No exageramos si decimos que gran parte de los cambios químicos más comunes, incluidos los que ocurren en tu cuerpo, en tu casa, en la industria y en la calle, pueden incluirse en esta categoría. Para que te convenzas de esta afirmación, aquí van algunas afirmaciones con ejemplos que seguro te suenan familiares: a) La corrosión provoca pérdidas millonarias. Este ejemplo es justamente el que sí conoces, por eso lo mencionamos primero. En la construcción, en la industria y en la elaboración de muchos utensilios se emplean metales. Muchos de ellos deben ser protegidos por diferentes medios para que el oxígeno del aire no los transforme en óxidos,

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que suelen ser polvos con propiedades muy diferentes a los elementos metálicos. A este proceso o cambio químico se le conoce como corrosión, y si no la prevenimos o evitamos, nos hará gastar grandes cantidades de dinero. Si no lo crees, sólo piensa qué es más fácil y barato, pintar una reja de la casa o los canceles de la ventana, si son de acero, o hacerlos nuevos cada vez que se deshacen en cachitos al oxidarse. O, pensando en un nivel industrial, ¿cuánto se arriesga si, en vez de pintar y aplicar otros procesos químicos en el casco de un enorme barco, también con casco de acero, permitimos que se desgaste rápidamente al contacto con el mar, hasta llenarse de hoyos? Si piensas en bicicletas, autos, camiones, aviones, llaves, alambres, varillas, maquinaria industrial y hasta joyas, encontrarás otros casos en los que prevenir la corrosión resulta de utilidad. ¿Quién es el “villano” principal de esta historia? Sorprendentemente, este villano que nos hace tomar muchas precauciones, es el “héroe” de otros procesos: el oxígeno del aire sin el cual, ¡no podríamos respirar! Para ejemplificar su acción, observa la reacción que ya conoces: 4 Fe + 3 O2 → 2 Fe2O3 b) ¿De dónde vienen los metales? Si vas al bosque, a la selva, al desierto, a la playa o a cualquier paisaje natural en el que el ser humano no haya hecho muchas modificaciones, no vas a poder encontrar ninguna pieza ni material metálico que no haya sido colocado ahí por alguna persona. Los metales, salvo algunas excepciones, no están en la superficie de nuestro planeta como tales. Entonces, ¿de dónde los sacamos? La respuesta a esta pregunta nos permite referirnos a una actividad que comenzó en la antigüedad, pero que tomó gran auge en los últimos siglos: la minería. Y no es que de las minas se saquen los metales directamente, sino que se obtienen los minerales que los contienen, pero en forma de compuestos como óxidos y sales. Para recuperar el metal, se requiere llevar a cabo el proceso contrario a la corrosión, lo cual se realiza en grandes plantas industriales. Por ejemplo, en las plantas llamadas de “altos hornos” se realiza la refinación del hierro para fabricar el acero. En este caso, se combina el óxido del metal con carbono a muy altas temperaturas, con lo que ocurren los siguientes cambios: C + O2 → CO CO + Fe2O3 → CO2 + 2 Fe Para refinar otros elementos se emplean reacciones similares o bien se realizan otros procesos químicos, todos encaminados a recuperarlos en su forma metálica. c) ¿Qué me pongo en la cortada?

