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El átomo
1.
2. 3. 4. 5. 6. 7.
Las competencias de la unidad 1.1 Competencias clave 1.2 Competencias científicas Programación de aula Orientaciones didácticas Recursos digitales Test de autoevaluación Rúbricas de evaluación Solucionario 7.1 Solucionario del libro del alumnado 7.2 Solucionario del test de autoevaluación
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Unidad 1 · El átomo
1 Las competencias de la unidad 1.1 Competencias clave Competencias clave Situación de aprendizaje 1
Situación de aprendizaje 2
¿De qué está hecho lo que nos rodea?
CD Construir nuevos conocimientos a partir de vídeos explicativos. CA Desarrollar habilidades y actitudes que fomentan la curiosidad intelectual y las ganas de aprender sobre el mundo que los rodea. CI Desarrollar habilidades para tener capacidad de análisis, planificación y gestión para resolver el problema planteado.
Contenidos
CM Identificar las teorías de la antigua Grecia sobre la estructura de la materia y razonar su evolución hasta la actualidad.
Química en contexto
CA Saber encontrar los contenidos clave para solucionar el problema planteado. CS
Formarse un criterio propio sobre temas científicos que ayuden a desarrollar un pensamiento crítico.
CI
Desarrollar habilidades para tener capacidad de análisis, planificación y gestión para resolver el problema planteado.
¿Por qué nos dan calambrazos?
CA Participar en el aula con los compañeros y compañeras de manera reflexiva y responsable. CI Desarrollar la imaginación del alumno a partir de los experimentos dados y estimular su curiosidad para aplicarla a otros ejemplos. CM Identificar los tipos de carga eléctrica que existen e interpretar y clasificar los resultados obtenidos en los experimentos. CD Utilizar el material audiovisual dado para construir nuevos conocimientos.
Contenidos
CM Conocer los modelos atómicos y representarlos gráficamente. CD
Construir nuevo conocimiento mediante el uso de un simulador.
CM Hacer cálculos relacionados con el número atómico y el número másico de un elemento. Química en contexto
Situación de aprendizaje 3
CD
Construir nuevo conocimiento mediante el uso de un simulador. Utilizar un documento digital dado para hallar la respuesta a las preguntas propuestas.
CA
Ser capaz de encontrar la solución a un problema planteado y de cooperar con los compañeros de manera ordenada y razonada.
CS
Admitir la educación como una necesidad para poder evolucionar y mejorar la calidad de vida de la especie humana mediante el desarrollo de nuevas tecnologías.
CI
Estimular al alumno para que aumente su curiosidad por las nuevas tecnologías y sus aplicaciones.
Ganar y perder para quedar en ocho
CA Desarrollar habilidades para mejorar el razonamiento y poder resolver así los problemas planteados. CI Adquirir conciencia de la situación planteada y gestionar el conocimiento necesario con criterio propio para alcanzar el objetivo propuesto. CM Aplicar el razonamiento matemático para interpretar los resultados de los ítems proporcionados.
Contenidos
CM Identificar la formación de iones, cationes y aniones, y calcular su carga, así como las partículas que los forman.
Química en contexto
CA
Desarrollar habilidades y actitudes que fomentan la curiosidad intelectual y las ganas de aprender sobre el mundo que los rodea.
CS
Concienciar al alumno de la necesidad que tiene de cuidar su alimentación, ya que eso influirá directamente en su organismo.
CI
Contrastar y valorar informaciones diferentes de manera crítica y razonada analizando los pros y contras de los resultados en nuestro organismo.
CM Presentar en forma de tabla los resultados obtenidos en las preguntas planteadas.
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Unidad 1 · El átomo
Situación de aprendizaje 4
Clasificar átomos es como clasificar por marcas
CA Desarrollar la capacidad de motivación y necesidad de aprender haciendo al alumno protagonista del proceso mediante el uso de un simulador. CI Saber elegir y gestionar las destrezas para construir nuevo conocimiento. CM Clasificar elementos en grupos y establecer paralelismos entre ellos.
Contenidos
CM Conocer la existencia de los isótopos y realizar cálculos sencillos relacionados con los isótopos tanto radiactivos como no radiactivos. Resolver problemas sobre las masas atómicas relativas de los elementos.
Química en contexto
CA
Ser capaz de relacionar los isótopos radiactivos con ejemplos de su día a día en diferentes campos de aplicación.
CD
Ser capaz de hacer una búsqueda razonada en Internet para hallar la solución a problemas planteados. Entender la datación por carbono-14 y su ciclo en la Tierra visionando un documental dado.
CA
Desarrollar habilidades y actitudes que fomentan la curiosidad intelectual y las ganas de aprender sobre el mundo que los rodea.
CS
Hacer recapacitar al alumno sobre la importancia de cuidar nuestro entorno y sobre la seguridad requerida para hacerlo.
CI
Generar en el alumno curiosidad por conocer y entender las técnicas existentes para la datación de fósiles y por los efectos que puede tener la radiación sobre los seres humanos y su entorno.
CM Investigar y crear un dosier con la solución a las preguntas planteadas utilizando tablas y esquemas para su mejor entendimiento. Organiza los conceptos
CA
Actividades finales
CM Ent. 14, 15: Identificar las características de los distintos modelos atómicos y razonar la carga de ciertos iones a partir de unas afirmaciones dadas.
Entrénate +
Estructurar los conceptos aprendidos a lo largo de la unidad para construir un aprendizaje interrelacionado de todos ellos.
