Estudio de las fuerzas de atracción molecular a través de las moléculas de agua

Descripción:

El presente recurso muestra las fuerzas e interacciones intermoleculares que suceden en una gotícula de agua en diferentes modelos de representación de manera dinámica. Los estudiantes de grado 10º en la clase de química utilizarán todas estas funcionalidades para analizar sus propiedades y responder algunas preguntas al respecto.

Plan de Aula:

Una clase de Química tiene como propósito que los estudiantes de grado Décimo, identifiquen la importancia de las fuerzas de interacción molecular (en este caso las de Van der Waals) en la constitución de sustancias puras.

Durante el desarrollo de la clase se propone realizar la siguiente actividad:

El maestro utiliza en este caso la constitución estructural de las moléculas de agua para explicar la manera como se condensan en una gotícula, y a partir de varios modelos (Esféricos y varillas) identificar la manera como sucede su atracción química. Los modelados dinámicos están dispuestos de la siguiente manera:

Moléculas de agua condensando en una gotícula mediante enlaces de hidrógeno

Enlaces de hidrógeno intermoleculares en el agua  líquida y en el hielo

Dinámica molecular de la transición de agua a hielo

Posteriormente, los estudiantes deberán interactuar con las distintas simulaciones para responder a las siguientes preguntas planteadas por Eric Martz (ver página aquí):

1. En la conformación final (gotícula compacta), ¿cuál es la distancia entre átomo donador y átomo aceptor? (Las distancias pueden medirse en Jmol haciendo doble clic en un átomo, desplazando el puntero hasta el otro átomo y haciendo doble clic sobre él).
2. ¿Cómo son esas distancias donador-aceptor en la simulación del agua, comparadas con las existentes en las proteínas?
3. En la conformación final (gotícula compacta), ¿cuántos enlaces de hidrógeno dona cada molécula? ¿Cuántos acepta?
4. ¿Por qué algunas moléculas participan en más enlaces de hidrógeno que otras?
5. En la conformación final (gotícula compacta), ¿cuántas moléculas participan en el número máximo de enlaces de hidrógeno posible para una molécula de agua?
6. ¿Cuál es la disposición geométrica de los cuatro enlaces (dos covalentes, dos no covalentes) en los que puede participar un mismo átomo de oxígeno?
7. ¿Qué forma final (en el equilibrio) adoptaría la gotícula si contuviera muchas más moléculas?
8. ¿Qué término describe la fuerza que impulsa a la gotícula a tomar esa forma y dificulta que se deforme?
9. En términos moleculares, ¿qué es responsable de la fuerza mencionada?
10. ¿Por qué una gota de aceite es más fácil de deformar que una de agua?

Al realizar esta actividad, los estudiantes deben:

• Analizar gráficos y/o dibujos
• Modelar una situación o solución
• Responder pruebas cortas

Esta forma de utilizar el recurso Estudio de las fuerzas de atracción molecular a través de las moléculas de agua se enmarca en la categoria Ampliar porque la simulación permite analizar algunos elementos interactivos en la fuerzas de Van der Waals, incorporando así algunas mejoras funcionales que desde elementos impresos no podrían llevarse a cabo.

En relación con las habilidades del siglo XXI, esta actividad se enmarca en:

• Pensamiento de orden superior y Razonamiento profundo

  El proceso cognitivo de analizar, comparar, inferir e interpretar, evaluar y sinterizar, aplicado a un rango amplio de dominios académicos y de contextos de solución de problemas.

  Habilidades Cognitivas > Habilidades de Pensamiento Crítico y de Solución de Problemas > Habilidades para el Siglo XXI de EnGauge (INCREL / Metiri Group)

Se propone evaluar esta actividad de la siguiente manera:

El maestro les solicita a sus estudiantes que socialicen sus respuestas. Basándose en estas, buscará ajustar algunas inconsistencias conceptuales y responderá las preguntas originadas del ejercicio anterior.