Química 1 BGU - muestra editorial - Maya Educación by Maya Educación

QuĂmica Armendaris

1 BGU

Información personal Nombre: Dirección: Teléfono: E-mail: Colegio: Curso: Ciudad:

Celular:

Presentación Maya Ediciones es una editorial ecuatoriana que tiene un importante recorrido en la producción de textos escolares de calidad desde hace más de 20 años y ha sido ganadora por múltiples ocasiones de las licitaciones a los mejores textos que el ministerio de Educación entrega a los estudiantes de instituciones fiscales. En esta ocasión, hemos asumido el reto de elaborar una serie de textos de Química para primero, segundo y tercer curso de Bachillerato General Unificado que cumpla con los lineamientos pedagógicos, científicos y de diseño que establece el Ajuste Curricular del ministerio de Educación. En este contexto, este proyecto editorial tiene la finalidad principal de que los estudiantes adquieran las destrezas necesarias para desarrollar el pensamiento científico y los valores. Para lograrlo, hemos desarrollado una estructura de texto que complementa el desarrollo de conceptos científicos actualizados y significativos, con abundantes talleres, evaluaciones, prácticas de laboratorio y proyectos de emprendimiento que fomenten en los estudiantes la adquisición de las habilidades necesarias para un mundo exigente y en constante cambio. Desde la dimensión pedagógica, el texto trabaja con preguntas que desarrollan los aprendizajes significativos; tenemos también secciones que permiten lograr en los jóvenes la adquisición de una visión global de la ciencia como: Conexión con las TIC, Interdisciplinariedad y Buen Vivir. Hemos diseñado estos elementos adaptándolos a las necesidades, intereses y posibilidades del joven. No hemos querido dejar de lado desarrollar textos con un enfoque comunicativo, que brinden al estudiante la oportunidad de escribir, leer, investigar e interesarse por el mundo de la ciencia y la tecnología; para ello tenemos las secciones de Cómo se investiga en Química, Ciencia, Tecnología y Sociedad; y La Química y las profesiones. Esperamos que este material se constituya en un espacio de lectura científica, análisis, reflexión, acción crítica, aplicación y transformación de la realidad. Cordialmente, La editorial 3

Conoce tu libro Apertura de unidad

La Química y las profesiones

Modelo atómico

El químico puro El químico puro se encarga de realizar el análisis, investigaciones y estudio de los componentes que forman parte de las sustancias. Su campo de acción específico es la investigación, puesto que conoce en profundidad la estructura, leyes y procesos que controlan y rigen el comportamiento de la materia. Las experticias que posee un químico puro le permiten coordinar las diversas actividades que se realizan en un laboratorio, asesorar a organizaciones, investigar y desarrollar nuevos materiales. La carrera de Química Pura hace de este profesional un experto en el manejo del método científico y un candidato adecuado para formar parte de programas empresariales, espaciales, ecológicos e industriales.

ubo un día, hace mucho, en que toda la Tierra, todo el sistema solar, toda la Vía Láctea y todas las galaxias conocidas cabían en una pepita de calabaza. No es un mito, sino la concepción científica de la creación: en el principio fue el Big Bang” (Glashow, 2000) Luego de los 100 primeros segundos del Big Bang la temperatura del universo descendió y fue posible la primera síntesis de un átomo.

Inician con la destreza con criterio de desempeño al empezar cada tema. Luego tenemos Saberes previos con preguntas de Aprendizaje Significativo, que relacionan el nuevo conocimiento con las experiencias previas del alumno. Debajo va una pregunta de Desequilibrio cognitivo, que cuestiona los conocimientos que posee el alumno y lo desestabiliza con el fin de que reconstruya esa información.

Elije una alternativa y argumenta tu respuesta.

Desequilibrio cognitivo

Antecedentes

Modelos previos

• Los atomistas griegos • Teoría atómica de Dalton

• Modelo de Thomson • Modelo de Rutherford • Modelo de Bohr • Modelo de la Mecánica Cuántica

Bohr y el átomo de hidrógeno

El modelo de la mecánica cuántica

• Las reacciones químicas y sus ecuaciones • Masa atómica

• Disoluciones y sistemas dispersos • Contaminantes y efectos que producen en el entorno natural y la salud humana los isótopos radiactivos Fuente: Maya Ediciones, 2016

Teoría atómica de John Dalton

Las ideas atomistas de Leucipo y Demócrito, al no tener un sustento ‘razonable’ que demostraran objetividad y relación con lo que los sentidos pueden percibir acerca de la materia, fueron dejadas de lado hasta el siglo XVIII. Más de 2000 años después, John Dalton retomaría las ideas de los griegos, para dejar sentada las bases que ayudarían a dar forma a la teoría atómica actual. El científico inglés John Dalton (1766-1844) precisó y complementó la teoría de los griegos con sus numerosos experimentos de laboratorio, y así logró explicar las relaciones de masa que guardan entre sí todas las sustancias. Dalton diseñó su teoría atómica que se resume en los siguientes postulados:

A través de la historia, las teorías atómicas han tratado de dar una explicación acerca de la estructura del átomo, unidad básica que compone todo tipo de materia.

¿Cómo le ayudarías a explicar a Leucipo la existencia de un vacío que nadie ve, y la causa del eterno movimiento de los átomos?

ab c

2. O.CN.Q.5.3. Interpretar la estructura atómica y molecular, desarrollar configuraciones electrónicas y explicar su valor predictivo en el estudio de las propiedades químicas de los elementos y compuestos, impulsando un trabajo colaborativo, ético y honesto.

Para la química, el estudio de la materia es el fundamento de toda investigación, y conocer la estructura del átomo es el paso necesario para la comprensión del comportamiento de todas las sustancias que conocemos y que estamos por descubrir. Al igual que otras ciencias experimentales, la química ha ido cambiando sus teorías acerca de la estructura del átomo. Con el avance de la tecnología se han logrado descubrimientos que han permitido al ser humano acercarse a un modelo atómico que dé respuesta a algunas interrogantes.

• Un globo lleno de aire • Un vaso con agua • Un puñado de tierra

En el siguiente link podrás encontrar mayor información sobre la carrera de Química Pura de la UCE: www.uce.edu.ec/web/ciencias-quimicas

Modelo atómico

Modelo atómico: antecedentes

Saberes previos ¿En cuál de estas porciones de materia crees que exista una mayor cantidad de átomos?

4 billones de años Picos de formación estelar

Objetivos

 John Dalton (1766-1844)

Hidrógeno

Los atomistas griegos

Glosario

Fósforo

teorías atómicas. conjunto de postulados que tratan de explicar la estructura del átomo.

La palabra átomo deriva de dos palabras griegas: A: sin; Tomo: parte. En cambio para Leucipo solo existían átomos y vacío. Todas las sustancias conocidas, incluida el alma humana estaban conformados por átomos que se movían en el vacío, y que eran indivisibles, inalterables y eternos. La combinación entre ellos, sus choques, geometría y su posición, podían crear la diversidad de sustancias y cuerpos.

Buen Vivir Comenta con tus compañeros la importancia del Art. 16, Sección 1 de la Constitución de la República del Ecuador.

Las ideas de Leucipo fueron seguidas, completadas y desarrolladas por Demócrito; por esta razón a ambos se les conoce como los filósofos atomistas.

Art. 16. Todas las personas, en forma individual o colectiva, tienen derecho a:

Pero no todos los griegos estaban de acuerdo con los atomistas. Para Aristóteles, la materia estaba constituida por cuatro elementos: agua, fuego, aire y tierra. Para él no existían átomos ni vacíos.

1. Una comunicación libre, intercultural, incluyente, diversa y participativa, en todos los ámbitos de la interacción social, por cualquier medio y forma en su propia lengua y con sus propios símbolos. Opina: ¿Cómo crees que Leucipo y Demócrito hubieran vivido este derecho en nuestro país para expresar sus ideas acerca del átomo?

Agua

Nitrógeno

Azufre

Oxígeno

Ácido sulfúrico

Cal

Dióxido de carbono

Plata

Oro

Ácido acético

Dalton asignó un símbolo para cada elemento químico que se conocía en aquellos tiempos.

TIC Ingresa en esta URL y descubre más acerca de la teoría atómica de Dalton, luego intercambia tus hallazgos con tus compañeros. www.mayaediciones.com/ 1quim/p19

Fuente: archivo editorial

A continuación viene el desarrollo de contenidos. Estos se apoyan en fotografías, organizadores gráficos, diagramas, esquemas e ilustraciones pertinentes. La estructura de un tema es: 3 páginas de contenidos + 1 página para desarrollo de destrezas.

Carbono

Óxido nítrico

shutterstock, (2016). 40849354

Contenidos científicos y pedagógicos

500 millones de años Formación de la primera galaxia conocida

1. O.CN.Q.5.1. Reconocer la importancia de la química dentro de la ciencia y su impacto en la sociedad industrial y tecnológica, para promover y fomentar el Buen Vivir, asumiendo responsabilidad social.

shutterstock, (2016). 224845876

Con la aparición del hidrógeno e inmediatamente después del helio, se inició la síntesis de átomos más complejos. Estas diminutas estructuras son los componentes básicos de todas las sustancias y su estructura es lo que vamos a conocer en esta unidad.

100 millones de años Formación de las primeras estrellas

shutterstock, (2016). 89798266

“H

100 segundos Sintetización del deuterio, helio y litio

Dalton y su simbología química, (2006). www.ikipedia.org

10-6 segundos Formación de protones

Las universidades que ofertan esta carrera en el Ecuador son: Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Universidad de Investigación de Tecnología Experimental Yachay, Universidad San Francisco de Quito, Universidad Central del Ecuador.

shutterstock, (2016). 353117663

10-32 segundos Expansión cósmica termina

Leucipo de Mileto, (2013). www.fineartamerica.com

En la página derecha tenemos La Química y las profesiones, espacio para hablar sobre una carrera universitaria vinculada a la Química. Allí constan universidades ecuatorianas que ofertan la carrera en cuestión. También está ¿Qué vamos a aprender?, una síntesis de los conceptos más fundamentales a desarrollar en la unidad.

UNIDAD

shutterstock, (2016). 231567979

Es una doble página que contiene una imagen motivadora relacionada con los temas a tratarse, un texto introductorio y los objetivos de la unidad.

 Leucipo de Mileto (izquierda), Demócrito de Abdera (centro), Aristóteles (derecha).

A pesar del carácter experimental que Dalton añadió en el estudio de la materia, las limitaciones tecnológicas de la época no le permitieron demostrar todos sus postulados. Sin embargo y a pesar de las restricciones, los postulados de Dalton se tomaron como base para postular la teoría atómica moderna.

Secciones variables

Teoría de Bohr del átomo de hidrógeno

shutterstock, (2016). 397270384

Con base en estas observaciones, propuso un modelo atómico que constaba de un núcleo central muy pequeño con carga eléctrica positiva, el cual se hallaba rodeado de una esfera electrificada de electrones que giraban en órbitas alrededor de él, lo que hacía pensar en el modelo atómico de Rutherford, como un mini sistema solar.

+ ±

Modelo de Rutherford del átomo nuclear o mini sistema solar

El trébol radiactivo es el símbolo que se utiliza para indicar el peligro de radiación. En todos los sitios donde haya radiactividad se debe mostrar este símbolo.

Descubrimiento del protón Luego de evidenciar que los electrones, con su carga negativa, eran parte constitutiva de la materia, era lógico pensar en la existencia de una partícula con carga eléctrica positiva, a la que Rutherford llamó protón.

Observa si existe esta señalización de precaución, en los lugares donde realizan Rayos X, y deduce el porqué de su uso.

Rutherford evidenció la existencia de los protones, al observar que la radiación estaba constituía de núcleos de helio, es decir, por dos partículas con masa mucho mayor que el electrón y de carga opuesta.

Química Armendaris 1, (2016). Átomo

El modelo atómico de Rutherford, con un núcleo central, presentaba grandes ventajas y desventajas, entre las que estaba explicar cómo los electrones que giraban alrededor del núcleo atómico conservaban un eterno movimiento, y por qué no caían hacia el núcleo debido a la atracción entre cargas eléctricas opuestas. Para muchos científicos, el sistema electrónico que presentaba este modelo atómico carecía de estabilidad y solo explicaba la estructura del átomo de hidrógeno, pero no de átomos más complejos.

Eres más simple que un átomo de hidrógeno

TIC Hidrógeno, H

El físico Niels Bohr (Dinamarca, 1885-1962), luego de realizar experimentos sobre radiactividad, se propuso explicar la “estabilidad paradójica del átomo de Rutherford”. Para esto usaría los postulados del físico alemán Max Planck (1858-1947), quien afirmaba que la materia estaba en equilibrio con la energía, por lo tanto, podía absorberla o emitirla en paquetes de energía llamados cuantos. Ejemplo de esto era los espectros luminosos de emisión y de absorción de los elementos químicos, que se podían observar al someterlos a altas temperaturas. Estos espectros eran como una huella digital que permitía diferenciar a cada tipo de átomo.

Absorción Emisión

Utiliza los botones o escribe el número atómico y pulsa Intro

Ingresa en esta URL y busca y compara los espectros luminosos del hidrógeno, helio, carbono, nitrógeno, cobre. Contesta: ¿de qué color será la llama del cobre? www.mayaediciones.com/ 1quim/p23

Espectro de emisión de luz del sodio

Laboratorio casero Humedece la punta de un tenedor y pega en ella unos cristales de sal (cloruro de sodio). Lleva los cristales a la llama de la cocina y observa el color que toma la llama debido a que el sodio al calentarse emite un espectro luminoso.