Ent. 16, 33, 35: Representar átomos utilizando el modelo atómico correspondiente. Ent. 17, 18, 19, 20, 34: Identificar las partículas subatómicas que componen un átomo neutro y calcular su número atómico y másico. Ent. 22: Hacer cálculos con los datos proporcionados para hallar las cargas de los iones dados. Ent. 23, 36: Hallar el número atómico, el másico y el número de partículas subatómicas de ciertos iones dados. Ent. 26, 27: Calcular la masa atómica relativa de un elemento teniendo en cuenta la abundancia de sus isótopos en la naturaleza. Ent. 28, 38: Hallar la abundancia de ciertos isótopos a partir de datos sobre sus masas y abundancia en la naturaleza. Ent. 29: Calcular la edad de una momia a partir de datos de isótopos radiactivos. Ent. 32: Utilizar el conocimiento previo para ser capaz de relacionar diferentes experiencias entre ellas. Ent. 39: Calcular la masa de un isótopo a partir de datos como la abundancia en la naturaleza y la masa atómica relativa del elemento en cuestión. Ent. 40, 41: Resolver problemas de isótopos radiactivos a partir de cierta información científica dada. CA
Ent. 21, 24: Interpretar una afirmación y razonar la pregunta que hacen sobre ella acerca de la formación de iones e isótopos. Ent. 30, 31: Utilizar los datos de un enunciado científico y los conocimientos adquiridos para hacer una interpretación de por qué responden a una situación real. Ent. 29: Crear la inquietud de búsqueda científica de datos para entender e interpretar de qué está hecho el mundo que nos rodea.
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Unidad 1 · El átomo
Química en contexto
CI
Desarrollar habilidades para tener capacidad de análisis, planificación y gestión para resolver el problema planteado.
CL
Ent. 25, 37: Explicar razonadamente qué elementos de los dados son isótopos entre ellos y tienen características comunes. Ent. 36: Fomentar el intercambio de conocimiento mediante el uso de la comunicación verbal, apreciando las ideas aportadas por los demás.
CM Act. 7: Resolver problemas de la vida cotidiana aplicando el conocimiento adquirido previamente. Act. 8: Saber dar sentido científico a un diagrama o tabla de valores dado para poder resolver las cuestiones propuestas a continuación. CA
Act. 7, 8: Ser capaz de aplicar los conceptos adquiridos para dar solución a las preguntas planteadas sobre la electrización y sobre la radiación en nuestro entorno. Act. 7, 8: Saber interpretar experiencias habituales de nuestro entorno para extraer de ellas información que nos permita desarrollar el conocimiento propio. Act. 8: Relacionar las dosis de radiación a las que estamos expuestos en determinadas zonas y ocasiones. Act. 7, 8: Desarrollar habilidades y actitudes que fomentan la curiosidad intelectual y las ganas de aprender sobre el mundo que los rodea.
Evalúa
CI
Act. 8: Desarrollar habilidades para tener capacidad de análisis, planificación y gestión para resolver el problema planteado.
CS
Act. 8: Interpretar datos sobre el mundo en el que vivimos para poder cuidarlo mejor.
CM Identificar modelos atómicos y a quién corresponden en cada caso. Calcular el número de electrones por nivel energético y representar los átomos correctamente. Concluir qué elementos de los dados son isótopos entre ellos y tienen características comunes.
8
CA
Saber encontrar los contenidos clave para solucionar el problema planteado.
CL
Interpretar y valorar de manera razonada y crítica los enunciados dados para construir una idea propia y sacar conclusiones correctas.
Unidad 1 · El átomo
1.2 Competencias científicas CONTEXTOS (PISA) Situación
Área de contenido
HABILIDADES DE LA COMPETENCIA CIENTÍFICA (PISA) Identificar asuntos científicos
Explicar científicamente los fenómenos
Usar la evidencia científica
Situación de aprendizaje 1
Personal
Fronteras de la ciencia y la tecnología
Observar Analizar
Analizar Concluir
Situación de aprendizaje 2
Personal
Fronteras de la ciencia y la tecnología
Experimentar Observar Describir
Analizar Razonar Concluir
Situación de aprendizaje 3
Personal
Fronteras de la ciencia y la tecnología
Observar Describir Interpretar Razonar
Razonar Concluir
Situación de aprendizaje 4
Personal
Fronteras de la ciencia y la tecnología
Observar Razonar Describir
Concluir
Química en contexto 1
Global
Riesgos
Química en contexto 2
Global
Fronteras de la ciencia y la tecnología
Analizar
Química en contexto 3
Social
Riesgos
Observar Describir
Química en contexto 4
Social
Salud
Química en contexto 5
Global
Fronteras de la ciencia y la tecnología
Química en contexto 6
Global
Riesgos
Química en contexto 7
Global
Química en contexto 8
Global
Observar Describir
Observar Describir
Observar Describir
Observar Describir Razonar Reflexionar
Razonar
Describir Comunicar Analizar Razonar Describir
Observar Analizar Reflexionar
Investigar Razonar Analizar Describir
Analizar Razonar
Fronteras de la ciencia y la tecnología
Analizar Razonar
Observar Analizar Razonar Concluir
Salud
Observar Analizar Razonar
Analizar Razonar Investigar
Observar Analizar Razonar
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10 Situación de aprendizaje 1 • Describir las características de las partículas subatómicas básicas y su localización en el átomo. Contenidos • Conocer la evolución de la definición de materia desde la antigua Grecia hasta hoy en día.