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Si sufrimos un accidente que nos ocasiona una herida pequeña, siempre existe el riesgo de que ocurra una infección que complique la recuperación. Para evitar esto, se recomienda lavar bien la lesión con jabón para eliminar a muchos microbios, pero esto puede no ser suficiente, por lo que en las farmacias podemos conseguir diferentes disoluciones desinfectantes o antisépticas. Algunas de ellas funcionan precisamente mediante reacciones de óxido-reducción. Como ejemplo, tenemos al agua oxigenada, que es una disolución de peróxido de hidrógeno, H2O2, al 3% en agua, que se aplica sobre raspones o cortadas leves. En la sangre y los tejidos tenemos una enzima llamada catalasa que hace que el peróxido de hidrógeno se descomponga produciendo oxígeno, O2, y agua; la molécula de oxígeno ejerce un fuerte poder oxidante sobre las membranas de los microbios y los mata. La reacción que cataliza la catalasa es: H2O2 → H2O + O2 d) Vamos a blanquear la ropa. La higiene es indispensable para el mantenimiento de la salud. El lavado de la ropa se suele hacer con diferentes jabones y detergentes. Pero cuando queremos que se quiten diferentes manchas de las prendas blancas, empleamos disoluciones blanqueadoras, cuya función principal no es quitar, sino decolorar a las sustancias que producen el color. Para lograr esta función, las reacciones que se emplean son procesos de óxido-reducción. La sustancia más conocida de las usadas en estas disoluciones es el hipoclorito de sodio, NaClO, que es muy oxidante, con lo que transforma a muchos materiales haciendo que pierdan su coloración característica. El hipoclorito de sodio no sólo quita el color, sino que también elimina a muchos microbios, por lo que resulta de gran utilidad para prevenir infecciones o para tratar materiales que hayan estado en contacto con gente enferma. Esta propiedad también es importante. En ocasiones llamamos “cloro” a estas disoluciones, pero en realidad el cloro se usa para fabricarlas, pues el hipoclorito de sodio se fabrica cuando este elemento gaseoso se burbujea en disoluciones de hidróxido de sodio. La reacción que ocurre es la siguiente: Cl2 + NaOH → NaClO + NaCl + H2O Con los ejemplos anteriores, puedes darte cuenta de que los “procesos de óxido-reducción” están más cerca de ti de lo que te imaginabas. ¡Y eso que no mencionamos que también forman parte de la respiración, la fotosíntesis, el procesamiento de alimentos en el cuerpo y la combustión! Explicación para asignar los números de oxidación en una ecuación química. Los alumnos podrán responder, tomando en cuenta su propia experiencia y razonamiento, cuál es la importancia económica y social de los procesos que 11

se analizaron, sin embargo, para el análisis de la reacción, habrá que orientarlos para que argumenten por qué es un proceso de óxido-reducción, asimismo que identifiquen a los elementos que se oxidan o se reducen, además de marcar qué símbolos representan a elementos, compuestos, átomos o moléculas, como un repaso de temas anteriores. Para el análisis es indispensable asignar los números de oxidación. Como ejemplo, se analiza lo que ocurre en uno de los casos, el del agua oxigenada: a) Asignamos números de oxidación:

H2+1O2-1 →

H2+1O-2 + O20

b) Identificamos que el elemento que cambió de números de oxidación fue el oxígeno. Algunos de los átomos de este elemento se oxidan, pues perdieron electrones, lo cual se refleja en el aumento de su número de oxidación: O-1 - 1 electrón → O0 c) Otros átomos de oxígeno, los que formaron el agua, se redujeron al ganar electrones, lo que se aprecia en la disminución de su número de oxidación: O-1 + 1 electrón → O-2 En este caso, entonces, podemos decir que, ante la acción de la catalasa, algunos átomos de oxígeno de la molécula del peróxido de hidrógeno, funcionaron como oxidantes, mientras otros funcionaron como reductores. Ayude a los alumnos a que realicen un análisis similar con las demás reacciones Para concluir la actividad: •

Elegir un representante para que explique sus respuestas ante los demás equipos.

•

En el pizarrón reunir las hojas de papel bond para poder apreciar las características semejantes y diferentes entre un proceso y otro.

•

Escribe en forma individual ¿En qué se parecen todos los procesos anteriormente analizados? ¿En qué son diferentes? ¿En qué radica la importancia de las reacciones óxido-reducción analizadas?

•

Finalmente se elabora una conclusión general, en una hoja de papel bond.

La conclusión de los alumnos debe considerar: Las reacciones óxido-reducción que aportan importantes beneficios al ser humano y aquéllas que de alguna manera nos afectan. Resaltar que el oxígeno es sin duda el agente oxidante más común. Oxida rápidamente la madera que arde en las fogatas y la gasolina en el motor del automóvil. Durante la corrosión el oxígeno se combina lentamente con metales. Afortunadamente el oxígeno gaseoso es un agente oxidante suave en la concentración en que se encuentra en la atmósfera, 21% en volumen. Al evaluar la sesión, se considerarán todas las actividades realizadas por los estudiantes y se plantearán algunas preguntas de forma oral para comprobar

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que los conocimientos se van reafirmando. Asimismo las conclusiones que elaboren deben ser cercanas al conocimiento científico. Actividad 4 ¿Respiración y fotosíntesis?