Espectro dede absorción de luz Espectro absorción dedel luzsodio del sodio

El espectro de emisión es el complemento del espectro de absorción. Basado en estas observaciones, Bohr plantea la idea de que los electrones poseen una energía cuantificada, exclusiva para cada órbita en donde se hallaban girando, lo que determinaba cuánta luz (fotones) era absorbida o emitida en sus espectros. Con esto, Bohr introduce el concepto de nivel de energía y el primer número cuántico n.

Emisión de un fotón por transición de un electrón entre niveles de energía n=3 n=2

electrón que regresa su nivel de energía

n=1 + Ze

∆E = hv fotón emitido

Niels Bohr, (2015). www.nobelprize.org

Buen Vivir

Gestión de Riesgo: NORMA INEN 2266 Clase 7. Material Radioactivo

Para 1909, Ernest Rutherford (Nueva Zelanda 1871-1937), un Bombardeo del átomo con partículas alfa. antiguo ayudante de Thomson, había estado estudiando las radiaciones alfa ( ) y beta ( ), pues suponía que estas radiaciones podían utilizarse para explicar la estructura del átomo. Para esto bombardeó diversas placas delgadas de metales con partículas . Observó que mientras la mayoría de partículas conservaba su trayectoria al atravesar las placas, una porción pequeña de ellas se desviaba. Así, intuyó acertadamente que esto se debía a la presencia de un campo eléctrico intenso en el centro del átomo.

- Electrón + Protón

Química Armendaris 1, (2016). Electrones

Ernest Rutherford, (2016). www.ndhadeliver.natlib.govt.nz

 Ernest Rutherford

Desequilibrio cognitivo

¿Por qué percibimos la materia como algo concreto, si la mayor parte del átomo está vacío?

Humor

Maya Ediciones, (2016). Chiste

Saberes previos

¿Qué conoces acerca de los rayos X?

Química 1 Colección Herramientas, (2013). Modelo de Bohr

Modelo de Rutherford • Ejercicios resueltos y propuestos: para que del átomo nuclear puedas dominar varias destrezas. • TIC: se utiliza como herramientas de investigación y también para reforzar aprendizajes mediante tutoriales, videos y portales especializados. • Interdisciplinariedad: para que relaciones química y arte, química y poesía, química e inglés, química y geometría, etc. • Buen Vivir: contiene textos del Plan Nacional del Buen Vivir (2013-2017), la Constitución, etc. • Laboratorios caseros: son experiencias muy cortas y sencillas, para desarrollarse con material casero. • Estrategias de investigación: sección donde se anotan recomendaciones para aprender a resolver un problema de forma metódica.

 Niels Bohr fue galardonado en 1922, con el Premio Nobel de Física por sus trabajos sobre la estructura atómica y la radiación.

Evaluación Formativa

Para alcanzar una estabilidad electrónica, los elementos captan o ceden e-, mediante intercambios energéticos, esta reactividad de los elementos está en directa relación con sus propiedades.

Período

2,1

2A 1,0

0,9

0,8

0,7

1,5

2,0 – 2,4

1,0 – 1,4

2,5 – 2,9

1,5 – 1,9

3,0 – 4,0

1,2

1,0

0,9

1,3

Sc Y

1,2

1,1

La *

1,1

Ac *

1,5

1,4

1,6

1,3

1,5

1,8

1,7

1,9

* Lantánidos: 1,1 – 1,3 * Actínidos: 1,3 – 1,5

1,8

2,2

B 1B

1,8

2,2

Rh Ir

2,0

1,5

1,6

2,2

1,8

2,2

1,9

2,2

2,4

2B 1,9

1,7

1,9

1,6

1,7

1,8

Ge 50

2,5

1,8

3,0

2,1

2,0

1,9

Sb Bi

1,9

2,5

2,4

2,1

2,0

Variación de la electronegatividad en la tabla periódica

4,0

3,0

2,8

Br I

2,5

2,2

Maya Ediciones, (2016). Chiste

2. Energía de ionización Si cede electrones. La energía que requiere un átomo en estado gaseoso y fundamental para liberar un electrón. Si la energía requerida, para liberar electrones es mínima, se dice que el elemento tiene gran potencial de ionización. Los elementos que son más reactivos químicamente son los que requieren de una energía de ionización muy pequeña o un alto potencial de ionización, y una afinidad electrónica muy grande, es decir, los alcalinos y los halógenos, respectivamente.

Los gases nobles, por tener orbitales saturados y niveles de energía completos, presentan una reactividad química casi nula.

El compost o la composta es un abono natural formado a partir de la descomposición de diferentes materiales orgánicos. Las bacterias, hongos, gusanos e insectos, por medio de sus enzimas, digieren estos materiales y los convierten en un fertilizante libre de químicos industriales.

Ciclo del compostaje ¿Para qué sirven?

Recomendaciones

• Funciona como un

Cada dos semanas se debe mezclar muy bien la composta moviendo todas las capas. Además se puede agregar estiércol, el cual funciona como activador de la fermentación, y agua para humedecer la pila de forma pareja

fertilizante natural que te ayudará a mejorar la tierra del jardín.

• Favorece la filtración del

agua y aporta al alimento de tus plantas.

¿Cómo se investiga en Química?

Aprende a hacerlo

La investigación es el eje de las ciencias exactas y naturales. Esta página te ayudará a aprender metodologías y técnicas que te permitan indagar de una forma sistemática.

Viento

Localiza el lugar ideal para ubicar la composta

Media sombra Agua

Frutas

Cereales

Cáscaras

Ubica tu compostador

Madera

Puedes construirlo con tablas de madera o comprarlo en el mercado

4 shutterstock, (2016). 232418854 - 85820176 - 352659359 - 411959431

Laboratorio

La 1era. capa debe contener ramas, hojas secas, pasto y cenizas

Vincula los conocimientos teóricos con los prácticos a través de experiencias de aprendizaje novedosas, desarrolladas a través del método científico. 86

La 2da. capa debe contener material orgánico

Cubre tu compostador con una lona para protegerlo de la lluvia

Separa la materia orgánica

El suelo humífero es un recurso que se puede agotar si no lo sabemos cuidar adecuadamente. Un buen suelo humífero contiene gran cantidad de materia orgánica en descomposición. El la naturaleza el suelo humífero se forma por la descomposición de la hojarasca, animales muertos, la fijación del nitrógeno por las bacterias nitrificantes. En los terrenos agrícolas, huertos urbanos y jardines, el proceso de descomposición orgánica no se produce en la misma medida en que se consumen los nutrientes, por tal motivo existe la necesidad de fertilizar los suelos artificialmente. Muchos de los fertilizantes artificiales han mostrado ser perjudiciales para el ecosistema y la salud de los seres vivos. En la actualidad la tendencia está en producir fertilizantes naturales que sean amables con el ecosistema, uno de esos es compost.

La composta estará lista en 3 meses en tierra caliente y tarda hasta 6 meses en tierra fría. Debe tener color marrón o negruzco, olor a bosque y estar fría debido a la falta de actividad microbiana.

La producción del compost para fertilizar la tierra es una de las tecnologías actuales que más ha ayudado a restablecer y mantener saludable a los suelos.

Agrega los componentes por capas

Cubre tu compostador

e c

Trabajo colaborativo Formen grupos de cuatro compañeros, hagan fichas con los números atómicos y símbolo del elemento. Sorteen entre los grupos uno de estos números y en función a este número atómico, contesten: a) ¿Cuál es el período y la familia del elemento? b) ¿Es un metal o no-metal? c) ¿Es muy reactivo, poco reactivo o tiene una reactividad casi nula?

Diversidad funcional en el aula Si tienen un compañero con problemas atencionales, denle tiempo para organizar sus ideas o para terminar su trabajo.

Actividad investigativa Existen elementos que son de difícil localización en la naturaleza, a estos elementos se los llama tierras raras, en la tabla periódica se ubican en el sexto y séptimo periodo. Sus números atómicos están a continuación: Investiga: ¿cuáles son y qué características tienen?

Estrategia de investigación Recuerda que las mejores fuentes de investigación son los libros especializados.

¿Cómo se investiga en Química? Cómo se registran observaciones en tablas de valores y representaciones gráficas Lavoisier fue uno de los primeros en registrar las mediciones de sus experimentos, es por eso que se le llama el ‘padre de la química’, porque con el registro y procesamiento de los datos que brotaban de sus mediciones, la química pasó de ser un oficio empírico a convertirse en la gran ciencia de la materia.

1. Obtención de datos

Los datos se obtienen a través de las mediciones. Para las ciencias experimentales la medición es una de las acciones que dan validez a las investigaciones. Medir significa asignar un valor a una variable, para medir se requieren algunos elementos:

Medir Instrumento de medida

Mensurando El mensurando es todo aquello que se pude medir en la naturaleza, a los mensurados se los conoce como magnitudes. Ej. la masa.

Unidad de medida

Son todas aquellas herramientas inventadas por el ser humano que nos permiten dar un valor a la magnitud. Ej. La balanza.

El INEN define la unidad de medida como una magnitud que se escoge arbitrariamente como término de comparación de las demás magnitudes de su misma especie. Ej. el kilogramo. Fuente: archivo editorial

2. Registro de datos brutos ¿Cuándo está terminada la composta?

57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102

Ciencia, tecnología y sociedad

Espacio que desarrolla información en forma de infografía (de tipo periodístico) que te permita visualizar un temas de la unidad.

Para un elemento de número atómico Z=16: a) realiza la configuración electrónica; b) determina su ubicación en la tabla periódica; c) identifica su nombre y su símbolo.

Ciencia, Tecnología y Sociedad

Nombre Símbolo

1. Afinidad electrónica Si recibe electrones. La energía que necesita un átomo solitario, o en estado fundamental y gaseoso, para capturar un electrón.

El flúor, con un valor de 4 es por excelencia el elemento más electronegativo, incluso más que el oxígeno.

Configuración electrónica Ubicación tabla periódica

Electronegatividad Afinidad electrónica Energía de ionización

Afinidad electrónica y energía de ionización El traslado de electrones requiere una inversión de energía y se distinguen dos procesos:

¿Me cedes un electrón?

De allí que el flúor y su pandilla sean tan electronegativos

3,5

Aumenta

Humor

Incluye Trabajo colaborativo, actividad para ser trabajada en equipo. Diversidad Funcional en el aula, con recomendaciones para trabajar con estudiantes con discapacidad. Actividad investigativa, en la que se orientará la investigación en diversas fuentes, acompañado de Sugerencias para investigar.

Bajo 1,0

Identifica las propiedades periódicas y completa el siguiente crucigrama. a. Capacidad de un átomo para atraer electrones. b. Ion de carga neta negativa. c. Símbolo del elemento más electronegativo. d. Energía mínima que se requiere para arrancar un electrón de un átomo. e. Átomos que han perdido o ganado electrones de su último nivel. f. Elemento que pierde fácilmente electrones.

Los elementos más electronegativos son los no-metales, tienden a apropiarse de los electrones, por eso presentan estados de oxidación negativos; además son malos conductores del calor y la electricidad debido a que impiden la movilidad de los electrones, por lo cual presentan un brillo lustroso. Los elementos más electronegativos se hallan al extremo superior derecho de la tabla, la electronegatividad va disminuyendo hacia la izquierda y hacia abajo.

Ejercicio propuesto Coloca en orden creciente a su electronegatividad los siguientes elementos: hierro, cloro, cesio.

2pcon la posición en la tabla periódica, para 2squímicas2p CN.Q.5.1.6. electrónica2s de los átomos propiedades de los ORelacionar (Z = 8)la estructura 1s O2 deducir las1s elementos. CN.Q.5.1.7. Comprobar y experimentar con base en prácticas de laboratorio y revisiones bibliográficas la variación periódica de las propiedades físicas y químicas de los elementos químicos, en dependencia de la estructura electrónica de sus átomos. 2

Electronegatividad Esta propiedad es una medida de tendencia que tiene un átomo para atraer los electrones hacia su lado cuando forma parte de un enlace.

Aumenta

Evaluación formativa

Propiedades periódicas

Ejercicio resuelto y propuesto Ejercicio resuelto Coloca en orden creciente, según su electronegatividad, los siguientes elementos: plata, silicio, bario.

Química 1 Colección Herramientas, (2013). Electronegatividad

Desarrolla las destrezas que establece el Ajuste Curricular. Incluyen actividades constructivistas en las dimensiones cognitiva, afectiva y psicomotriz que inviten a la reflexión, acción crítica, comprensión profunda, desarrollo de valores, aplicación y transformación de la realidad.

Se llaman datos brutos a todos los valores que se pudieron recolectar en una serie de mediciones.

Ejemplo: registro de datos de masa y volumen en una tabla de valores.

Para el registro de datos brutos se utilizan tablas, pues estas permiten presentar los datos de forma clara, sistemática y comprensible. En las tablas se debe incluir el nombre de la magnitud o mensurando, sus símbolos, la unidad de medida, y la incertidumbre de la unidad de medida.

Masa m (kg) Volumen V(mL) Δm ≈ ± 1,0 kg ΔV = ±0,1 mL

Registra en la siguiente tabla el tiempo que te demoras en llegar a tu casa desde el colegio: Día

1,0

3,1

Lunes

3,0

4,2

Martes

5,0

6,1

Miércoles

9,0

10,2

Jueves

15,0

16,2

Viernes

Tiempo t(min) Δt ≈ ±0,1 min

En tu cuaderno de asignatura realiza tabla de datos con la temperatura corporal de los integrantes de tu familia, no olvides incluir toda la información de las unidades y del instrumento de medida.