Contenidos
1. ¿De qué está hecha la materia? 1.1 Teorías de la antigua Grecia 1.2 Dalton y el átomo
Actividades
Competencias clave**
Bloque de contenidos
Criterios de evaluación
Estándares de aprendizaje
Química en contexto: 1
2
6
6.1
CD CA CI Actividades: CA, CS, CI
S2
Situación de aprendizaje 2 • Describir las características de las partículas subatómicas básicas y su localización en el átomo. • Representar el átomo utilizando el modelo planetario. • Relacionar la notación ZAX con el número atómico y el número másico, y determinar el número de cada uno de los tipos de partículas subatómicas básicas. Contenidos • Conocer la existencia de cargas eléctricas y su comportamiento. • Diferenciar y representar los modelos atómicos de Thomson y Rutherford.
2. ¿Por qué los cuerpos se cargan eléctricamente? 2.1 El descubrimiento del electrón 3. ¿Cómo es un átomo? 3.1 Modelo de Thomson 3.2 Modelo de Rutherford o nuclear
Entrénate: 14 Química en contexto: 2
2
6
6.2
CM Cl CA CD Actividades: CD, CA
S3
Contenidos • Representar átomos mediante el diagrama de Bohr. • Conocer los números atómico y másico de un elemento y hacer cálculos sencillos relacionados con las partículas subatómicas.
3.3 Modelo de Bohr + Ej. 1 4. ¿Cómo se identifica un átomo? 4.1 El número atómico y el número másico + Ej. 2
Entrénate: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 16 Química en contexto: 3
2
6
6.1 6.3
CM Actividades: CA, CS, CI, CD
S4
Situación de aprendizaje 3 • Conocer y explicar el proceso de formación de un ion a partir del átomo correspondiente y utilizar la notación adecuada para su representación. Contenidos • Conocer la existencia de iones y saber explicar su formación. • Explicar la utilidad de los iones en nuestro entorno.
5. ¿Qué son los iones? + Ej. 3 5.1 Formación de iones + Ej. 4
Entrénate: 7, 8 Química en contexto: 4
2
9
9.1
CM CA CI Actividades: CA, CS, CI, CM
Unidad 1 · El átomo
S1
Objetivos
2 Programación de aula
Sesión
Criterios de evaluación y estándares de aprendizaje evaluables*
S5
Situación de aprendizaje 4 • Explicar qué son los isótopos y conocer aplicaciones de los isótopos radiactivos, así como la problemática de los residuos originados y las soluciones para su gestión. Contenidos • Conocer la existencia de isótopos, así como sus principales características y usos.
6. ¿Puede variar el número de neutrones de un átomo sin que deje de ser ese elemento? 6.1 Los isótopos 6.2 ¿Cómo nombramos los isótopos? Ej. 5, 6, 8
Entrénate: 11, 24
2
7
7.1
CM CI CA
S6
Contenidos • Describir los isótopos radiactivos y el ciclo del carbono-14.
6.3 Isótopos y radiactividad: carbono-14 y datación + Ej. 7
Entrénate: 9, 10, 25 Química en contexto: 5, 6
2
7
7.1
CM Actividades: CA, CS, CI, CM
S7
Contenidos • Realizar cálculos sencillos de masas atómicas relativas.
7. ¿Qué masa tiene un átomo? 7.1 El concepto de masa atómica relativa o peso atómico 7.2 Isótopos y masa atómica relativa + Ej. 9, 10 , 11 Organiza conceptos
Entrénate: 12, 13, 26
2
7
7.1
CM
S8
Entrénate + • Comprobar el nivel de adquisición de los objetivos de aprendizaje.
Realización de las actividades especificadas.
Entrénate +: Del 15 al 23 y del 27 al 41. Química en contexto: 7, 8
2
6 7 9
6.1, 6.2, 6.3, 7.1, 9.1
CM Actividades: CA, CS, CI, CM
S9
Evaluación • El alumno identifica sus carencias en los contenidos de la unidad al hacer una autoevaluación de lo aprendido hasta ahora para poder corregir sus errores y mejorar su aprendizaje.
Evalúa
Evalúa: 1, 2, 3, 4, 5
6 7 9
6.1, 6.2, 6.3, 7.1, 9.1
CM CL CA
* La numeración de los criterios de evaluación y la de los estándares de aprendizaje se corresponde con la del apartado 2, Programaciones, de esta propuesta didáctica. **Las competencias clave de cada apartado están desarrolladas en el apartado 4, Las unidades didácticas, de esta propuesta didáctica.
Unidad 1 · El átomo
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Unidad 1 · El átomo
3 Orientaciones didácticas En esta unidad plantearemos al alumno la existencia de los átomos y su evolución hasta llegar a la idea de su aparición como tal. Explicaremos los diferentes modelos atómicos que han ido surgiendo y las características principales de algunos de ellos. Trataremos de hacerle razonar cómo ha habido personas que han llegado a las conclusiones que vamos a explicarles, pero intentando siempre que sean los propios alumnos los que lleguen a ellas, que se pongan en la piel de los que en su día trabajaron para lograr encontrar respuestas, de modo que sea más difícil que olviden los conceptos estudiados. Veremos también cómo un átomo puede pasar a ser un ion, un isótopo y características de ambos. Dentro de cada situación de aprendizaje encontramos una serie de ejemplos resueltos que ayudarán al alumno a entender mejor los contenidos impartidos y unas actividades similares a ellos para comprobar que efectivamente los han adquirido.