Tiempo estimado: 60 minutos

Nota: Antes de la clase, solicite material para realizar un cartel cartulina, plumones, libros y revistas de biología. Es sorprendente lo mucho que damos por sabido. Por ejemplo respiramos sin cesar. Si dejáramos de respirar cinco minutos, aproximadamente, moriríamos. Sin embargo raras veces nos preguntamos ¿De dónde viene el oxígeno que contiene el aire que respiramos? ¿Para qué respiramos? De igual manera diariamente comemos para tener energía suficiente para realizar las funciones vitales que nuestro cuerpo necesita, aparte de poder cumplir con nuestras responsabilidades, pero ¿De dónde viene el alimento que diariamente consumimos? ¿Tienen alguna relación éstas preguntas con las reacciones óxido-reducción? ¿Cómo podemos saberlo? Formar equipos de 4 o 5 alumnos. Con ayuda de libros, revistas y material a su alcance (documental, video, etc.) realizar una indagación del proceso de respiración y de fotosíntesis; se sugiere que sea un trabajo corto y fértil. La presentación de la indagación será en un cartel, que debe incluir las respuestas a las preguntas iniciales. Sugerencia de lecturas.

La fotosíntesis. La vida en la Tierra depende fundamentalmente de la energía solar, la cual es atrapada mediante el proceso fotosintético, que es responsable de la producción de toda la materia orgánica que conocemos. Las plantas verdes son capaces de utilizar la energía de la luz solar para producir alimentos a partir del dióxido de carbono (CO2) y el agua (H2O). Esta reacción que forma parte del proceso de fotosíntesis produce compuestos orgánicos (alimentos) como la glucosa, liberando oxígeno (O2). Podemos resumir esto en la siguiente ecuación química: Sol Energía + agua + bióxido de carbono

Fotosíntesis alimento + oxígeno

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Si representamos el caso particular de la glucosa, el carbohidrato más común del que obtenemos energía: Energía + 6H2O + 6CO2 → C6H12O6 + 6O2 Los seres fotosintéticos captan la luz mediante diversos pigmentos fotosensibles, entre los que destacan por su abundancia las clorofilas y carotenos. Al absorber los pigmentos la luz, los electrones de sus moléculas reciben esta energía y la emplean para pasar a otros materiales: una molécula de pigmento se oxida al perder un electrón que es recogido por otra sustancia, que se reduce. Así la clorofila puede transformar la energía luminosa en energía química. La respiración Todos los organismos dependen de la energía contenida en los alimentos para vivir. Gracias a la respiración se producen reacciones de oxidación que liberan la energía contenida en los alimentos, la cual es utilizada por los seres vivos para poder realizar todas sus funciones vitales. La mayoría de los organismos vivos utilizan el oxígeno para su respiración; éste se encuentra en la atmósfera. Los gases atmosféricos forman la mezcla que conocemos por aire, constituido principalmente por nitrógeno (N2) y oxígeno (O2), aunque también existen pequeñas cantidades de otros gases. El nitrógeno se encuentra en un 78.1 % y el oxígeno forma aproximadamente el 21% de la atmósfera. Así pues, durante la respiración se consume constantemente oxígeno para que se lleve a cabo el procesamiento de los alimentos y como producto se genera bióxido de carbono, agua y la energía necesaria para realizar nuestras distintas funciones. Podemos resumir esto en la siguiente ecuación: Respiración celular Alimentos + oxígeno

dióxido de carbono + agua + Energía

Si ejemplificamos este proceso con el principal combustible, la glucosa, la reacción sería: C6H12O6 + 6O2 → 6H2O + 6CO2 + Energía Nuestra existencia misma depende del oxígeno y de la oxidación de los alimentos. La propia vida es un fenómeno óxido-reducción. Al revisar la actividad: Cada equipo presenta su cartel al grupo, explicando las respuestas a las preguntas iniciales, a través de los procesos de respiración y fotosíntesis. En plenaria destacar las características oxidantes de la atmósfera y reductoras de la fotosíntesis y la importancia biológica de los dos procesos para la vida. Es importante que el alumno concluya que cuando un alimento (glucosa) reacciona con el oxígeno durante el metabolismo, se oxida para formar bióxido de carbono y agua; por lo tanto el bióxido de carbono y el 14