Proyecto de emprendimiento

El BGU solicita formar a los jóvenes para el emprendimiento. El proyecto está referido a los temas tratados en la unidad y se relaciona con alguna actividad productiva, con estrategias de producción y comercialización.

TIC

Evaluación sumativa

Se desarrolla un software libre para la enseñanza de Química, con todos los procedimientos. 1

Evaluación sumativa

CE.CN.Q.5.6. Deduce la posibilidad de que se efectúen las reacciones químicas de acuerdo a la transferencia de energía y a la presencia de diferentes catalizadores; clasifica los tipos de reacciones y reconoce los estados de oxidación de los elementos y compuestos, y la actividad de los metales; y efectúa la igualación de reacciones químicas con distintos métodos, cumpliendo con la ley de la conservación de la masa y la energía para balancear las ecuaciones.

Reconoce los estados de oxidación de los metales en los siguientes óxidos. Óxidos

CE.CN.Q.5.10. Argumenta mediante la experimentación el cumplimiento de las leyes de transformación de la materia, realizando cálculos de masa molecular de compuestos simples a partir de la masa atómica y el número de Avogadro, para determinar la masa molar y la composición porcentual de los compuestos químicos.

Argumenta, ¿por qué le es tan difícil al ser humano impedir que se forme la herrumbre en los objetos metálicos?

Coloca los metales en orden, desde el más rápido hasta el más lento en reaccionar con el oxígeno. Reconoce su reactividad en función de su potencial de ionización: platino, potasio, aluminio, bario. 1ro.

2do.

CE.CN.Q.5.5. Plantea, mediante el trabajo cooperativo, la formación de posibles compuestos químicos binarios y ternarios (óxidos, hidróxidos, ácidos, sales e hidruros) de acuerdo a su afinidad, enlace químico, número de oxidación, composición, formulación y nomenclatura.

Coevaluación Armen grupos de 3 personas y realicen un collage de fotografías con objetos y productos que encuentren en el hogar y que tengan óxidos.

4to. shutterstock, (2016). 292013498

122

Ca (-2), S (+2) Ca (+2), S (+2) Ca (-2), S (-2) Ca (+2), S (-2)

a. Óxido de sodio b. Óxido de magnesio c. Óxido de cobre d. Óxido de calcio

Fe2O3 FeO FeO5 Fe3O4

Contrasta la información entre los nombres y las fórmulas de los óxidos y escoge la respuesta adecuada. a. Óxido de cobre (I) b. Óxido de cobre (II) c. Óxido de calcio d. Peróxido de calcio

1. CaO 2. CuO 3. CaO2 4. Cu2O

a. a-4; b- 2; c- 3; d-1 b. a-4; b- 2; c- 1; d-3 c. a-2; b- 4; c- 1; d-3 d. a-3; b- 2; c- 1; d-4

Establece cuál de estos óxidos no es de color blanco.

Respuestas A 1. 2. 3. 4. 5.

Autoevaluación Contenidos

3ro.

a. Fe + O2 b. Fe + O2 c. Fe + O2 d. Fe + O2

Analiza la estructura de Lewis del sulfuro de calcio CaS y establece los estados de oxidación, sabiendo que la electronegatividad del S>Ca.

a. b. c. d.

3 3

a. 0 enlaces, valencia 0 b. 2 enlaces, valencia 0 c. 4 enlaces, valencia 0 d. 8 enlaces, valencia 0

• Fe + O2 Fe2O3 • Sr + O2 SrO • Pb + O2 PbO2 • Au + O2 Au2O3 • V + O2 V2O5

Balancea y analiza la formación de los siguientes óxidos e identifica la reacción que no es real.

Ne oo

¿Cuántos enlaces puede formar?

Balancea las ecuaciones de combinación.

Analiza la estructura electrónica del neón y responde: o o

Estado de oxidación

5 2

Argumenta, ¿por qué el bicarbonato de sodio puede limpiar los óxidos formados en las ollas de aluminio, objetos de plata y cobre?

CaO Cu2O CuO NiO Ni2O3

Los criterios de evaluación encabezan el desarrollo de cada pregunta/actividad. se trabaja actividades de Hetero, Co y Autoevaluación. Cierra con una tabla de Metacognición, que le permite al estudiante reflexionar sobre cómo aprende, verificar sus logros y debilidades para retroalimentar su propio aprendizaje.

Prueba de base estructurada

Valoro los óxidos de los metales en su diversidad, utilidad y composición, como parte de la diversidad de sustancias de nuestro planeta. Relaciono lo aprendido con mi vida cotidiana. Observo los que muchos de los óxidos más importantes están a mí alrededor.

Siempre A veces

Nunca

Metacognición • ¿Qué aprendiste en esta unidad? • ¿Cómo lo aprendiste? • ¿En qué lo puedes aplicar?

123

BC 1 BC 2 BC 1 BC 2

BC 1

Unidad 2

Tabla periódica y enlace químico. . . . Los átomos y la tabla periódica . . . . . . . . . La tabla de Dmitri Mendeléyev . . . . . . . . . Estructura electrónica y tabla periódica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La tabla periódica: el nombre de los elementos y sus símbolos . . . . . . . . . . . Estructura electrónica y tabla periódica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Propiedades periódicas . . . . . . . . . . . . . . . . . El enlace químico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tipo de enlaces químicos . . . . . . . . . . . . . . . Sistemas dispersos: soluciones electrolíticas o iónicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . Enlace covalente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistemas dispersos y polaridad de los enlaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Enlace metálico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16 18 18 19

BC 1

22 23

26 27 28 30 31 32 34 35 36 38 39 40

42 44 45

54 56 57 58

Compuestos químicos . . . . . . . . . . . . . . . Formación de compuestos químicos: posibilidad de formación . . . . . . . . . . . . . . . Funciones químicas inorgánicas . . . . . . . . Funciones químicas orgánicas . . . . . . . . . . Las reacciones: evidencia de un cambio químico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tipos de reacciones químicas . . . . . . . . . . Reacciones endotérmicas y exotérmicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Las reacciones químicas y sus ecuaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Leyes de transformación de la materia: leyes ponderales . . . . . . . . . . . . . Leyes ponderales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ciencia, tecnología y sociedad . . . . . . . . ¿Cómo se investiga en Química? . . . . . . Laboratorio 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Proyecto de emprendimiento . . . . . . . . . Tecnologías de la Información y la Comunicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Evaluación sumativa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Unidad 4

49 50 52 53

Propiedades físicas de los compuestos covalentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistemas dispersos: soluciones, coloides y suspensiones . . . . . . . . . . . . . . . . . Fuerzas intermoleculares . . . . . . . . . . . . . . . Ciencia, tecnología y sociedad . . . . . . . . ¿Cómo se investiga en Química? . . . . . . Laboratorio 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Proyecto de emprendimiento . . . . . . . . . Tecnologías de la Información y la Comunicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Evaluación sumativa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Unidad 3

BC 2

Modelo atómico . . . . . . . . . . . . Modelo atómico: antecedentes . . . . . . . Los atomistas griegos . . . . . . . . . . . . . . . . . . Teoría atómica de John Dalton. . . . . . . . . La naturaleza eléctrica de la materia y el modelo atómico de J. J. Thomson . . Modelo de Rutherford del átomo nuclear. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Teoría de Bohr del átomo de hidrógeno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Las reacciones químicas y sus ecuaciones: masa atómica . . . . . . . . . . . . . Modelo atómico: modelo mecánico-cuántico de la materia . . . . . . La dualidad del electrón . . . . . . . . . . . . . . . Los números cuánticos . . . . . . . . . . . . . . . . Modelo atómico: modelo mecánicocuántico de la materia . . . . . . . . . . . . . . . . . Configuración electrónica . . . . . . . . . . . . . Los isótopos radiactivos . . . . . . . . . . . . . . . Ciencia, tecnología y sociedad . . . . . . . . ¿Cómo se investiga en Química? . . . . . . Laboratorio 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Proyecto de emprendimiento. . . . . . . . . Tecnologías de la Información y la Comunicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Evaluación sumativa . . . . . . . . . . . . . . . . . .

BC 2

BC 3

BC 1

BC 2

BC 1

Unidad 1

2 BC 3

Índice

BC 1

Presentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Conoce tu libro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Índice. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 ¿Cómo piensan y trabajan los científicos?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Destrezas con criterio de desempeño que se cumplen en este texto . . . . . . . . . 14

Compuestos binarios: óxidos . . . . . . . . Valores de valencia y número de oxidación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Diferencia entre número de valencia y número de oxidación . . . . . . . . . . . . . . . . Notación química y formulación . . . . . . Compuestos químicos: óxidos básicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nomenclatura de los óxidos básicos . . . Formación de los óxidos básicos . . . . . . Las reacciones químicas y sus ecuaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Balanceo de ecuaciones químicas por ensayo-error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Corrosión por oxidación de los metales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Compuestos químicos: peróxidos . . . . .

60 61 62 64 65 66 68 69 70

72 74 75 76 78 79 80 82 83 84 86 87 88 90 91 92

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109 110

Unidad 6

112 113 114 116 117 118 120 119 122

BC 2

Fórmula mínima de los peróxidos . . . . . Síntesis de peróxidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . Compuestos químicos: óxidos salinos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nomenclatura de óxidos salinos . . . . . . Síntesis de óxidos salinos . . . . . . . . . . . . . . Ciencia, tecnología y sociedad . . . . . . . ¿Cómo se investiga en Química? . . . . . Laboratorio 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Proyecto de emprendimiento. . . . . . . . . Tecnologías de la Información y la Comunicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Evaluación sumativa . . . . . . . . . . . . . . . . . .

BC 3

BC 1

124 126 127 128 130 131 132 134 135 136 138

BC 3

BC 2

Unidad 5

Compuestos binarios: óxidos ácidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Estados de oxidación de los no metales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Formación de los óxidos ácidos. . . . . . . . Nomenclatura de los óxidos ácidos . . . Formación de compuestos químicos . . Nomenclatura tradicional de los óxidos de la familia del oxígeno. . . . . Nomenclatura tradicional de los óxidos ácidos de la familia del carbono y del boro . . . . . . . . . . . . . . . . Los óxidos ácidos propiedades . . . . . . . . Las reacciones químicas y sus ecuaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Las reacciones químicas y sus ecuaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Contaminantes y efectos que producen en el entorno natural y la salud humana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Actividades humanas que producen los gases invernadero y gases aerosol. . . Acciones para mitigar el cambio climático. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ciencia, tecnología y sociedad . . . . . . . . ¿Cómo se investiga en Química? . . . . . Laboratorio 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Proyecto de emprendimiento. . . . . . . . . Tecnologías de la Información y la Comunicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Evaluación sumativa . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Hidruros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Formación de compuestos químicos: hidruros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nomenclatura de los hidruros . . . . . . . . . Síntesis de hidruros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hidruros de no metales de las familias 13, 14, 15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nomenclatura de los hidruros no metálicos mononucleados . . . . . . . . . Síntesis de hidruros mononucleares o compuestos especiales . . . . . . . . . . . . . . Formación de compuestos químicos: ácidos hidrácidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nomenclatura de ácidos hidrácidos . . . Síntesis de ácidos hidrácidos . . . . . . . . . . Las reacciones químicas y sus ecuaciones: disociación de ácidos hidrácidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Química de disoluciones de sistemas dispersos: el pH y su importancia . . . . . Química de disoluciones de sistemas dispersos: porcentaje de concentración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ciencia, tecnología y sociedad . . . . . . . ¿Cómo se investiga en Química? . . . . . Laboratorio 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Proyecto de emprendimiento. . . . . . . . . Tecnologías de la Información y la Comunicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Evaluación sumativa . . . . . . . . . . . . . . . . . .

150 152 153 154 156 157 158 160 161 162 164 165 166 168 169 170 172 173 174

Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 Anexos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 Clasificación de los elementos químicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

139 140 142 143 144 146 147 148

BC 1

Bloque Curricular 1: El mundo de la Química

BC 2

Bloque Curricular 2: La Química y su lenguaje

BC 3

Bloque Curricular 3: Química en acción

¿Cómo piensan y trabajan los científicos? shutterstock, (2016). 188015603

“Podemos discutir hasta el infinito si los delfines, los chimpancés y otros animales tienen o no capacidad para razonar. Se les puede enseñar a hacer trucos, a resolver enigmas y, hasta cierto punto, a hablar. Una cosa es cierta, sin embargo: solo los seres humanos hacen preguntas. La nuestra es la única especie de la Tierra que al contemplar el esplendor de los cielos quiere saber el porqué” (Glashow, 2000, pág. 41). Desde nuestros primeros pasos estamos expuestos a todo aquello que puede llamar la atención de nuestros sentidos; nuestra natural curiosidad nos hace preguntarnos ¿por qué? Para la especie humana las ciencias han significado por múltiples ocasiones la oportunidad de dar respuesta al eterno por qué de las cosas.

¿Qué es la ciencia?