SA 1. ¿De qué está hecho lo que nos rodea? En esta situación de aprendizaje pretendemos iniciar al alumno en el tema que da lugar al nombre de la unidad: el átomo. Ya tienen una idea de lo que es, puesto que lo han estudiado en el curso anterior; ahora pretendemos ver qué recuerdan y si son capaces de resolver las cuestiones planteadas de los diferentes ítems. Se les muestra de manera visual en el ítem 1 y en forma de tabla en el ítem 2 una serie de materiales que tendrán que diferenciar entre naturales y sintéticos. Durante el desarrollo de las preguntas que se les hace tienen que ir relacionando la información de los dos ítems. Estas preguntas están diseñadas de manera que el alumno se empiece a enfrentar al tema con la mente abierta y no rechazándolo, ya que son cuestiones sencillas y cotidianas para ellos. Ya en el ítem 3 se les aporta una información más científica sobre las estructuras a las que dan lugar los átomos de carbono. Aparece ya indirectamente el concepto de átomo y se empiezan a cuestionar por qué si se unen de una manera u otra obtenemos propiedades diferentes. Tienen que ver la relación entre este ejemplo y las características de los materiales de los que han estado hablando de los ítems anteriores. Pueden llegar a la conclusión de que existen diferentes átomos y que según se combinen y dependiendo de las condiciones de presión y temperatura en las que lo hagan, podemos llegar a tener unos materiales u otros. Básicamente, esta SA está enfocada para empezar a pensar en la materia en unas dimensiones diferentes y para adentrarse en el mundo del átomo de forma sencilla y motivadora. 12
1. ¿De qué está hecha la materia? 1.1 Teorías de la Antigua Grecia Hemos incluido este punto porque creemos necesaria una visión previa y esquematizada del origen del átomo. Que los alumnos entiendan que no siempre se ha pensado igual y que han existido diferentes teorías sobre el tema. Citamos algunos de los principales pensadores de la antigua Grecia y damos una breve información sobre sus ideas; de esta manera los alumnos pueden ver lo necesarias que han sido para llegar donde nos encontramos hoy en día.
1.2 Dalton y el átomo Hay que dejar claro a los alumnos que fue Dalton, y no Demócrito, el que demostró la existencia del átomo; eso sí, gracias a la hipótesis de este último sobre su existencia. Tenemos que explicar a los alumnos la necesidad de comunicación que tenemos para que las ideas se transmitan como en el caso que estudiamos para poder avanzar y progresar en el campo de la ciencia.
SA 2. ¿Por qué nos dan calambrazos? En esta SA el alumno podrá aportar su conocimiento sobre el tema de la electricidad estudiado en cursos anteriores. Para ello leeremos los experimentos del ítem 1 y les preguntaremos antes de visualizar los experimentos qué creen que va a suceder con los materiales de los que se habla. Preferiblemente se comentarán los tres antes de verlos para que razonen sin ningún tipo de pista sobre lo que puede pasar. Una vez hecho todo esto, tendrán que anotar, como se les pide en la primera pregunta motivadora, los resultados obtenidos. Al terminar se les pide que analicen los resultados obtenidos haciéndoles partícipes indirectamente del método científico, para que lo asimilen como algo natural y necesario para evolucionar en el desarrollo de cualquier experimento científico. Una vez terminado esto, pasamos a analizar las imágenes del ítem 2; tendrán que relacionar lo ocurrido en el ítem 1 con ellas. Pueden aparecer términos como carga, electricidad, electricidad estática, corriente eléctrica, conductores, electrones, neutro… En la pregunta 3 deberían hablar de la materia como algo neutro, pero que en ciertas ocasiones puede estar cargada eléctricamente hasta que algo sucede para que vuelva a su estado de estabilidad anterior. Tendremos que ir guiándoles para poder llegar a las conclusiones finales expuestas en «Lo que has construido». Una vez terminados los razonamientos, los alumnos tendrán una idea clara del tema al que se van a enfrentar y sabrán que van a estudiar todo lo relacionado con la materia y con las partículas que la componen.
Unidad 1 · El átomo
2. ¿Por qué los cuerpos se cargan eléctricamente? Este punto plantea el descubrimiento del electrón a raíz de la información trabajada en la SA. Los alumnos tienen que ver cómo todos esos fenómenos estudiados llevan a la conclusión de la aparición del electrón.
2.1 El descubrimiento del electrón Empezamos hablando de Joseph John Thomson leyendo la información dada en la figura 4, para que los alumnos sepan cuál fue su aportación en este campo. Se les explicará la necesidad de realizar experimentos como parte del método científico para poder llegar a los resultados que se van a estudiar a continuación. Como parte de esos experimentos, les pondremos el recurso digital 1 para que se den cuenta de cuál fue la forma en la que se dedujo la existencia del electrón. Dejamos a elección del profesor si quiere leer la información que se encuentra en el cuadro del recurso antes o después del visionado; se puede incluso hacer ambas cosas para que los alumnos asimilen mejor el contenido. Pasamos a explicar la atracción y repulsión de cargas. Una vez hecho, afianzaremos el conocimiento explicando lo que ocurre en la figura 5, que podremos relacionar con los experimentos del ítem 1 de la SA 2. Se puede volver a ellos para que, una vez entendida la teoría, comprendan qué fue lo que ocurrió de una forma más científica.
3. ¿Cómo es un átomo? Este punto se plantea para que el alumno vea la necesidad de darle forma a los resultados obtenidos en el experimento de rayos catódicos utilizado por Thomson. Se les dan unas imágenes sobre modelos atómicos de las que se puede hablar antes de empezar a explicar la teoría, pero que serán de gran utilidad una vez finalizadas las explicaciones a modo de resumen, para afianzar los contenidos adquiridos de forma visual y esquematizada.
