Un enlace metálico es un enlace químico que mantiene unidos los átomos de los metales entre sí. Existe la unión entre núcleos atómicos y los electrones de valencia, que se juntan alrededor de éstos núcleo atómicos y forman la nube electrónica En el enlace metálico todos los átomos comparten los electrones del nivel más externo, dando lagar a redes cristalinas metálicas.
Los compuestos metálicos se ordenan redes tridimensionales, ocupando posiciones de equilibrio en los vértices de determinadas formas geométricas. Los metales de uso industrial más frecuente cristalizan en tres redes que son:
Red cúbica centrada en el cuerpo, con una coordinación de 8 como el litio o sodio.
Red cúbica de caras centradas, con una coordinación de 12 como el oro, aluminio o plomo.
Red hexagonal compacta, con una coordinación de 12 como magnesio, cinc o cadmio.
Para explicar el enlace metálico se utilizan dos modelos:
Modelo del mar de electrones, en el que se afirma que los electrones de valencia no pertenecen a los átomos del metal, sino que todos ellos forman lo que se conoce como "mar de electrones", estando deslocalizados por toda la red y siendo comunes al conjunto de átomos que la forman.
Modelo de bandas, según el cual se describe la estructura electrónica del metal como una estructura de bandas electrónicas, o simplemente estructura de bandas de energía, debidas al solapamiento de los orbitales atómicos. Existiendo dos bandas una de valencia ocupada por los electrones de valencia de los átomos, es decir, aquellos electrones que se encuentran en la última capa o nivel energético de los átomos y otra banda de conducción que está ocupada por los electrones libres, es decir, aquellos que se han desligado de sus átomos y pueden moverse fácilmente. Estos electrones son los responsables de conducir la corriente eléctrica y en función de la distancia entre las capas de valencia y conducción se pueden clasificar los materiales como conductores, semiconductores o aislantes.
Los metales son todos, salvo el mercurio, sólidos a temperatura ambiente, tienen alta conductividad térmica y eléctrica, poseen brillo metálico, son dúctiles y maleables y emiten electrones por efecto del calor y la luz.
El enlace covalente se produce entre dos átomos cuando estos átomos se unen, para alcanzar el octeto estable, compartiendo electrones del último nivel (excepto el hidrógeno que alcanza la estabilidad cuando tiene 2 electrones). Para generar un enlace covalente es preciso que la diferencia de electronegatividad entre los átomos sea menor a 1,7.
Denominamos estructura de Lewis al esquema en el que aparecen todos los átomos de la molécula con sus electrones de la última capa y en la que vemos tanto los pares compartidos o enlaces covalentes, como los no compartidos o pares no enlazantes.
Los pasos a seguir son:
Realizar la configuración electrónica de los átomos para conocer cuántos electrones de valencia tienen.
Saber los enlaces que quiere formar cada uno de los átomos, serán los mismos que electrones le falten para completar el octeto.
Dibujar esos pares enlazantes y añadir los pares no enlazantes a cada átomo para que aparezcan todos sus electrones de la última capa.
Las estructuras resonantes son útiles porque permiten representar moléculas, iones y radicales para los cuales resulta inadecuada una sola estructura de Lewis. Se escriben entonces dos o más de dichas estructuras y se les llama estructuras en resonancia o contribuyentes de resonancia.
La teoría de repulsión de pares de electrones de valencia, es un modelo usado en química para predecir la forma de las moléculas o iones poliatómicos. Está basado en el grado de repulsión electrostática de los pares de electrones de valencia alrededor del átomo central.
Para que una molécula sea polar, debe tener átomos con diferente electronegatividad y separación de cargas en la moléculas, con estas dos premisas en la molécula habrá un momento dipolar en la molécula.
La teoría de hibridación de orbitales complementa la teoría de enlace de valencia a la hora de explicar la formación de enlaces covalentes. En concreto, la hibridación es el mecanismo que justifica la distribución espacial de los pares de electrones de valencia. Los tipos de hibridación de orbitales que necesitamos aplicar para justificar la geometría de las moléculas más simples son: sp, sp2 y sp3.
Las ideas básicas del modelo de hibridación son:
Un orbital híbrido es una combinación de orbitales atómicos
El número de orbitales híbridos que se forman es igual al número de orbitales atómicos que se combinan.
Los orbitales híbridos formados tienen la misma forma y una determinada orientación espacial: sp lineal; sp2 triangular plana y sp3 tetraédrica.