La palabra ciencia viene del latín scientia, que significa "conocer". Se define a la ciencia como un “conjunto de conocimientos obtenidos mediante la observación y el razonamiento, sistemáticamente estructurados y de los que se deducen principios y leyes generales con capacidad predictiva y comprobables experimentalmente” (Real Academia Española, 2014). El objeto de estudio de una ciencia es la que la define; así, la Biología estudia la vida, la Química estudia la materia, la Física estudia los fenómenos físicos, la Cosmología estudia el cosmos, etc. A este tipo de ciencias, cuyo objeto de estudio es tangible, se las denomina ciencias fácticas o experimentales.

Fuente: Maya Ediciones, 2016.

Las ciencias representan nuestra verdadera herencia humana; en ellas se resume y se transmite de generación en generación el intento de todas las individualidades por alcanzar a comprender el todo; en ellas se manifiesta el genio humano en una síntesis a la que se denomina conocimiento científico. Los científicos son las personas que producen conocimiento científico a través de la investigación y el uso del denominado método científico.

El método científico

Existen varias definiciones de método científico; sin embargo, podemos decir que es:

shutterstock, (2016). 145005193

Un procedimiento con pasos claramente establecidos, mediante el cual podemos alcanzar un conocimiento objetivo de la realidad y responder preguntas planteadas previamente. El método científico es riguroso en su sistematización, aplicable a lo general y particular, es flexible y perfectible sin ser laxo, su punto de partida se basa en conocimientos previos, su comprobación o posterior reelaboración.

Etapas del método científico

El método científico consta de las siguientes etapas:

Reconocimiento del problema

Formulación de hipótesis

Plantear suposiciones para explicar el problema

Experimentación

Conclusiones

Comprobación de hipótesis, búsqueda de relaciones entre las variables

Emitir conclusiones que confirman o niegan la hipótesis

shutterstock, (2016). 55367440

Observación

Nuestra curiosidad y el intento por responder al por qué de las cosas han hecho que el ser humano sistematice sus procedimientos en la búsqueda de la verdad. Para describir de forma práctica las etapas del método científico tomaremos como ejemplo el trabajo del químico francés Antoine-Laurent de Lavoisier (1743 - 1794).

La observación

El inicio de toda investigación parte en la observación.

shutterstock, (2016). 224208166

La observación es la examinación de los fenómenos que se dan a nuestro alrededor o dentro de nosotros y que podemos percibirlos con nuestros sentidos. En ocasiones, nuestros cinco sentidos no han sido suficientes para examinar los fenómenos, por lo cual el ser humano ha inventado aparatos para observarlos; ejemplo de ellos son los microscopios y telescopios, que aumentan el límite de la visión humana; los contadores Geiger, que miden la radiactividad; los equipos de resonancia magnética, que permiten observar estructuras atómicas diminutas; entre otros. Al aumentar nuestra escala de percepción del universo que nos rodea, siempre se nos plantean nuevas interrogantes.

Lavoisier y la Ley de conservación de la materia Hasta pasado medio siglo XVIII, gran parte de los estudiosos aún mantenían la idea de que el aire era un elemento. Por otro lado, existían investigadores que tras sus experimentaciones habían descubierto que no todos los vapores o emanaciones eran aire; para ellos, estos vapores eran sustancias diferentes pero con características parecidas al aire. El químico británico Joseph Priestley (17331804), por ejemplo, había logrado aislar el oxígeno; con base en este descubrimiento Lavoisier, formularía importantes teorías.

Lavoisier, (2014). www.alponiente.com

Lavoisier se debatía en un dilema: él había observado dos fenómenos en los que intervenía el oxígeno. Cuando los cuerpos ardían, perdían peso o desaparecían; por ejemplo cuando se quemaba un pedazo de carbón, la ceniza residual era mucho más ligera que el carbón; cuando se prendía alcohol concentrado, este desaparecía casi por completo; alguna vez quemó un pequeño diamante y este desapareció totalmente. Por otro lado, cuando sobre los metales se formaba la herrumbre, el peso de la herrumbre era mayor que el peso del metal que se herrumbraba.

Las observaciones de Lavoisier le llevaron a plantearse preguntas: • • • •

¿Por qué en la combustión desaparece la materia? ¿A dónde se va la materia al quemarse? ¿Por qué la herrumbre era más pesada que el metal original? ¿De dónde aparece la materia que se halla en exceso en la herrumbre?

Después de observar, se plantean inquietudes y preguntas sobre por qué el fenómeno presenta determinadas características o manifestaciones. El investigador intenta dar una explicación. Las preguntas que ha originado el fenómeno observado son, por el momento, respondidas a través de la formulación de hipótesis. Las hipótesis son ideas o suposiciones que tratan de explicar las causas del fenómeno observado.

shutterstock, (2016). 276162638

La hipótesis

La hipótesis que se plantea el investigador es siempre una suposición; la labor investigativa girará alrededor de ella para determinar si es verdadera o es falsa. Lavoisier conocía de experimentos realizados por el químico neerlandés Jan Baptiste van Helmont (1577-1644), quien había observado que al disolver plata en ácido nítrico se formaba un aire rojo, y que el aire producido por la fermentación alcohólica no era capaz de encender el fuego. Lavoisier también se había enterado de que Priestley pudo aislar el gas que era el causante de la combustión.

«Bien», pensó Lavoisier, «supongamos que una sustancia, al arder, pierde peso porque libera un gas. ¿Qué ocurre entonces con los metales? ¿Ganan peso cuando se aherrumbran porque se combinan con un gas?» (Asimov, 2011). Las hipótesis de Lavoisier • Las sustancias al arder pierden peso porque liberan un gas. • Las sustancias cuando se herrumbran ganan peso porque se combinan con un gas.

Lavoisier, ( 2016). www.metmuseum.org

Lavoisier se empezó a preguntar si sería posible que el material que se quemaba se desvanecía, porque pasaba a formar parte del aire y si eso era posible quizás la herrumbre era un proceso contrario en donde su formación se debía a que los metales tomaban parte del aire (el gas descubierto por Priestley) y lo incorporaba o transformaba en algo sólido.

La experimentación

En las ciencias experimentales Química, Biología, Física, Astrofísica, Cosmología, Física de partículas y Cromodinámica, la experimentación consta de partes importantes: El diseño del experimento, que permitirá dar un seguimiento sistematizado y controlado de lo que ocurre con el fenómeno observado. 11

La medición de las variables que presenta el fenómeno, cuyo producto es la generación de datos cuantificados que son recolectados en tablas, representados en gráficos y esquemas para luego ser analizados. Los experimentos deben ser factibles de reproducción, para volver a ser comprobados y verificados por otras personas si es necesario, en cualquier tiempo y lugar. Si lo que Lavoisier sospechaba era cierto, él no solo debía pesar las cenizas y la herrumbre, sino también pesar el aire que se producía en la combustión; debía confirmar que el aire tenía peso.

Lavoisier, (2013). www.fineartamerica.com

¿Cómo se lograba pesar algo tal ligero y que está en todas partes? El diseño de Lavoisier fue ingeniar una serie de recipientes y aparatos sellados herméticamente. En ellos se conservaría el gas producido por la combustión, y en el caso de la herrumbre solo estaría el aire contenido en el recipiente cerrado. Para la medición, Lavoisier pesó los recipientes con los materiales, los metales, el aire contenido o la herrumbre, todo lo que podía ir en el experimento. Pesaba todo varias veces, antes y después.

La cuantificación del fenómeno

Medidor de peso de gases, (2012). www.fotolibra.com

“Estoy de acuerdo con Lord Kelvin cuando dice: ‘Cuando podemos cuantificar lo que decimos y expresarlo numéricamente, sabemos algo al respecto. Cuando no lo expresamos por medio de números, nuestro conocimiento se nos antoja insuficiente e insatisfactorio. Quizá podríamos hablar entonces de rudimentos, pero habremos avanzado muy poco hacia lo que consideramos ciencia’” (Glashow, 2000, pág. 211).

 Aparato diseñado para medir el peso de los gases.

La cuantificación del fenómeno

Una hipótesis es la “Idea a la que se llega después de considerar una serie de datos o circunstancias” (Real Academia Española, 2014). Las conclusiones de un trabajo científico son analizadas en la comunidad de científicos especializados. La repetida validez de una hipótesis hace que se la acepte como una teoría, y si esta es confirmada de forma absoluta, se le otorga la calidad de ley.

Gettyimage, (2016). www.gettyimages.fr

Las conclusiones surgen del análisis de los datos y son cotejadas con las hipótesis. En las conclusiones se confirman o se niegan las hipótesis.

Lavoisier también observó que el peso del recipiente, el metal y el aire contenido era idéntico al de la herrumbre y el recipiente; aunque todo el metal se transformara en herrumbre y este ganara en peso, el recipiente hermético que contenía el producto del experimento no cambiaría de peso; es decir, el metal tomaba algún gas del aire y lo incorporaba a él para formar el polvo llamado herrumbre.

Lavoisier, ( 2016). www.metmuseum.org

Lavoisier había determinado en todos los casos que combustionó diversos materiales, que el peso del recipiente y los materiales no había cambiado, pese a si quedase algún residuo de cenizas o no; es decir, la sustancia que ardía se transformaba en gas, por eso el peso del recipiente y los residuos era igual al peso de antes de la combustión.

La cuantificación del fenómeno El peso que se pierde del material que se combustiona se transforma en gas. El peso que aparece en exceso en la herrumbre corresponde al gas que se combina con el metal. La teoría: En una reacción química, la masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos. La ley: “La materia no se crea ni se destruye, solo se transforma”. Los experimentos y mediciones de Lavoisier determinaron el inicio de la Química Moderna como una ciencia; él fue quien incorporó las mediciones en los experimentos químicos y postuló uno de sus máximos principios. Por este aporte a la ciencia, a Antoine-Laurent de Lavoisier se le otorga el reconocimiento de ser el Padre de la Química. 13

Destrezas con criterio de desempeño que se cumplen en este texto Básicos imprescindibles

Básicos deseables

Bloque 1 Código

Destrezas con criterio de desempeño

Unidades 1 2 3 4 5 6

CN.Q.5.1.1.

Analizar y clasificar las propiedades de los gases que se generan en la industria y aquellos que son más comunes en la vida y que inciden en la salud y el ambiente.

CN.Q.5.1.3.

Observar y comparar la teoría de Bohr con las teorías atómicas de Demócrito, Dalton, Thompson y Rutherford.

CN.Q.5.1.4.

Deducir y comunicar que la teoría de Bohr del átomo de hidrógeno explica la estructura lineal de los espectros de los elementos químicos, partiendo de la observación, comparación y aplicación de los espectros de absorción y emisión con información obtenida a partir de las TIC.

CN.Q.5.1.5.

Observar y aplicar el modelo mecánico-cuántico de la materia en la estructuración de la configuración electrónica de los átomos considerando la dualidad del electrón, los números cuánticos, los tipos de orbitales y la regla de Hund.

CN.Q.5.1.6.

Relacionar la estructura electrónica de los átomos con la posición en la tabla periódica, para deducir las propiedades químicas de los elementos.

CN.Q.5.1.8.

Deducir y explicar la unión de átomos por su tendencia a donar, recibir o compartir electrones para alcanzar la estabilidad del gas noble más cercano, según la teoría de Kössel y Lewis.

CN.Q.5.1.9.

Observar y clasificar el tipo de enlaces químicos y su fuerza partiendo del análisis de la relación existente entre la capacidad de transferir y compartir electrones y la configuración electrónica, con base en los valores de la electronegatividad.

CN.Q.5.1.10.

Deducir y explicar las propiedades físicas de compuestos iónicos y covalentes desde el análisis de su estructura y el tipo de enlace que une a los átomos, así como de la comparación de las propiedades de sustancias comúnmente conocidas.

CN.Q.5.1.11.

Establecer y diferenciar las fuerzas intermoleculares partiendo de la descripción del puente de hidrógeno, fuerzas de London y de Van der Walls, y dipolo-dipolo.

CN.Q.5.1.12.

Deducir y predecir la posibilidad de formación de compuestos químicos, con base en el estado natural de los elementos, su estructura electrónica y su ubicación en la tabla periódica.

CN.Q.5.1.13.

Interpretar las reacciones químicas como la reorganización y recombinación de los átomos con transferencia de energía, mediante la observación y cuantificación de átomos que participan en los reactivos y en los productos.

CN.Q.5.1.14.

Comparar los tipos de reacciones químicas: combinación, descomposición, desplazamiento, exotérmicas y endotérmicas, partiendo de la experimentación, análisis e interpretación de los datos registrados y la complementación de información bibliográfica y procedente de las TIC.

CN.Q.5.1.26.

Aplicar y experimentar diferentes métodos de igualación de ecuaciones tomando en cuenta el cumplimiento de la Ley de la conservación de la masa y la energía, así como las reglas de número de oxidación en la igualación de las ecuaciones de óxido-reducción.

CN.Q.5.1.29.

Comparar y examinar las reacciones reversibles e irreversibles en función del equilibrio químico y la diferenciación del tipo de electrolitos que constituyen los compuestos químicos reaccionantes y los productos.

Bloque 2 Código

Destrezas con criterio de desempeño

Unidades 1 2 3 4 5 6

CN.Q.5.2.1.

Analizar y clasificar los compuestos químicos binarios que tienen posibilidad de formarse entre dos elementos de acuerdo con su ubicación en la tabla periódica, su estructura electrónica y sus posibles grados de oxidación para deducir las fórmulas que los representan.

CN.Q.5.2.2.

Comparar y examinar los valores de valencia y número de oxidación, partiendo del análisis de la electronegatividad, del tipo de enlace intramolecular y de las representaciones de Lewis de los compuestos químicos.