3.1 Modelo de Thomson Ayudarse de la figura 7 para dar la explicación del modelo de átomo propuesto por Thomson.
3.2 Modelo de Rutherford o nuclear Conviene explicar el experimento de Rutherford tomando como referencia la imagen de la figura 8 antes de utilizar el recurso digital 2, que el alumno sepa qué está ocurriendo en la simulación del recurso digital para que le resulte más útil y provechoso. De esta forma será capaz de afrontar con mayor facilidad la actividad de
química en contexto 2 y entenderá las conclusiones que se explicarán a continuación en el esquema de la figura 9. Una vez terminado esto, se hará reflexionar al alumno sobre los posibles errores que podría tener este modelo antes de darles la solución, para que lleguen ellos mismos a las conclusiones y sea más difícil que olviden lo aprendido. Tratamos en todo momento de que el alumno vea la asignatura como algo divertido y no como algo que tiene que aprender sin más; por ello surge la necesidad de hacerla amena y lo más sencilla posible, pero obviamente siempre dentro de la seriedad que conlleva. De esta manera nos aseguraremos de que los alumnos van asimilando los contenidos y que no se les olvidan fácilmente. Hay que destacar la necesidad de los científicos de trabajar cooperando entre ellos para llegar a conclusiones analizando sus experimentos. Rutherford trabajó conjuntamente con James Chadwick (figura 13).
3.3 Modelo de Bohr De este modelo estudiamos solo su estructura atómica (figura 12), y la existencia de niveles energéticos y el número de electrones que cabe en cada uno de ellos. Como conclusión a este punto 3 de la unidad, visionaremos el recurso digital 3 para resumir y afianzar conocimientos. A partir del minuto 4 aparecen modelos que no se estudian en este curso pero que no está de más ver para que se den cuenta de la continua evolución en la que nos encontramos permanentemente.
4. ¿Cómo se identifica un átomo? 4.1 El número atómico y el número másico Lo que más resalta en esta página son los símbolos de diferentes marcas conocidas por los alumnos, algo que les llamará la atención por encima del resto. Utilizaremos este elemento motivador para explicarles que, al igual que cada marca tiene su logotipo y podemos reconocerlas con solo mirarlo, con los elementos ocurre algo parecido: también tienen una representación que, una vez conocida, nos puede aportar mucha información sobre ellos. Esto es lo que les vamos a explicar en este punto de la unidad a través de los números atómico y másico. Una vez explicadas las definiciones de dichos números, se puede abrir el recurso digital 4 para que los alumnos construyan átomos, pudiendo ver si son o no estables, qué Z y A tienen al añadir o quitar partículas, qué elemento han construido e incluso la carga que tienen, que no siempre es neutra. Así ya van viendo parte del contenido de la siguiente SA, donde se explicará qué es un ion. 13
Unidad 1 · El átomo
SA 3. Ganar y perder para quedar en ocho En esta SA se trata de acercar al alumno al concepto de ion. Hemos elegido un ejemplo cercano a ellos que se puede ver en la tabla del ítem 1. Está relacionada con las notas positivas y negativas que pueden obtener en clase. Mediante unas preguntas sencillas, se darán cuenta de que no siempre la suma de estas notas da cero, normalmente da un valor positivo o negativo. En el ítem 2 se les explica de forma gráfica la pérdida y ganancia de electrones y cómo los átomos pasan de ser neutros a estar cargados positiva o negativamente. Si son capaces de relacionar este resultado con el de la tabla del ítem 1, serán capaces de entender la formación de cationes y aniones. Deberían llegar fácilmente a las conclusiones de «Lo que has construido» e ir reconociendo la regla del octete electrónico; hay que remarcarles que los átomos no son estables a excepción de los gases nobles, y deben saber por qué ocurre esto. Esto se remarca de nuevo en el apunte 4.
5. ¿Qué son los iones? Antes de darles la definición, queremos que piensen y resuelvan por sí solos las preguntas del ejemplo 3. Convendría ir guiándoles sin que leyeran las respuestas del libro para comprobar si llegan a las mismas conclusiones. Una vez entendido esto, será fácil introducir los conceptos de catión y anión que vienen a continuación en la figura 17. Estos conceptos vienen apoyados por el ejemplo resuelto número 4. En el apunte 3 tenemos la representación de los elementos incluyendo la carga si la tuvieran. Esto les tiene que quedar claro para poder contestar al apartado «d» del ejemplo 3 y para futuras actividades.
SA 4. Clasificar átomos es como clasificar por marcas En esta situación de aprendizaje aprovechamos los ejemplos de los ítems para introducir a los alumnos el concepto de isótopo. En el ítem 1 queremos hacerles ver que, con solo echar un vistazo a las imágenes, podrían clasificarlas en tres grupos dependiendo del tipo de prenda. Dentro del ítem 2 podrían hacer algo parecido y obtener un resultado similar: dos grupos dependiendo de la marca de zapatillas. Con esto queremos llegar a una conclusión: dentro de los elementos de la tabla periódica existen «variaciones» sin que dejen de ser el mismo elemento. En el ítem 1 existen distintos tipos de prendas que serían los distintos elementos. En el ítem 2, dentro ya de un tipo de prenda determinado (en este caso, zapatillas), tenemos distintas marcas; es decir, dentro del mismo elemento existen las variacio14
nes de las que hablábamos antes. El alumno no conoce todavía el concepto de isótopo; no lo podemos decir, pero estos ejemplos le van a ayudar a entenderlo mejor cuando se explique. En el ítem 3 tenemos una simulación en la que los alumnos podrán ver cómo se forman los isótopos. Tienen que darse cuenta de que no todos son posibles, ya que algunos son estables y otros no. Viendo el porcentaje en el que se encuentran en la naturaleza, podrán concluir cuáles existen y cuáles no. Este simulador nos sirve también para reforzar los conceptos de número másico y número atómico, ya que podemos activar la representación de su símbolo y vamos viendo cómo varía al añadir o quitar neutrones del núcleo del átomo escogido. Una vez han «jugado» con esta simulación, los alumnos podrían dar una breve definición de lo que creen que es un isótopo antes de explicarla dentro de la parte de contenido de la unidad. Se les habla también de la existencia de isótopos inestables conocidos como radioisótopos para que les vaya sonando el concepto antes de llegar a su explicación.