Los orbitales híbridos disponen de una zona o lóbulo enlazante y otra zona o lóbulo antienlazante; el enlace se produce por el solapamiento del lóbulo enlazante con el otro orbital del átomo a enlazar.
Los compuestos iónicos forman redes cristalinas constituidas por un número enorme de iones de carga opuesta, unidos por fuerzas electrostáticas. Este tipo de atracción determina las propiedades observadas. Si la atracción electrostática es fuerte, se forman sólidos cristalinos de elevado punto de fusión e insolubles en agua; si la atracción es menor, como en el caso del NaCl, el punto de fusión también es menor y, en general, son solubles en agua e insolubles en líquidos apolares, como el benceno.
La energía de red o energía reticular es la energía que se desprende al fomarse un mol de cristal iónico a partir de los iones que lo componen en estado gaseoso. Para calcular la energía reticular se puede usar la ecuación de Born-Landé
Mediante el ciclo de Born-Haber es posible calcular el valor de la energía reticular utilizando un camino indirecto basado en la ley de Hess, sin más que sumar los cambios de energía que tienen lugar en el proceso de formación del compuesto iónico.
Las fuerzas que mantienen unidos los átomos se denominan enlaces. Un enlace químico se produce cuando los átomos unidos adquieren un estado de menor energía y por tanto de mayor estabilidad, que cuando los átomos estaban por separado.
Cuando dos átomos están lo suficientemente separados, se puede suponer que no existe influencia mutua entre ellos y que la energía del sistema formado es nula. A medida que se van acercando, se ponen de manifiesto una serie de fuerzas de atracción de sus núcleos sobre las nubes electrónicas de los otros átomos (fuerzas de largo alcance), lo que produce una disminución de la energía del sistema.
Cuando los átomos se encuentran uno cerca del otro, empiezan a actuar las fuerzas de repulsión entre las nubes electrónicas, estas fuerzas tienen un efecto mayor a corta distancia, entonces el sistema se desestabiliza.
Ambas situaciones se pueden representar gráficamente mediante curvas de estabilidad, curvas de Morse. Se observa que existe una distancia internuclear en la que el sistema es más estable, siendo máximas las fuerzas de atracción y mínimas las de repulsión, esta distancia se denomina distancia de enlace y corresponde al mínimo de la curva. La energía correspondiente a esta distancia es la que se desprende en la formación del enlace químico.
Los diferentes tipos de enlaces químicos los puedes repasar en el siguiente vídeo y con las siguientes actividades:
El actual Sistema Internacional (SI) es el sistema adoptado internacionalmente, utilizado en la práctica científica y el único legal en España, en la Unión Europea y en numerosos otros países. El SI parte de un pequeño número de magnitudes/unidades denominadas básicas definiendo, a partir de ellas, las denominadas derivadas, como producto de potencias de las básicas. Cuando este producto de potencias no incluye ningún factor numérico distinto de la unidad, estas unidades derivadas se denominan coherentes. Así pues, el SI es un sistema coherente de unidades, que permite cuantificar cualquier magnitud medible de interés en la investigación, la industria, el comercio o la sociedad, en campos tan variados como la salud, la seguridad, la protección del medio ambiente, la adquisición de bienes o la facturación de consumos, por ejemplo.
El SI actual consta de siete unidades básicas, más un amplio grupo de unidades derivadas, junto a un conjunto de prefijos adoptados para denominar los valores de aquellas magnitudes que son mucho más grandes o mucho más pequeñas que la unidad básica, y que van desde el prefijo yocto hasta el prefijo yotta.
Desde Recursos Palomeras-Vallecas nos hacemos eco de la información del Centro Español de Metrología, que nos recuerda que en noviembre de 2018 se revisó las definiciones del kilogramo, amperio, kelvin y mol y es probable que esta revisión sea aprobada por la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM), el organismo internacional responsable de la comparabilidad global de las mediciones. Se espera que las definiciones revisadas entren en vigor el 20 de mayo de 2019
En el SI revisado, el kilogramo, el amperio, el kelvin y el mol se redefinirán en términos de valores numéricos fijos de las siguientes constantes de la naturaleza:
La constante de Planck (h),
La carga elemental (e),
La constante de Boltzmann (k),
La constante de Avogadro (NA), respectivamente.
y heredarán las incertidumbres asociadas a la determinación de dichas constantes.
Todas las definiciones de las unidades, se redactarán de forma distinta a la actual, de manera que las constantes aparezcan en ellas de manera explícita.