CN.Q.5.2.3.

Examinar y clasificar la composición, formulación y nomenclatura de los óxidos, así como el método a seguir para su obtención (vía directa o indirecta) mediante la identificación del estado natural de los elementos a combinar y la estructura electrónica de los mismos.

CN.Q.5.2.7.

Examinar y clasificar la composición, formulación y nomenclatura de los hidruros, diferenciar los metálicos de los no metálicos y estos últimos de los ácidos hidrácidos, resaltando las diferentes propiedades.

CN.Q.5.2.8.

Deducir y comunicar que las ecuaciones químicas son las representaciones escritas de las reacciones que expresan todos los fenómenos y transformaciones que se producen.

CN.Q.5.2.9.

Experimentar y deducir el cumplimiento de las leyes de transformación de la materia: leyes ponderales y de la conservación de la materia que rigen la formación de compuestos químicos.

CN.Q.5.2.10.

Calcular y establecer la masa molecular de compuestos simples a partir de la masa atómica de sus componentes, para evidenciar que estas medidas son inmanejables en la práctica y X que por tanto es necesario usar unidades de medida mayores, como el mol.

CN.Q.5.2.13.

Examinar y aplicar el método más apropiado para balancear las ecuaciones químicas basándose en la escritura correcta de las fórmulas químicas y el conocimiento del rol que desempeñan los coeficientes y subíndices, para utilizarlos o modificarlos correctamente.

CN.Q.5.2.15.

Diferenciar las fórmulas empíricas, moleculares, semidesarrolladas y desarrolladas y explicar la importancia de su uso en cada caso.

Bloque 3 Código

Destrezas con criterio de desempeño

Unidades 1 2 3 4 5 6

CN.Q.5.3.1.

Examinar y clasificar las características de los distintos tipos de sistemas dispersos según el estado de agregación de sus componentes y el tamaño de las partículas de la fase dispersa.

CN.Q.5.3.2.

Comparar y analizar disoluciones de diferente concentración mediante la elaboración de soluciones de uso común.

CN.Q.5.3.4.

Analizar y deducir, a partir de la comprensión del significado de la acidez, la forma de su determinación y su importancia en diferentes ámbitos de la vida, como la aplicación de los antiácidos y el balance del pH estomacal, en la industria y en la agricultura, con ayuda de las TIC.

CN.Q.5.3.5.

Deducir y comunicar la importancia del pH a través de la medición de este parámetro en varias soluciones de uso diario.

CN.Q.5.3.12.

Establecer y comunicar los factores que inciden en la velocidad de la corrosión y sus efectos, para adoptar métodos de prevención.

CN.Q.5.3.13.

Examinar y comunicar los contaminantes y los efectos que producen en el entorno natural y la salud humana basándose en su toxicidad y su permanencia en el ambiente; y difundir X el uso de prácticas ambientalmente amigables que se pueden utilizar en la vida diaria.

X X

UNIDAD

Modelo atómico

10-32 segundos Expansión cósmica termina

10-6 segundos Formación de protones

“H

100 segundos Sintetización del deuterio, helio y litio

100 millones de años Formación de las primeras estrellas

Objetivos 1. O.CN.Q.5.1. Reconocer la importancia de la química dentro de la ciencia y su impacto en la sociedad industrial y tecnológica, para promover y fomentar el Buen Vivir, asumiendo responsabilidad social. 2. O.CN.Q.5.3. Interpretar la estructura atómica y molecular, desarrollar configuraciones electrónicas y explicar su valor predictivo en el estudio de las propiedades químicas de los elementos y compuestos, impulsando un trabajo colaborativo, ético y honesto.

500 Form g

shutterstock, (2016). 231567979

La Química y las profesiones

Las experticias que posee un químico puro le permiten coordinar las diversas actividades que se realizan en un laboratorio, asesorar a organizaciones, investigar y desarrollar nuevos materiales.

500 millones de años Formación de la primera galaxia conocida

4 billones de años Picos de formación estelar

shutterstock, (2016). 353117663

La carrera de Química Pura hace de este profesional un experto en el manejo del método científico y un candidato adecuado para formar parte de programas empresariales, espaciales, ecológicos e industriales. Las universidades que ofertan esta carrera en el Ecuador son: Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Universidad de Investigación de Tecnología Experimental Yachay, Universidad San Francisco de Quito, Universidad Central del Ecuador. En el siguiente link podrás encontrar mayor información sobre la carrera de Química Pura de la UCE: www.uce.edu.ec/web/ciencias-quimicas

Modelo atómico

Antecedentes

Modelos previos

• Los atomistas griegos • Teoría atómica de Dalton

• Modelo de Thomson • Modelo de Rutherford • Modelo de Bohr • Modelo de la Mecánica Cuántica

Bohr y el átomo de hidrógeno • Las reacciones químicas y sus ecuaciones • Masa atómica

El modelo de la mecánica cuántica • Disoluciones y sistemas dispersos • Contaminantes y efectos que producen en el entorno natural y la salud humana los isótopos radiactivos Fuente: Maya Ediciones, 2016

¿En cuál de estas porciones de materia crees que exista una mayor cantidad de átomos? • Un globo lleno de aire • Un vaso con agua • Un puñado de tierra Elije una alternativa y argumenta tu respuesta.

Desequilibrio cognitivo ¿Cómo le ayudarías a explicar a Leucipo la existencia de un vacío que nadie ve, y la causa del eterno movimiento de los átomos?

ab c

Glosario

teorías atómicas. conjunto de postulados que tratan de explicar la estructura del átomo.

Buen Vivir

Los atomistas griegos

Hace 2 500 años Leucipo irrumpió en la sociedad griega con una propuesta filosófica acerca de la conformación de la realidad: para él todas las cosas en el universo se podían explicar a través de los átomos y su movimiento. La palabra átomo deriva de dos palabras griegas: A: sin; Tomo: parte. En cambio para Leucipo solo existían átomos y vacío. Todas las sustancias conocidas, incluida el alma humana estaban conformados por átomos que se movían en el vacío, y que eran indivisibles, inalterables y eternos. La combinación entre ellos, sus choques, geometría y su posición, podían crear la diversidad de sustancias y cuerpos.

Art. 16. Todas las personas, en forma individual o colectiva, tienen derecho a:

Opina: ¿Cómo crees que Leucipo y Demócrito hubieran vivido este derecho en nuestro país para expresar sus ideas acerca del átomo?

shutterstock, (2016). 224845876

Las ideas de Leucipo fueron seguidas, completadas y desarrolladas por Demócrito; por esta razón a ambos se les conoce como los filósofos atomistas.

Leucipo de Mileto, (2013). www.fineartamerica.com

Comenta con tus compañeros la importancia del Art. 16, Sección 1 de la Constitución de la República del Ecuador.

Modelo atómico: antecedentes

 Leucipo de Mileto (izquierda), Demócrito de Abdera (centro), Aristóteles (derecha).

shutterstock, (2016). 40849354

Saberes previos

Teoría atómica de John Dalton

shutterstock, (2016). 89798266

Hidrógeno

Carbono

Nitrógeno

Óxido nítrico

Fósforo

Agua

Azufre

Oxígeno

Ácido sulfúrico

Cal

Dióxido de carbono

Plata

Oro

Ácido acético

Dalton y su simbología química, (2006). www.ikipedia.org

El científico inglés John Dalton (1766-1844) precisó y complementó la teoría de los griegos con sus numerosos experimentos de laboratorio, y así logró explicar las relaciones de masa que guardan entre sí todas las sustancias. Dalton diseñó su teoría atómica que se resume en los siguientes postulados:

Dalton asignó un símbolo para cada elemento químico que se conocía en aquellos tiempos.

TIC

Fuente: archivo editorial

Ingresa en esta URL y descubre más acerca de la teoría atómica de Dalton, luego intercambia tus hallazgos con tus compañeros. www.mayaediciones.com/ 1quim/p19

Placas de desviación Cañón de electrones vertical

Química y Física

Pantalla fluorescente

Cátodo Ánodo

Televisión de tubo catódico

shutterstock, (2016). 188877980

Haz de electrones

Ingresa en este link y descubre cómo funciona una televisión.

Ingreso vertical

Ingreso horizontal

Haz de electrones

Pantalla fluorescente

Los rayos catódicos podían ser desviados cuando se hallaban en presencia de un campo eléctrico de carga negativa (–), por lo cual se dedujo que poseían carga eléctrica negativa. Pero la discusión entre los científicos no se centraba alrededor de la carga eléctrica de esta radiación, sino en relación con sí: ¿los rayos catódicos eran partículas u ondas?

Es en medio de esa discusión que Thomson (1856-1940) un físico británico realiza sus experimentos con los rayos catódicos y expuso su modelo atómico. Química 1 Colección Herramientas, (2013). Modelo atómico Thomson

Comenta con tu maestro de Física, y pídele que te explique más acerca de la electricidad.

Placas de desviación horizontal

• Si eran partículas, no debían dispersarse en el espacio. • Si eran ondas, no debían modificar su trayectoria rectilínea.

http://historiaybiografias.com/ rayoscatodicos/

 Modelo atómico de Thomson: El pudín de pasas

En el siglo XIX, el físico alemán J. Plucker descubrió que si hacía pasar una descarga eléctrica a través de un tubo de vidrio vacío con los electrodos conectados en sus extremos, se producía una radiación fluorescente que salía desde el cátodo (polo negativo), algo a lo que él denominó rayos catódicos. Tubo de rayos catódicos

Interdisciplinariedad

Placa de barrido

Los rayos catódicos Aunque su nombre suene extraño, los rayos catódicos son muy comunes en la actual civilización, los puedes observar en las vitrinas que exponen luces de neón o en los antiguos televisores de tubo.

El budín de pasas

El propósito de los experimentos de Thomson era explicar la naturaleza de los rayos catódicos y sus resultados mostraron que esta radiación es producida por partículas pequeñas a las que él llamó ‘corpúsculos con carga negativa’. Así, Joseph John Thomson descubrió lo que más tarde se denominaría electrón. Thomson fue el primero en incorporar los electrones a un modelo atómico, tratando de explicar la naturaleza eléctrica de la materia. Describía al átomo como una esfera compacta de carga positiva, en donde se localizaban uniformemente los corpúsculos negativos (electrones). El modelo atómico propuesto por Thomson fue conocido y recordado como ‘El budín de pasas’.

Química 1 Colección Herramientas, (2013). Rayos Catódicos

Joseph John Thomson, (2016). www.sciencemuseum.org.uk

 Joseph John Thomson (1856-1940)

La naturaleza eléctrica de la materia y el modelo atómico de J. J. Thomson

Evaluación formativa 1

CE.CN.Q.5.2. Analiza la estructura del átomo en función de la comparación de las teorías atómicas de Bohr (explica los espectros de los elementos químicos), Demócrito, Dalton, Thompson y Rutherford y realiza ejercicios de la configuración electrónica desde el modelo mecánico-cuántico de la materia.

Escribe en el casillero de la línea de tiempo el nombre de los personajes que aportaron con ideas y modelos acerca del átomo. Siglo V a. C.

Finales del siglo XVIII

Finales del siglo XIX

_________________________

De acuerdo con la teoría atómica de Dalton, escoge la proposición falsa: a. Los átomos de un mismo elemento son idénticos entre sí. b. La materia está formada por partículas muy pequeñas e indivisibles, llamadas átomos. c. La masa del electrón es muy pequeña. d. Los átomos de un elemento son indestructibles, no se pueden transformar en átomos de otro elemento.

Analiza. ¿Qué sucedería con los rayos catódicos (–), si atravesaran por los siguientes campos electrificados? Campos

Respuesta

Electrificados con cargas eléctricas negativas Electrificados con cargas eléctricas positivas Campos no electrificados

Trabajo colaborativo Junto con un compañero, explica: ¿por qué Thomson estudió los rayos catódicos y cuál fue el resultado de sus experimentos? ____________________________________________________________ ____________________________________________________________

Diversidad funcional en el aula Si trabajan con un compañero con discapacidad, deben saber que es un ser humano sujeto de derechos y también de deberes.

____________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________

Actividad investigativa Investiga de dónde procede la palabra electrón.

Estrategia de investigación Anota tus fuentes de consulta, en caso contrario, es un plagio.

Ernest Rutherford, (2016). www.ndhadeliver.natlib.govt.nz

¿Por qué percibimos la materia como algo concreto, si la mayor parte del átomo está vacío?

 Ernest Rutherford

Buen Vivir

shutterstock, (2016). 397270384

Gestión de Riesgo: NORMA INEN 2266 Clase 7. Material Radioactivo

Para poder analizar una estructura tan pequeña como el átomo, se requería de objetos más pequeño que un átomo. A finales del siglo XIX, la ciencia se había embarcado en el estudio de las diversas radiaciones: alfa, beta, gama, y radiación X. El común denominador de estas Atraviesa radiaciones era que todas ellas Desviada podían atravesar algunos tipos de materia. Para 1909, Ernest Rutherford (Nueva Zelanda 1871-1937), un Bombardeo del átomo con partículas alfa. antiguo ayudante de Thomson, había estado estudiando las radiaciones alfa ( ) y beta ( ), pues suponía que estas radiaciones podían utilizarse para explicar la estructura del átomo. Para esto bombardeó diversas placas delgadas de metales con partículas . Observó que mientras la mayoría de partículas conservaba su trayectoria al atravesar las placas, una porción pequeña de ellas se desviaba. Así, intuyó acertadamente que esto se debía a la presencia de un campo eléctrico intenso en el centro del átomo. Con base en estas observaciones, propuso un modelo atómico que constaba de un núcleo central muy pequeño con carga eléctrica positiva, el cual se hallaba rodeado de una esfera electrificada de electrones que giraban en órbitas alrededor de él, lo que hacía pensar en el modelo atómico de Rutherford, como un mini sistema solar.