6. ¿Puede variar el número de neutrones de un átomo sin que deje de ser ese elemento? 6.1 Los isótopos En este punto ya les hacemos ver la posibilidad de variar el número de neutrones. Se les recuerda que no todos los átomos pueden existir, ya que algunos son inestables, y la imposibilidad de cambiar el número de protones sin modificar el elemento del que estemos hablando.
6.2 ¿Cómo nombramos los isótopos? Se utilizan ejemplos como los isótopos del hidrógeno en el ejemplo 5, que sí tienen nombres específicos, y como el del carbono (ejemplo 6), en los que se les explica cómo se suele nombrar el resto. En este punto se les recuerda también que la abundancia de los isótopos en la naturaleza es muy variable.
6.3 Isótopos y radiactividad: carbono-14 y datación Se comenzará a explicar este punto por la figura 19, el ciclo del carbono-14. Es necesario que los alumnos entiendan por qué hay una parte de este isótopo en todos los seres vivos, y cómo empieza a descomponerse y desaparece pasado un periodo de tiempo (semivida). Les explicaremos que este hecho es el que nos lleva a llamarlo isótopo radiactivo o radioisótopo. Una vez que hayan asimilado este ciclo les pondremos el vídeo
Unidad 1 · El átomo
del recurso digital 5, donde verán en qué momento comenzó a utilizarse el isótopo del carbono-14 como elemento para datar fósiles. Una vez acabado este visionado y entendida su utilidad, les pondremos el caso del ejemplo 7 para que terminen de asimilarlo del todo. Hay que hacerles ver que no todos los isótopos son radiactivos y no todos los isótopos conocidos existen en la naturaleza, también hay isótopos artificiales (apunte 5). Algunos de ellos tienen utilidades como las de la tabla 1. Utilizaremos la figura 20 para hacerles ver que no todas las personas que han descubierto hechos científicos importantes son hombres, aunque sí es cierto que lo eran la mayoría.
7. ¿Qué masa tiene un átomo? 7.1 El concepto de masa atómica relativa o peso atómico En este punto se les explica a los alumnos la necesidad de crear una unidad con la que expresar la cantidad de masa de los elementos, ya que hacerlo en kilogramos era poco práctico. Hay que hacerles entender el concepto de unidad de masa atómica como unidad patrón (apunte 6). Hay que dejar claro a los alumnos los conceptos de masa atómica y masa atómica relativa: la masa atómica de un átomo es el peso del átomo estandarizado respecto del átomo de carbono-12. Esto da el peso del átomo en unidades de masa atómica o UMA (u). Este número es específico para cada isótopo particular de un determinado átomo. La masa atómica relativa de un elemento es el promedio del peso de todos los isótopos en un ambiente normal sobre la corteza terrestre. El alumno tiene que entender la necesidad de tener en cuenta la masa y la abundancia de todos los isótopos que existan en la naturaleza para calcular la masa atómica relativa de un elemento.
7.2 Isótopos y masa atómica relativa En lugar de darles la fórmula para calcular la masa atómica relativa de un elemento, haremos que la obtengan los propios alumnos mediante un ejemplo de algo cotidiano para ellos, el cálculo de la nota final de una de sus asignaturas teniendo en cuenta diferentes pesos en cada prueba de evaluación (ejemplo 10). Una vez obtenida la fórmula, la aplicaremos al cálculo de la masa atómica relativa de cualquier elemento. Haremos en este caso el cálculo de la masa atómica relativa del cloro en el ejemplo 11.
Gracias a que los alumnos han conseguido hallar la fórmula con un ejemplo que les es bastante familiar, serán capaces de volver a obtenerla en el caso de que se les olvidara.
Organiza los conceptos El tema central sobre el que todo debe girar es el átomo. Es lógico, por tanto, situarlo en el centro del esquema. Tenemos que organizar las ideas de manera que nos queden claros todos los conceptos estudiados. Por un lado tenemos el descubrimiento del átomo, por otro el de sus partículas subatómicas y la forma en la que las podemos representar y calcular. Después hemos estudiado la posibilidad de que el átomo no fuera neutro, es decir, hemos hablado de los iones, y por último hemos visto la existencia de los isótopos y cómo se relacionan con el cálculo de la masa atómica relativa. Si ponemos todo esto en un esquema organizándolo todo, nos quedaría de la siguiente manera: Ya que el átomo es la pieza central, saliendo de él tenemos por un lado la evolución de cómo fue descubierto, partiendo de que se quería dar respuesta a preguntas como ¿de qué está hecho todo lo que nos rodea?, es decir, ¿de qué está compuesta la materia? Aquí hacemos una breve referencia a los tres pensadores estudiados de la antigua Grecia con datos básicos de sus ideas, y a Dalton, que es el primero que demuestra la existencia del átomo. De este cuadro central parte la representación gráfica de los cuatro modelos atómicos vistos en la unidad (Dalton, Thomson, Rutherford y Bohr). Tenemos que hablar también de las partículas subatómicas que forman el átomo. Salen, por tanto, de este cuadro central unas breves definiciones del protón, el neutrón y el electrón, sus características principales, su situación dentro del átomo, la forma de calcularlos y el modo en el que expresamos el átomo incluyendo la definición de número atómico y másico (representación ). Por último, del cuadro del átomo salen también conceptos estudiados, como la formación de iones por un lado, en el que incluimos los aniones y cationes, así como su representación gráfica. Por otro lado tenemos la definición de isótopos y el cálculo de la masa atómica relativa, ya que están estrechamente relacionados.