agua son formas oxidadas de la materia. El elemento que se reduce es el oxígeno, O20 , que se integra a los compuestos como O-2. Las plantas verdes son capaces de utilizar la energía de la luz solar para producir alimentos. Si analizamos la reacción química de la fotosíntesis, podemos identificar que el oxígeno se oxidó, pues formaba parte del CO2 y el H2O como O-2 y se liberó como moléculas de oxígeno O20, perdiendo electrones. No resulta tan fácil identificar que el elemento que se redujo fue el carbono, que en la glucosa contiene una proporción menor de uniones con oxígeno que en el CO2. Los alimentos son formas reducidas de compuestos que al romper sus enlaces desprenden energía. Los alumnos seguramente podrán notar que la reacción global de fotosíntesis es en esencia la inversa de la oxidación de los alimentos. Como parte de la evaluación de la sesión, durante la plenaria asegúrese de que los procesos analizados han quedado claros. También es buen momento para pedir que los estudiantes hagan un pequeño escrito de tarea en el que resalten la importancia de las reacciones de óxido-reducción para la vida, la sociedad y la industria, como una reafirmación de todo lo revisado hasta ahora. Cierre Socialización de lo aprendido

Tiempo estimado: 60 minutos

Para concluir con las actividades de este tema, se propone llevar a cabo las siguientes actividades: Realización de una actividad práctica en la que se puedan revisar procesos de óxido reducción y se resalten los conceptos relacionados con ellos. Realizar una exposición con los trabajos realizados en la secuencia didáctica (los clavos, los carteles, las conclusiones en las hojas de papel bond, etc.) Organizar un coloquio donde se comenten los conocimientos adquiridos, que les permita a los alumnos reorganizar sus nuevas ideas al hablar y escuchar a los demás. Orientación didáctica Esta actividad de cierre puede llevar más tiempo que una hora de clase, según el grupo con el que se esté trabajando, tanto por el número de estudiantes, por su participación y por la forma en la que se desarrollen las actividades prácticas. Para la realización de las actividades prácticas hay muchas reacciones químicas de óxido-reducción que pueden resultar muy atractivas para los estudiantes. Su realización depende de la disponibilidad de materiales en el laboratorio. Desmanchemos telas con agentes de óxido-reducción:

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Le sugerimos que realice esta actividad sencilla, que consiste en probar el poder decolorante del agua oxigenada y del hipoclorito de sodio sobre manchas en telas blancas. Para este experimento, bastará contar con telas blancas de composiciones diversas, las cuales se ensucian con diferentes tintas, comida, aceites, pinturas, etcétera, que se someten a tratamiento con los reactivos ya descritos. Se sugiere organizar la sesión de forma que cada tela diferente se ensucie con todos los agentes y que se prueben disoluciones de agua oxigenada y de hipoclorito de sodio con diferentes diluciones, de forma que los alumnos tengan que controlar diferentes variables y puedan organizar un análisis para sacar conclusiones sobre las mejores condiciones en que pueden emplearse esos decolorantes. Debido a que todo este proceso se desarrolla como cierre de las actividades del tema, se sugiere que el profesor planee preguntas a lo largo del mismo que inciten a los alumnos a recordar lo aprendido y a deducir lo que ocurre con base en su experiencia. Pida además que tomen notas para realizar un informe en el que profundicen en las observaciones y las conclusiones respectivas. Esta participación nos permite hacer una evaluación de lo aprendido. Finalmente, al acabar el experimento, se recomienda hacer el cierre final comentando con los alumnos la forma en que se desarrolló el tema y los aspectos más importantes de lo aprendido. Puntos a tratar: 1. El aspecto macroscópico de las reacciones óxido-reducción. ¿En dónde radica la importancia de las siguientes reacciones óxido-reducción en la vida diaria? ¿Y en la industria? ¿Qué pasaría con los siguientes procesos si la atmósfera del planeta no fuera oxidante? • La corrosión. • La combustión. • Fabricación de acero. • Los antisépticos y desinfectantes. • Los blanqueadores. • La fotosíntesis. • La respiración. 2. El aspecto microscópico de las reacciones óxido-reducción. • Diferentes acepciones de los términos oxidación y reducción. • Número de oxidación ¿cómo se determina? ¿qué información nos proporciona? ¿cómo se utiliza para interpretar una reacción óxido-reducción? ¿Para qué usar el número de oxidación en las reacciones óxido-reducción? 3. Discusión de dudas generales. 4. Como una forma de evaluación final, recupere los comentarios de los alumnos y solicite que integren los diferentes documentos en un portafolio.

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