+ ±

Modelo de Rutherford del átomo nuclear o mini sistema solar

El trébol radiactivo es el símbolo que se utiliza para indicar el peligro de radiación. En todos los sitios donde haya radiactividad se debe mostrar este símbolo.

Observa si existe esta señalización de precaución, en los lugares donde realizan Rayos X, y deduce el porqué de su uso.

Química Armendaris 1, (2016). Electrones

Desequilibrio cognitivo

Partícula que rebota

¿Qué conoces acerca de los rayos X?

Química Armendaris 1, (2016). Átomo

Modelo de Rutherford del átomo nuclear

Saberes previos

Teoría de Bohr del átomo de hidrógeno

Humor

+ Protón

Eres más simple que un átomo de hidrógeno

Maya Ediciones, (2016). Chiste

- Electrón

TIC Hidrógeno, H

Absorción Emisión

Utiliza los botones o escribe el número atómico y pulsa Intro

Ingresa en esta URL y busca y compara los espectros luminosos del hidrógeno, helio, carbono, nitrógeno, cobre. Contesta: ¿de qué color será la llama del cobre? www.mayaediciones.com/ 1quim/p23

Espectro de emisión de luz del sodio

Laboratorio casero

Basado en estas observaciones, Bohr plantea la idea de que los electrones poseen una energía cuantificada, exclusiva para cada órbita en donde se hallaban girando, lo que determinaba cuánta luz (fotones) era absorbida o emitida en sus espectros. Con esto, Bohr introduce el concepto de nivel de energía y el primer número cuántico n.

Emisión de un fotón por transición de un electrón entre niveles de energía n=3 n=2

electrón que regresa su nivel de energía

n=1 + Ze

∆E = hv fotón emitido

Química 1 Colección Herramientas, (2013). Modelo de Bohr

El espectro de emisión es el complemento del espectro de absorción.

Niels Bohr, (2015). www.nobelprize.org

Humedece la punta de un tenedor y pega en ella unos cristales de sal (cloruro de sodio). Lleva los cristales a la llama de la cocina y observa el color que toma la llama debido a que el sodio al calentarse emite un espectro luminoso.

Espectro dede absorción de luz Espectro absorción dedel luzsodio del sodio

 Niels Bohr fue galardonado en 1922, con el Premio Nobel de Física por sus trabajos sobre la estructura atómica y la radiación.

C–13

C–14

12 6C 13 6C 14 6C

6 neutrones

7 neutrones

8 neutrones

Química 1 Colección Herramientas, (2013). Isótopos

C–12

 Los isótopos. Los átomos de un mismo elemento con diferente masa se conocen como isótopos. Estos se distinguen escribiendo el número de masa junto al nombre o símbolo del elemento. En este caso se representan los tres isótopos del carbono.

Ejercicio resuelto y propuesto • Determina el número de masa A para el elemento uranio que contiene 92 protones y 146 neutrones en el núcleo. Solución A = p+ + n± = 92 + 146 = 238 • Determina el número de masa del carbono, si cuenta con 6p+ y 8n±

Luego de Rutherford y de Bohr, en el ambiente científico se admitía que el átomo estaba constituido por un núcleo y una nube electrónica. Además, se sabía que el átomo era eléctricamente neutro, es decir, el número de protones (cargas positivas) era igual al número de electrones (cargas negativas). A la cantidad de protones o electrones que presentaba un átomo determinado, los científicos la denominaron número atómico (Z). La masa de un protón era igual a la masa de un núcleo de hidrógeno, y la masa de un electrón era despreciable en comparación con la masa de un protón. Posteriores estudios del núcleo atómico pusieron de manifiesto algunas inquietudes:

Química 1 Colección Herramientas, (2013). Rayos Gamma

Interdisciplinariedad Química y Biología Los isótopos radiactivos de iodo 131 se utilizan como trazadores de rutas en ciclos metabólicos. Es decir, se pude fotografiar el rastro que deja la radiación emitida por este isótopo en un ciclo metabólico específico.

Las reacciones químicas y sus ecuaciones: masa atómica

• La masa medida del núcleo de los átomos no coincidía con la masa de los protones correspondientes al número atómico: existía un exceso de masa. • Existían átomos de los mismos elementos que podían presentar núcleos con diferente masa: los isótopos. Fue el físico inglés James Chadwick (1891-1974), en 1932, quien luego de bombardear boro con radiaciones alfa, pudo identificar que del núcleo atómico se desprendía un tipo de partículas de masa semejantes a las del protón y que poseían carga neutra: él las denominó neutrones. Las partículas fundamentales que conforman la estructura del átomo se resumen en el siguiente cuadro: Masa

Partícula Localización Símbolo

Carga eléctrica

Electrón Protón Neutrón

Negativa 9,11 x 10 Positiva 1,673 x 10–24 Neutra 1,675 x 10–24

Envoltura Núcleo Núcleo

e p+ n –

Gramos –28

uma 1/1 840 1 1 Fuente: archivo editorial

Por lo tanto, quedó claro que el núcleo atómico estaba conformado por protones y neutrones, a los cuales se los considera nucleones. La suma del número de neutrones y protones del núcleo atómico se conoce como número de masa (A). Para poder medir una masa extremadamente pequeña de un núcleo atómico se ha tomado como referencia una doceava parte del átomo de carbono 12. Es decir cada UMA equivale a 1/12 porciones de materia de carbono 12.

Evaluación formativa 1

Completa la siguiente tabla: Elemento

Símbolo

Magnesio

n± 13

132 54

78 26

Escribe en el casillero el nombre del científico que acuñó cada concepto. Niveles de energía

e–

12 Xe

Cuantos

Núcleo atómico

Neutrón

Observa el espectro de absorción del hidrógeno, explica y pinta su espectro de emisión en el casillero en blanco. Hidrógeno, H

Define en tu cuaderno los siguientes conceptos: unidad de masa atómica, número atómico e isótopos.

Trabajo colaborativo Comenta con tus compañeros: ¿qué importancia ha tenido el descubrimiento de los rayos X en la medicina? Escribe una conclusión del tema comentado. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________

Actividad investigativa Indaga sobre el isótopo de carbono-14 y su importancia en la arqueología.

Diversidad funcional en el aula Si trabajan con un compañero con discapacidad auditiva, y no están seguros de que los entendió, repitan el mensaje. Si ocurre otra vez, busquen otra forma de comunicación, por ejemplo, escribirle el mensaje.

Estrategia de investigación Si investigas en internet, utiliza diversos motores de búsqueda.

Modelo atómico: modelo mecánico-cuántico de la materia

Saberes previos Cuando la luz del sol atraviesa las gotas de lluvia se descompone en varios colores. ¿Puedes recordar cuáles son? Nómbralos en orden.

El artículo que Bohr escribió en 1913, explicando su modelo atómico, no fue bien recibido por la comunidad científica; el mismo Thomson difería con las ideas propuestas por Bohr: “parece necesario introducir en las leyes en cuestión una cantidad extraña a la electrodinámica clásica, es decir, la constante de Planck, o los cuantos elementales de acción como frecuentemente se llama” (Bohr, pág 2).

Desequilibrio cognitivo ¿Sabías que el negro no es un color?

La mecánica-cuántica nació con Bohr, quien comprendió que las leyes clásicas de la física no podían explicar de forma adecuada la estructura de un átomo nuclear, por tanto, tuvo que fusionar viejas ideas de la mecánica de Newton con las nuevas propuestas de Planck y sus cuantos.

Teoría de Bohr Leyes de la física clásica de Newton y la electrodinámica

Propuesta de Planck

Funcionan cuando el átomo no emite radiación, no emite luz (fotones).

Funciona cuando el átomo emite o absorbe radiación (espectros luminosos).

Aunque en principio esta mezcla de ideas expuestas por Bohr estaba incompleta y en parte errada, sirvió de base para posteriores investigaciones.

Principio de complementariedad

La explicación de los espectros luminosos y la luz se debatía entre dos teorías:

Estrategia de investigación Cuando te enfrentes a un problema de Química, debes seguir algunos pasos importantes.

Teoría ondulatoria La luz es una onda, por eso un rayo de luz puede superponerse a otro, igual como lo hacen las olas del mar.

Comprender el problema. Si no lo comprendes, no vas a poder resolverlo.

shutterstock, (2016). 170016557

Para tener éxito, te recomendamos lo siguiente: Leer adecuadamente el problema y replantearlo con tus propias palabras.

Luz

Teoría corpuscular La luz está formada por corpúsculos llamados fotones, por eso pude viajar en el espacio vacío, en paquetes de energía llamados cuantos.

Albert Einstein (Alemania, 1879-1955) era partidario de los fotones. Luego de sus investigaciones con rayos X, concluyó que la luz cuando viaja a través de un medio, se comporta como ondas ocupando todo el espacio, y cuando lo hace en el espacio vacío, o choca contra un cuerpo se comporta como partícula. Bohr llamo a esta propiedad onda-partícula “principio de complementariedad”. Así nace la Mecánica-cuántica, que se encarga de explicar cómo funciona el universo con objetos y espacios más pequeños que un átomo.

La dualidad del electrón

Humor

E = energía

Onda-partícula, (2015). www.molasaber.org

La teoría de la relatividad de Einstein manifestaba que la materia era una forma concentrada de energía que se podía calcular mediante la fórmula: E = mc2 m = masa c = velocidad de la luz

El científico Louis de Broglie (Francia, 1892-1987), luego de analizar la teoría de Einstein, propuso que si la materia es energía y si la luz era a la vez onda y partícula, el electrón, que era una partícula, podía también ser una onda. Es decir, el electrón, por poseer masa y movimiento, se comporta como un corpúsculo, pero también tiene una longitud de onda, por eso puede difractarse, es decir aparecer en varias regiones del espacio al mismo tiempo. Broglie extendió esta propiedad de onda-partícula a todas las partículas subatómicas, y proporcionó la ecuación con la cual se puede medir su longitud de onda.

ab c

Glosario

corpúsculo. m. Porción muy pequeña, generalmente microscópica, de materia. (Real Academia Española, 2014)

Longitud de onda

2,50 m

longitud de onda larga

Ecuación de Broglie = h/mv = longitud de onda

h= constante de Plank 6,62 × 10–34 j/s

m= masa de la partícula

Laboratorio casero

v= velocidad de la partícula

Fuente: archivo editorial

Principio de Incertidumbre

En 1926, el físico alemán Werner Heisenberg (1901-1976) sostuvo que la doble naturaleza de la materia limita determinar con exactitud y de forma simultánea la posición y energía de un electrón en un instante específico. Únicamente se puede considerar la probabilidad de encontrar el electrón en cierta región del espacio que rodea al núcleo. Por consiguiente, no es apropiado imaginar a los electrones en movimiento en órbitas definidas como pensaba Bohr. Los orbitales son regiones de espacio alrededor de un núcleo atómico donde hay mayor probabilidad de encontrar un electrón. El electrón ocupa todo ese espacio en el mismo momento.

En una habitación a oscuras, permite ingresar un rayo de luz de una linterna a través dos orificios, (uno grande y otro muy pequeño) hacia la pared. Observa cómo la luz se comporta como partícula en el primer caso y como onda en el segundo. Fuente puntual de luz

Orificio grande

Luz Sombra

Fuente puntual de luz

Orificio pequeño

¿Luz? Sombra

Maya Ediciones, (2016). Luz como partícula y onda

Longitud de onda es la distancia entre dos crestas de una onda.

Segunda derivada con respecto a X

Los nĂşmeros cuĂĄnticos

FunciĂłn de onda de SchrĂśdinger

Para los cientĂficos estaba claro que la dualidad onda-partĂcula del electrĂłn mostraba que no se hallaban girando alrededor del nĂşcleo en Ăłrbitas planas, sino que vibraban en espacios tridimensionales 3D, a los que se les dio el nombre de orbitales.

2 8Ď&#x20AC;2m + 2 (E â&#x20AC;&#x201C; V) = 0 x2 h PosiciĂłn

EnergĂa

EnergĂa potencial

Erwin SchrĂśdinger (Austria, 1887-1961) se propuso encontrar la manera de relacionar la energĂa que tienen el electrĂłn, como partĂcula con masa, con la onda que describe en su orbital, y para esto incorporĂł un descriptor matemĂĄtico o funciĂłn de onda (psi) en una ecuaciĂłn que describe el comportamiento energĂŠtico de las partĂculas subatĂłmicas.

ď ° EcuaciĂłn de SchrĂśdinger

Interdisciplinariedad QuĂmica y FĂsica PĂdele a tu maestro de FĂsica, que te converse sobre lo que es la masa, la energĂa cinĂŠtica y energĂa potencial.

(psi) = descriptor matemĂĄtico de comportamiento dual, orbital 2 = zona con mayor probabilidad de encontrar un electrĂłn Para describir la funciĂłn de onda , solo se utilizan variables que usan nĂşmeros enteros. Estas variables se denominan nĂşmeros cuĂĄnticos y ellos nos permiten describir la forma tridimensional de los orbitales y su estado energĂŠtico.