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Unidad 1 · El átomo
4 Recursos digitales Página del libro Diamante y grafito: tan diferentes y tan iguales Descripción: vídeo sobre conflictos regionales vinculados a la extracción de diamantes. Finalidad: visualizar el contenido y reflexionar sobre la conveniencia del consumo responsable.
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¿Cómo lo hacen? Diamantes artificiales Descripción: fragmento del documental Ciencia al desnudo – diamantes. Documental completo by Joker AK47 © National Geographic. Finalidad: conocer la existencia y forma en la que se crean los diamantes artificiales.
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Laboratorio 1. ¿Qué sucede al frotar un globo? Descripción: experiencia de laboratorio. Finalidad: demostrar la existencia de la electricidad estática en objetos cotidianos. Laboratorio 2. ¿Qué sucede al frotar un bolígrafo? Descripción: experiencia de laboratorio. Finalidad: demostrar la existencia de la electricidad estática en objetos cotidianos. Laboratorio 3. ¿Qué sucede al acercar un bolígrafo frotado a un globo? Descripción: experiencia de laboratorio. Finalidad: demostrar la existencia de la electricidad estática en objetos cotidianos. Digital 1. Experimento de Thomson Descripción: fragmento del documental. Finalidad: demostrar visualmente la existencia del electrón y cómo se halló por primera vez. Digital 2. Simula el experimento de Rutherford Descripción: enlace al simulador. Finalidad: Simular el experimento de Rutherford para que los alumnos lo entiendan mejor. Digital 3. 2400 años investigando el átomo: historia de los modelos atómicos, de Demócrito a Schrödinger Descripción: documental de TEDEd. Finalidad: resumir visualmente la evolución de los modelos atómicos. Tormentas en vuelo Descripción: enlace a la noticia. Finalidad: llevar al enlace de la noticia a la que se hace referencia en la química en contexto 3.
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¿Por qué se producen rayos? Descripción: vídeo. Finalidad: llevar al vídeo al que se hace referencia en la química en contexto 3 para explicar la formación de los rayos.
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Digital 4. Construye átomos Descripción: enlace al simulador. Finalidad: construir átomos y conocer alguna de sus características principales.
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Etiquetas de agua mineral Descripción: documento con información sobre los componentes de diferentes aguas minerales. Finalidad: poder contestar a las preguntas de la actividad de química en contexto 4.
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Etiquetas de bebidas Descripción: documento con información sobre los componentes de diferentes bebidas isotónicas. Finalidad: poder contestar a las preguntas de la actividad de química en contexto 4.
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¿Se puede cambiar el número de neutrones de un elemento? Descripción: enlace al simulador de creación de isótopos. Finalidad: entender la definición de isótopo
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Unidad 1 · El átomo
Isótopos del hidrógeno Descripción: vídeo de los isótopos del hidrógeno en la naturaleza. Finalidad: visualizar el contenido explicado. Digital 5.Willard Libby y el carbono-14 Descripción: fragmento del documental Tres 14. Bajo tierra, en TVE. Finalidad: entender mejor el ciclo del C-14 y su utilidad para la datación de fósiles. Fósiles en la playa Descripción: enlace a la noticia. Finalidad: llevar al enlace de la noticia a la que se hace referencia en la química en contexto 5. Así se extraen y limpian los fósiles Descripción: enlace a la noticia. Finalidad: llevar al enlace de la noticia a la que se hace referencia en la química en contexto 5.
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El accidente de Chernóbil Descripción: fragmento del Draw My Life del «Desastre de Chernobyl». Finalidad: explicación de lo que ocurrió en la central de Chernobyl para contestar a las preguntas de la actividad de química en contexto 6.
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Resumen Descripción: esquema de la unidad: «Organiza tus conceptos». Finalidad: dar la información en digital al alumno para poder trabajar con ella.
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Unidad 1 · El átomo
5 Test de autoevaluación Apellidos: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Nombre: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fecha: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Curso: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grupo: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Calificación: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 ¿A qué modelo atómico corresponde la siguiente imagen?
a Rutherford c Bohr
b Dalton d Thomson
11 ¿A qué corresponde la definición: «Son átomos que han perdido electrones y que quedan con carga positiva»? a isótopo b electrón c anión d catión
3 Sabiendo que un átomo neutro de fósforo, P, tiene 16 neutrones y su número másico es 31, ¿cuántas cargas positivas tiene? a 47 b 16 c 31 d 15