El resultado será una definición más coherente y fundamental de todo el SI, prescindiendo de realizaciones prácticas basadas en artefactos materiales, como era el caso hasta ahora del prototipo internacional del kilogramo, con posibilidad de pérdida y fuertes limitaciones de estabilidad a largo plazo, pasando a realizaciones prácticas más exactas, además de reproducibles en cualquier tiempo y lugar.
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EducaPlus.org es un sitio web educativo cuya principal característica es ofrecer recursos interactivos para el aprendizaje de ciencias, muy útiles para estudiantes de secundaria y bachillerato.
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El efecto hidrofóbico en los nanomateriales es una propiedad fundamental que surge de su composición química y su estructura superficial a nanoescala. Muchos nanomateriales, como las nanopartículas de sílice modificadas o el grafeno, son intrínsecamente hidrofóbicos o pueden ser diseñados para serlo mediante la funcionalización de su superficie con grupos químicos no polares, como silanos o fluorocarbonos. A nivel nanoscópico, la rugosidad y la arquitectura superficial magnifican este efecto, creando estructuras que atrapan aire y minimizan el área de contacto real con las gotas de agua. Esto resulta en el característico ángulo de contacto alto, donde el agua forma gotas casi esféricas que ruedan con facilidad, en un fenómeno conocido como superhidrofobicidad, inspirándose en la hoja de loto.
Las aplicaciones de este efecto son grandes y revolucionarias. Se utilizan para crear recubrimientos autolimpiables para edificios, parabrisas de automóviles y textiles, donde el agua que cae arrastra consigo la suciedad. En la industria marítima, los revestimientos hidrofóbicos en cascos de barcos reducen la fricción y previenen la adhesión de organismos, mejorando la eficiencia del combustible. Además, esta propiedad es crucial en la electrónica para proteger circuitos de la humedad, en sistemas de filtración y separación de aceite-agua, e incluso en el campo médico para el desarrollo de superficies antibacterianas o para el transporte dirigido de fármacos hidrofóbicos en el organismo.
El objetivo principal de Científic@s en prácticas es proporcionar a jóvenes estudiantes la oportunidad de realizar estancias en grupos y laboratorios de investigación, participando en sus trabajos y conviviendo con sus componentes; además de proporcionarles una oportunidad, a través de la ciencia, de entrar en contacto con un entorno al que de otro modo difícilmente tendrían acceso.
Científic@s en prácticas ha pretendido ayudar a los y las estudiantes a mejorar sus conocimientos y comprender mejor el mundo científico e investigador, así como concienciarles, a ellas y ellos y a su entorno, de la importancia de desarrollar un pensamiento crítico y del papel de la ciencia como un pilar fundamental para nuestra sociedad.
Además el programa tiene como objetivo la búsqueda y promoción del talento entre estudiantes y eventualmente despertar o avivar su interés por la ciencia. A más largo plazo, conseguir dar una continuidad de modo que las eventuales vocaciones científicas puedan llegar a desarrollarse, proporcionándoles oportunidades para llevar a cabo estudios científicos.
Después de la experiencia de nuestr@s 7 estudiantes del IES Palomeras-Vallecas nos han dejado estos excelentes pósteres de lo aprendido durante sus estancias:
El efecto fotoeléctrico es el fenómeno que consiste en la emisión de electrones por un material metálico al incidir sobre él una radiación electromagnética.
El efecto fotoeléctrico fue descubierto y descrito por Hertz, en 1887, al observar que el arco que salta entre dos electrodos conectados a alta tensión alcanza distancias mayores cuando se ilumina con luz ultravioleta que cuando se deja en la oscuridad. Einstein dió la explicación teórica del efecto fotoeléctrico, basando esta explicación en una extensión del trabajo sobre los cuantos dePlanck. En 1921 Einstein fue galardonado con el Premio Nobel.
Este vídeo y las simulaciones siguientes sirven para asimilar el efecto fotoeléctrico:
La solución de la ecuación de onda de Schrödinger da origen a cuatro tipos de valores llamados números cuánticos. Estos números proporcionan una mejor característica de los electrones.
Un orbital es la zona del espacio donde existe una gran probabilidad de encontrar un electrón de un átomo. Este valor de probabilidad es aproximadamente del 90%.
El Principio de indeterminación o de incertidumbre de Heisenberg, indica que es imposible medir simultáneamente, y con precisión absoluta, dos magnitudes conjugadas como son el valor de la posición y la cantidad de movimiento de una partícula subatómica.