QuĂmica y MatemĂĄtica Ď&#x20AC; (pi) es un nĂşmero irracional. ÂżRecuerdas cuĂĄl es su valor?

SchrĂśdinger propuso tres nĂşmeros cuĂĄnticos: nĂşmero cuĂĄntico principal, (n), angular (l) y nĂşmero cuĂĄntico magnĂŠtico (ml). El cuarto nĂşmero cuĂĄntico de spin (ms) fue propuesto despuĂŠs cuando se conociĂł que en cada orbital podĂan encontrarse 2 electrones.

Ejercicios resueltos Utilizando la informaciĂłn contenida en la tabla 1, de la pĂĄgina 177, realiza lo siguiente:

NĂşmeros cuĂĄnticos

a) Indica el nĂşmero de subniveles cuando n = 3. b) ÂżCuĂĄntos orbitales hay en cada uno de los subniveles?

"NĂşmero cuĂĄntico principal (n). Determina el tamaĂąo del orbital, puede tomar los valores 1, 2, 3, etc. Para los elementos conocidos se requieren 7 niveles energĂŠticos. El nivel menos energĂŠtico corresponde a n = 1, y el mĂĄs energĂŠtico a n = 7. A mayor n, el electrĂłn tiene mayor energĂa y estĂĄ menos atado al nĂşcleo. El nĂşmero de electrones totales en un nivel energĂŠtico viene dado por la expresiĂłn 2n2, en donde n corresponde al nivel de energĂa.

b) Hay un orbital 3s. Hay tres orbitales 3p. Hay cinco orbitales 3d.

S = +1/2

S = â&#x20AC;&#x201C;1/2 ď ° El spin, sentido de giro del electrĂłn.

QuĂmica 1 ColecciĂłn Herramientas, (2013). Sentido de giro del electrĂłn

SoluciĂłn a) Cuando n = 3, l toma valores desde 0 hasta n â&#x20AC;&#x201C; 1; es decir l = 0, 1 y 2. Entonces hay tres subniveles.

NĂşmero cuĂĄntico secundario o azimutal (l). Determina la forma del orbital. Su valor depende del nĂşmero cuĂĄntico principal. Puede tomar valores desde 0 hasta nâ&#x20AC;&#x201C;1. A cada valor del nĂşmero cuĂĄntico azimutal le corresponde una forma de orbital que se identifica con una letra minĂşscula s de sharp, p de principal, d de difuse, y f de fundamental. NĂşmero cuĂĄntico magnĂŠtico (ml). Indica la orientaciĂłn del orbital en el espacio. Toma valores enteros que van desde â&#x20AC;&#x201C;l hasta +l, incluyendo el 0. En general, el nĂşmero de orbitales de un subnivel dado es igual a (2l + 1). NĂşmero cuĂĄntico de spin (ms). Indica el sentido de rotaciĂłn en el propio eje de los electrones en un orbital, generando un campo elĂŠctrico. Este nĂşmero toma los valores de Â˝ y â&#x20AC;&#x201C;Â˝ y se representan con una flecha hacia arriba y otra hacia abajo."

Evaluación formativa 1

En los círculos de la izquierda, escribe la letra que corresponde al científico que propuso el enunciado. Demostró que los electrones tienen un comportamiento dual: onda - partícula. Es imposible conocer simultáneamente y en forma precisa la posición y energía de un electrón. Desarrolló una ecuación de probabilidad que incluye las propiedades de onda, la naturaleza de la partícula y las restricciones cuánticas de los electrones.

a) Erwin Schrödinger Erwin Schrödinger, (2016). www.nobelprize.org

b) Louis De Broglie

c) Werner Heisenberg

Louis De Broglie, (2016). www.nobelprize.org

Werner Heisenberg, (2016). www.nobelprize.org

Analiza y responde: ¿qué es un orbital y cuántos electrones tiene? Trabaja en tu cuaderno.

Completa el siguiente cuadro:

Los niveles de energía son 7.

1, 2,

Los subniveles de energía llevan las letras:

Los orbitales p pueden tomar valores de:

–1,

En un orbital los electrones pueden tener spin:

+½ y

Trabajo colaborativo Arma grupos de diálogo con tus compañeros y respondan: ¿qué significa decir que la energía está cuantizada? ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________

Diversidad funcional en el aula Si tienen un compañero con discapacidad, es fundamental facilitar su inclusión social, jamás aislarlo.

________________________________________________________________________________________________

Actividad investigativa En la mecánica cuántica no se habla sobre determinismos, sino sobre probabilidades. Investiga sobre la paradoja del gato de Schrödinger y responde a la pregunta del cómic. No olvides incluir la fuente de consulta.

Probabilidad, (2016). www.goodreads.com

________________________________________________________________________________________________

Modelo atómico: modelo mecánico-cuántico de la materia

Saberes previos Cuando ves brillar un objeto metálico, se debe a que la luz choca con los electrones del último nivel de energía. ¿Puedes nombrar cinco objetos metálicos?

Forma y tamaño de los orbitales

¿Es posible que el electrón, por ser una onda-partícula, pueda encontrarse en varios lugares al mismo tiempo?

Orbitales s (l = 0). Tienen forma esférica, existe un orbital s por cada nivel de energía, y presentan un máximo de 2 e–.

Dreamstime, (2016). 33210808

Estrategia de investigación Para plantear la resolución de un problema es necesario que identifiques los datos, generalmente son aquellos valores de las variables, que muchas veces están acompañados de unidades de medida. Ejemplo: observa los datos que encontramos en esta notación de orbitales.

3px

Datos: • 3 es el nivel de energía, número cuántico n. • P es el subnivel de energía, número cuántico l. • X es la orientación del orbital en el espacio, número cuántico ml. Las variables aquí son los números cuánticos. n = 3; l = 1; ml = –1

y x

1s: n = 1 t=0 m=0

x z

2s: n = 2 t=0 m=0

3s: n = 3 t=0 m=0

Orbital Px

Orbital Py

Orbital Pz

Orbitales p (l = 1). Tienen forma de elipsoides, se presentan a partir del segundo nivel energético. Los orbitales p son tres y se los nombra como px, py, pz. Pueden contener un máximo de 6 e–. Orbitales d (l = 2). Tienen forma de elipsoides de revolución. Se presentan a partir del tercer nivel energético (n = 3). Un subnivel d tiene 5 orbitales: d1, d2, d3, d4, d5. Pueden contener un máximo de 10 e–. z

dyz y

4f 5xz2 – 3xr2

4f x3 – 3xy2

4f zx2 – zy2

4f xyz

¡xz

4f 5yz2 – yr2

dxy z

4f y3 – 3yx2

dx – y 2

y x

4f 5z3 – 3zr2 dz2

Orbitales f. También tienen forma de lóbulo como los orbitales p y d, Se presentan a partir del cuarto nivel energético. Un nivel de energía puede contener 7 orbitales f y 14 e– como máximo.

Química 1 Colección Herramientas, (2013). Orbitales

Desequilibrio cognitivo

Química 1 Colección Herramientas, (2013). Orbitales

Los números cuánticos permitieron comprender la estructura tridimensional que tiene el átomo y nos mostraron la forma peculiar que adoptan los orbitales dependiendo de su función de onda (psi).

Configuración electrónica

Humor

La configuración electrónica es la representación escrita o gráfica del orden en que se disponen los electrones en los niveles de energía que envuelven al núcleo atómico.

¿Situación sentimental?

Principio de Aufbauo de construcción: indica que los electrones tienden a ocupar los orbitales de energía más baja que se hallan disponibles. • Los orbitales del nivel 7 tienen mayor energía que los orbitales de niveles anteriores: n7 > n6 > n5 > n4 > n3 > n1 • Los orbitales f tienen mayor energía que los orbitales p. f >d>p>s • Todos los orbitales de un mismo subnivel tienen igual energía. px = py = pz; d1 = d1 = d3 = d4 = d5; f1 = f2 = f3 = f4 = f5 = f6 = f7 Principio de exclusión de Pauli: establece que en un átomo dos electrones no pueden tener los cuatro números cuánticos iguales, es decir, cuando 2 electrones ocupen un mismo orbital, están obligados a tener spin opuesto.

1S1

Para realizar lo configuración electrónica: • Escribe en orden creciente el nivel energético, el orbital, y como superíndice el número de e–. Ejemplo: nivel 2, subnivel p, 5 e– : 2p5 • Sigue ordenadamente las flechas que se muestran en el diagrama de Moller.

• A los dos electrones que comparten un orbital se los llama electrones apareados. • Si existe un orbital con un solo electrón, a este se lo llama no-apareado. • Los electrones no apareados son los que permiten que los átomos se unan para formar un enlace químico.

1s 2s 3s 4s 5s 6s

↑↓

2p ↑↓

↑

Electrones apareados

↑

Electrones no apareados

Regla de Hund: establece que cuando varios electrones ocupan orbitales energéticamente equivalentes, se distribuyen ocupando el máximo de orbitales posibles, el apareamiento de electrones sucede luego de que todos los orbitales paralelos han sido ocupados.

2p 3p 4p 5p 6p 7p

3d 4d 5d

4f 5f

Toma en cuenta que debes colocar los e– siguiendo las flechas del diagrama; observa, por ejemplo, que de 3p pasas a 4s y no a 3d.

Química 1 Colección Herramientas, (2013). Diagrama de Moller

Maya Ediciones, (2016). Chiste

Para hacer una configuración electrónica correcta, se deben tomar en cuenta los siguientes principios:

1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 3d10 4s2, 4p5 Incorrecto Br35

A = 12 Z=6

2 1 ↑↓ s

↑↓ ↑↓

2 py

Incorrecto

1 ↑↓ s

↑

Correcto

1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p5 Correcto • Coloca el número de electrones de acuerdo con el número atómico Z del elemento.

Los isótopos radiactivos

Saberes previos alfa ( ) beta ( )

Una de las mayores contaminantes del planeta, las más difícil de limpiar y mortífera, es la radiactividad.

gamma ( ) ¿Recuerdas qué radiaciones estudió Rutherford?

En 1898 los esposos Curie descubrieron que el polonio y el radio eran capaces de ionizar un gas, impresionar placas fotográficas y producir destellos de luz en ciertas sustancias. Los átomos con núcleos atómicos inestables emiten espontáneamente diferentes tipos de radiaciones, los esposos Curie llamaron a esta propiedad radiactividad.

 Los daños de la radiactividad sobre la salud dependen de la dosis que absorbe el organismo y sus efectos acumulativos.

Química 1 Colección Herramientas, (2013). Daños de radiactividad

Las radiaciones alfa, beta y gama son otro tipo de radiación (radiaciones ionizantes)

Todos los elementos con número atómico Z mayor a 83 poseen isótopos radiactivos y emiten radiaciones alfa ( ), beta ( ) y gamma ( ).

Efectos de las radiaciones sobre los seres vivos Dependiendo de su longitud de onda , las radiaciones tienen el poder de penetrar la materia. En el caso de los seres vivos, producen radicales libres que impiden el correcto metabolismo en los tejidos vivos, especialmente en las células que tienden a dividirse con mayor frecuencia, como las de la piel, la médula ósea, los gametos. Una persona que esté en crecimiento es afectada gravemente cuando se expone a este tipo de radiación.

shutterstock, (2016). 79850122

Poder de penetración de las radiaciones

 La oncología radioterápica es una técnica

para aplicar rayos X o radiaciones para eliminar células cancerosas.

Buen Vivir Trabajo y seguridad social En el Art. 33 La Constitución de la República garantiza a los ciudadanos el derecho de tener un trabajo saludable. ¿Por qué crees tú que las personas que trabajan con material radiactivo deben jubilarse más temprano que otras?

Dosis de radioactividad

concreto y plomo aluminio

10.000 mSv 5.000 mSv 1.000 mSv 2.4 mSv

vidrio

Muerte en semanas

rayos gamma

Muerte en meses

Daño Normal leve, vómitos y diarreas

partículas beta partículas alfa sustancia radiactiva

Los efectos que produce la radiación en un organismo dependen de la dosis absorbida por su cuerpo y el tiempo de exposición. Los daños sobre la salud son complejos, se produce cáncer, mutaciones genéticas, efectos en los embriones durante el embarazo y quemaduras por exposiciones excesivas. La rem (radiación equivalente en humanos) es una unidad de medida de los efectos biológicos que produce la radiación.

Química 1 Colección Herramientas, (2013). Emisiones radioactivas

Radiaciones

Evaluación formativa 1

Para el átomo de berilio Z = 4, existen tres formas en las que se pueden colocar sus dos electrones en el orbital 2s. Contesta: ¿cuáles de estos diagramas violan el principio de exclusión de Pauli y por qué? a.

↑↓

↑↑

↑↓

↓↓

↑↓

________________________________________________________________________________________________

Realiza los diagramas de orbitales con base en las siguientes configuraciones electrónicas. Niveles / subniveles

orbitales

2p px

3s pz

3p px

4s pz

a. 1s 2s 2

b. 1s2 2s2 2p4 c. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 d. 1s2 2s2 2p6 3s2

Después de realizar la configuración de los elementos, analiza qué tienen en común. Z=2

Z = 18

Z = 36

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CE.CN.Q.5.14. Argumenta la importancia de los biomateriales en la vida cotidiana, identifica la toxicidad y permanencia de los contaminantes ambientales y los factores que inciden en la velocidad de la corrosión de los materiales y comunica métodos y prácticas de prevención para una mejor calidad de vida.