12 Un átomo de sodio (Na) tiene 11 protones y 12 neutrones. ¿Cuál es su representación AZ X ?
5 Tenemos un átomo divalente positivo cuyo número másico es 88 y tiene 50 neutrones. Su número de electrones es: a 36 b 38 c 50 d 40 Editorial Casals, S. A. • Material fotocopiable
10 ¿Qué modelo atómico viene definido por: «Un átomo tiene un número concreto de órbitas circulares, que son capas de electrones llamadas niveles energéticos»? a Bohr b Dalton c Rutherford d Thomson
2 El número de electrones que caben en el tercer nivel energético de la corteza son: a 8 b 12 c 36 d 18
4 El átomo cuya representación es 199 F, ¿cuántos neutrones tiene? a 28 b 19 c 9 d 10
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9 Calcula la masa atómica del litio sabiendo que está formado por una mezcla de 63 Li y 73 Li . La abundancia de 73 Li es del 92,40 %. a 6,08 b 6,92 c 6,50 d 6,29
6 Se tiene una muestra de 300 gramos de un elemento radiactivo y al cabo de 24 horas quedan 18,75 gramos de ese elemento. Calcula cuál es el período de semidesintegración. a 4 h b 6 h c 2 h d 12 h 7 ¿Cuál de los siguientes átomos podría ser isótopo de 126 B ? 14 12 a b c 136 B d 137 B 6A 7B 8 El cobre natural está formado por los isótopos Cu63 y Cu-65. Si su masa atómica relativa es 63,7, ¿cuál es la abundancia relativa de su isótopo de masa 65 en la naturaleza? a 64,4 b 35,6 c 36,5 d 63,5
23 a 12 Na
12 b 11 Na
c 2311Na
d
11 23
Na
13 Dados los siguientes elementos y sus correspondientes representaciones AZ X , ¿cuál es la fila sin ningún error? Fila
Elemento
Primera Segunda
56 26
p
n
e−
Z
A
26
30
28
26
56
K+
19
20
18
19
39
Fe2+
39 19
Tercera
16 8
O 2−
8
8
6
8
16
Cuarta
14 7
N3−
7
10
7
7
14
a primera c tercera
b segunda d cuarta
14 Si un átomo gana electrones: a Sigue siendo el mismo elemento, pero con carga positiva. b Sigue siendo el mismo elemento, pero con carga negativa. c No es el mismo elemento, ya que ha cambiado su número atómico. d Se ha formado un catión.
Unidad 1 · El átomo
16 ¿Qué respuesta se adapta mejor a la definición de isótopo? a Mismo elemento, igual número atómico, igual número másico. b Mismo elemento, distinto número atómico, igual número másico. c Distinto elemento, igual número atómico, distinto número másico. d Mismo elemento, igual número atómico, distinto número másico. 17 ¿Cuál es la afirmación correcta? a Todos los elementos tienen completo su último nivel energético con 8 electrones. b Los átomos intercambian sus electrones, perdiéndolos o ganándolos, con el fin de conseguir la mayor estabilidad posible. c La materia que nos rodea no es eléctricamente neutra. d Todos los elementos tienden a tener la configuración electrónica del oxígeno.
18 Se tienen 100 gramos de una muestra radiactiva en un laboratorio. Si el periodo de semidesintegración es de siete días, ¿cuál es el porcentaje de muestra desintegrada al cabo de dos semanas? a 100 % b 25 % c 50 % d 75 % 19 ¿A qué átomo de los que te damos a continuación corresponde el siguiente diagrama?
3 Protons
+ 9 a 3 Be
4 Neutrons
7 b 3 Li
3 Electrons
c 42 He
d
14 7
N
20 Una persona que vive en Alicante está expuesta a 0,03 μSv/h. ¿Qué cantidad de radiación ha absorbido a lo largo de un año entero? a 263 mSv b 0,263 mSv c 263 μSv/h d 0,263 mSv/h
Editorial Casals, S. A. • Material fotocopiable
15 Si un átomo gana un neutrón: a No es el mismo átomo, ya que ha cambiado su número atómico. b No es el mismo átomo, ya que ha cambiado su número másico. c El nuevo átomo sería isótopo del primero. d El átomo deja de ser neutro, ya que se ha formado un ion.
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Unidad 1 · El átomo
6 Rúbricas de evaluación Rúbrica de la evaluación del libro del alumnado
Editorial Casals, S. A. • Material fotocopiable
Objetivos de aprendizaje
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Máximo
Alto
Medio
Bajo
1. Modelos históricos de la materia
Relaciono con quien corresponde los modelos y respondo correctamente todas las afirmaciones.
Relaciono con quien corresponde los modelos, pero solo respondo correctamente tres afirmaciones.
No relaciono bien con No relaciono con quien corresponde los quien corresponde los modelos. modelos y solo respondo correctamente dos afirmaciones.
2. Modelo planetario y estructura electrónica
Comprendo bien el modelo y respondo correctamente a todas las preguntas.
Comprendo el modelo, pero me equivoco en algunos cálculos.
No conozco el modelo Tengo una idea de y no sé realizar los cómo es el modelo, cálculos. pero no sé calcular los electrones de cada nivel.
3. Cálculo de partículas subatómicas, A y Z
Sé calcular todos los valores.
Sé indicar los valores Z y A, y la mayoría de valores de p, n y e−.
Solo sé indicar los valores Z y A.
No sé calcular el número de partículas subatómicas, A y Z.
4. Iones
Comprendo el concepto de ion y relaciono la carga con las partículas.
Conozco el concepto de ion y relaciono parcialmente la carga con las partículas.
Conozco el concepto de ion, pero no relaciono la carga con las partículas.
No comprendo el concepto de ion.
5. Isótopos
Comprendo el concepto de isótopo y lo integro con el de ion.
Comprendo el concepto de isótopo, pero no lo integro con el de ion.
Conozco el concepto de isótopo, pero no lo comprendo en su totalidad.
No comprendo el concepto de isótopo.
Unidad 1 · El átomo
7 Solucionario 7.1 Solucionario del libro del alumnado
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