Trabajo colaborativo Arma dos grupos con tus compañeros y realicen un debate sobre los beneficios y perjuicios del uso de la radiactividad. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________

Diversidad funcional en el aula Si trabajan con un compañero que tiene discapacidad, coordinen tiempos más prolongados para la realización de los trabajos o para su exposición.

Actividad investigativa Investiga: ¿por qué Chernobyl es uno de los lugares más contaminados del planeta? Comparte con tus compañeros los resultados de tu búsqueda y reflexiones. Navega en sitios web con reconocimiento científico

shutterstock (2016),135395597

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Ciencia, tecnología y sociedad Los reactores nucleares: energía barata versus riesgo

El núcleo atómico es una fuente inmensa de energía, casi toda la energía se emana en forma de radiación. En las centrales nucleares una parte de esta energía la transformamos en electricidad y calor, pero otra parte de esta radiación aún no la podemos controlar ni aprovechar, los residuos quedan causando contaminación en el medio ambiente. En una central nuclear se obtiene energía a partir de elementos con isótopos que poseen núcleos inestables.

Energía Neutrón

Núcleo

Protón

La energía producida es transformada en electricidad y enviada a las poblaciones para su consumo.

Núcleo con dos protones y dos neutrones menos

Núcleo Neutrino + Partícula + Núcleo con un protón menos y un neutrón más.

Barras de control que absorben neutrones disminuyendo la fricción dentro del reactor, evitando que explote

Energía

Recipiente de expansión

Vapor a presión

Radiación Átomo inestable Desintegración radiactiva

Generador de electricidad

Partícula

Turbina

Átomo estable

Expulsión de vapor de agua

Varilla de acero de carbono de 12,5 cm donde recorre el refrigerante

Refrigerante

Núcleo del reactor

Refrigerante

Condensador

Río

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Agua

Inyector

Aun no hemos encontrado una manera segura de eliminar los residuos radiactivos.

Una de las causas de la contaminación radiactiva se produce cuando hay accidentes y fallas en los reactores nucleares como en Chernobyl 1986 y Fukushima 2011.

En una central nuclear se requiere que el núcleo reactor, se mantenga rodeado de agua, para evitar que la temperatura aumente.

Central nuclear termoeléctrica (2016). www.unidades.climantica.org

Química 1 Colección Herramientas, (2013). Transmutación natural

Partícula alfa

¿Cómo se investiga en Química? Las fuentes de investigación en el área de ciencias

Para iniciar una investigación sobre algún tema de la ciencia química es necesario conocer qué se sabe sobre ese tema en especial, qué han descubierto o propuesto renombrados investigadores sobre dicho tema; esta información está disponible en libros, revistas, enciclopedias, sitios web. Todos estos instrumentos de difusión del conocimiento se llaman fuentes.

Confiabilidad de una fuente científica

No todas las fuentes de consulta son confiables, muchas pueden tener errores, información parcializada, conocimiento no comprobado y, en el peor de los casos, falsa información. La mejor forma de asegurarte de que usas una fuente confiable de conocimiento es saber si esta publicación está respaldada por universidades de prestigio, sociedades científicas, instituciones estatales como los ministerios y secretarías. También son fuentes seguras de investigación todas aquellas publicaciones que transmiten conocimiento y datos científicos a partir de otras fuentes confiables e indican adecuadamente la procedencia de la información.

Organismos e instituciones que realizan publicaciones científicas Universidades • Libros • Tesis • Monografías • Artículos científicos • Páginas web • Revistas • Periódicos científicos

En los siguientes enlaces puedes acceder a los repositorios bibliotecarios de algunas universidades: • Universidad Central del Ecuador www.dspace.uce.edu.ec • Escuela Politécnica Nacional www.bibdigital.epn.edu.ec • Universidad de Sanfrancisco de Quito www.repositorio.usfq. edu.ec • Universidad de la República de Uruguay: Facultad de Química www.riquim.fq.edu.uy • Universidad de Guayaquil www.repositorio.ug.edu.ec • Universidad de Valencia: Facultad de Farmacia www. uv.es/uvweb/servei-biblioteques-documentacio/ca/ biblioteca-farmacia/novetats-1285874703220.html

Ministerios, secretarías e instiuciones estatales

Sociedades y organismos científicos

• Informes escritos de investigaciones • Resultados de censos • Libros • Páginas web

• Libros • Informes escritos de investigación • Revistas • Periódicos científicos • Artículos

Maya Ediciones, (2016)

El proceso de publicación

Para que la publicación de un conocimiento o el resultado de una investigación sean considerados científicamente aceptables, deben tener la categoría de publicación indexada, es decir, estar en el índice de material bibliográfico de una de las instituciones que nombramos anteriormente, haber sido leída y en general aceptada por otros científicos especializados y ser citada en otras publicaciones, a lo que se denomina factor de impacto.

Laboratorio 1 Tema: Espectros luminosos Reactivos • • • • • • •

Cloruro de litio Cloruro de sodio Cloruro de potasio Cloruro de cobre Cloruro de bario Cloruro de estroncio Cloruro de magnesio

Datos informativos Institución educativa: ______________________________________________ Nombre del estudiante: ____________________________________________ Curso y paralelo: _______________________ Fecha: ____________________

Objetivos 1. Familiarizarse con el manejo del mechero de bunsen. 2. Comprobar que a cada elemento le corresponde un espectro luminoso diferente debido su configuración electrónica específica. 3. Analizar la variación del color de la llama del mechero de bunsen cuando se calientan sales de diversos metales.

Procedimiento

Materiales

Primera parte:

• Agua destilada • Alambre metálico con un arcor (puedes utilizar un clip) • Mechero de bunsen • Vidrio reloj

1. Desarma y arma el mechero de bunsen siguiendo las indicaciones de tu maestro. 2. Conecta el mechero a una fuente de gas. 3. Enciende el mechero y comprueba el paso de oxígeno; ensaya cambiando la llama celeste por la amarilla. En esta práctica utilizaremos la llama celeste

Segunda parte: 1. Realiza soluciones salinas, es decir, disuelve un poco de sal en el agua destilada, usa un vidrio reloj y un alambre por cada sal. 2. Utilizando el mismo alambre de cada solución, toma una gota de cada solución salina y acércala al mechero. 3. Mantén el arco del alambre con la gota en la llama del mechero por algunos segundos. 4. Observa el color que toma la llama, anotando tus observaciones. 5. Repite el proceso con las otras soluciones salinas. 6. Al finalizar las observaciones, lava todos los residuos de sales que hayan caído en el mechero.

Seguridad y recomendaciones 1. Utiliza el mandil con los botones abrochados y no recojas tus mangas 2. Todos los reactivos químicos requieren un manejo adecuado: evita poner las soluciones en contacto con la piel. 3. No te sientes en los mesones del laboratorio ni coloques mochilas ni alimentos sobre estos. 4. Ten prendido el fósforo antes de abrir el tornillo de paso de gas del mechero.

5. Disfruta de lo que vas a observar, comparte con tus amigos y recuerda por qué se da este fenómeno. Haz más preguntas al maestro acerca de los espectros luminosos. 6. Sé proactivo y ordenado en tu práctica. 7. Verifica que las conexiones de gas que existen en el laboratorio queden cerradas.

Grรกfico

Observaciones:

shutterstock, (2016). 6846178

Escribe las partes que conforman el mechero de bunsen.

Resultado de las observaciones Sal

Color de la llama

Cloruro de litio Cloruro de sodio Cloruro de potasio Cloruro de cobre Cloruro de bario Cloruro de estroncio Cloruro de magnesio

Conclusiones _______________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________

Proyecto de emprendimiento Justificación

Tema: Proyector de constelación

Manualidad, (2016). www.pinterest.com

Si observamos toda la cadena de oferta que existe en el mercado, comprobaremos que cada producto viene con un envase que solo sirve de envoltura. Una de las maneras que podemos disminuir la producción de desechos es con el reciclaje o reutilización de estos, este proyecto pretende contribuir a satisfacer la necesidad de conocimiento que tienen los estudiantes por saber algo más de las estrellas y las constelaciones, y disminuir la producción de desechos mediante el reciclaje.

Materiales • Latas de gaseosas, conservas, cerveza • Lámpara led de pilas • Pintura de caucho y brocha • Aguja gruesa o punzón delgado • Tapas de conservas para usar de base • Esquemas de constelaciones

Objetivos 1. Producir proyectores de constelaciones con material de desecho. 2. Contribuir en la disminución de la contaminación ambiental reciclando material de desecho. 3. Apoyar la curiosidad de conocimiento sobre estrellas y constelaciones en los alumnos.

Producción

Comercialización

• Pintar las latas. • Con el punzón, hacer hoyos en un lado inferior de las latas siguiendo la estructura de las constelaciones. Para esto se hará un hoyo pequeño por cada estrella. • En el lado contrario de la lata se hará un orificio del tamaño de la lámpara led. • Todo este aparataje se pegará sobre una lata de conserva que servirá de base.

• Definir lugar y fecha de exhibiciones y demostración. • Realizar invitaciones, pueden usar las redes sociales. • Adecuar el cuarto oscuro. • Atender a los invitados y comentar la importancia de este proyecto y su producto. • Vender.

Conclusiones: • ¿Qué aprendiste del trabajo en equipo? • ¿Cómo pueden mejorar su estrategia de ventas? • ¿Qué más se podría hacer para garantizar la calidad de su producto? Evaluación del proyecto Se utilizó material recolectado de desechos. Se fabricaron proyectores de buena calidad. Se comercializó el producto en la población esperada, (niños y niñas).

Sí

En parte

Autoevaluación Escuchaste las sugerencias de tu maestro y compañeros. Tuviste una comunicación adecuada, cálida y oportuna con las personas. Te esforzaste porque todas las actividades del proyecto se cumplieran a tiempo y con los mejores resultados.

Sí

En parte

Tecnologías de la Información y la Comunicación Crear un atomo

La estructura de los atomos determinan las caracteristicas quimicas de los distintos elementos quimicos. Pero no todos los atomos y sus isotopos son estables. ¿Quieres intentar crear uno y ver que sucede?

Ingresa a: www.yachanacloud.com/crearun-atomo

Elige “Simbolo” para empezar

Empieza a diseñar tu atomo e intenta de que sea neutro electricamente y estable.

Tarea: 1. ¿Que particula determina el tipo de elemento químico? 2. ¿Qué sucede cuando un átomo tiene mas o menos electrones que protones?

Selecciona “Mostrar estable/inestable” en la sección mostrar, debajo del simbolo del elemento.

3. ¿Qué elemento quimico es estable sin neutrones? 4. ¿Es estable un átomo con menos neutrones que protones? ¿y con mas? 5. ¿Qué átomos electricamente neutros tienen completos el primer y segundo orbital?

Puedes practicar eligiendo la opcion “Juego” para practicar en 4 diferentes actividades.

Evaluación sumativa 1

Analiza los modelos atómicos y describe la idea central en pocas palabras.

Modelo atómico

Argumenta, ¿por qué existen átomos del mismo elemento que tienen diferente masa atómica? __________________________________________

Dalton

__________________________________________ __________________________________________

Thomson

__________________________________________

Rutherford

Bohr Mecánica cuántica

Identifica las consecuencias biológicas de la toxicidad de los materiales radiactivos. __________________________________________

__________________________________________

Analiza el espectro de absorción del estroncio y diagrama su espectro de emisión.

__________________________________________ __________________________________________

__________________________________________

Realiza la configuración electrónica de los siguientes elementos:

__________________________________________

• Potasio Z= 19

__________________________________________

______________________________________

• Hierro Z= 26 ______________________________________

• Flúor Z= 9 ______________________________________

Coevaluación Armen grupo de 3 personas y realicen una lista de 10 situaciones cotidianas, en las cuales puedan observar fenómenos que nos dan indicios de la estructura del átomo (radiaciones, efectos, propiedades).

__________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________

Prueba de base estructurada 1

Calcula el número de protones, electrones y neutrones del elemento con Z = 6 y A = 12. Posee: a. b. c. d.

6 6 6 6

p+; p+; p+; p+;

12 e–; 6 e–; 12 e–; 6 e–;

Analiza los diagramas de orbitales para el elemento oxígeno Z = 8 y elige el correcto. A.

12 n± 12 n± 6 n± 6 n±

1s ↑↓ 1s ↑↓ 1s ↑↓ 1s ↑↓

B. C. D.

Infiere cuál es el espectro de emisión del cobre en base a su espectro de absorción.

2py ↑↓ 2py ↑ 2py ↑↑ 2py ↑

2pz 2pz ↑ 2pz 2pz ↑

Aluminio y papel Papel y concreto Aluminio y plomo Plomo y concreto

Respuestas A 1. 2. 3. 4.

2px ↑↓ 2px ↑↓ 2px ↑↓ 2px ↑↑

Contrasta la información y escoge la respuesta adecuada. La radiación gama se puede detener con: a. b. c. d.

2s ↑↓ 2s ↑↓ 2s ↑↓ 2s ↑↓

Autoevaluación Contenidos

Siempre A veces Nunca

Metacognición

Valoro el aporte de cada científico en la construcción del modelo atómico actual.

• ¿Qué aprendiste en esta unidad?

Relaciono lo aprendido con mi vida cotidiana.

• ¿Cómo lo aprendiste? • ¿En qué lo puedes aplicar?

Observo los fenómenos naturales con mirada científica.