Proposta didàctica Física i Química 3. Codi Obert

1

L’àtom

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Les competències de la unitat 1.1 Competències bàsiques i continguts clau per àmbits 1.2 Competències científiques Programació d’aula Orientacions didàctiques Recursos digitals Test d’autoavaluació Rúbriques d’avaluació Solucionari 7.1 Solucionari del llibre de l’alumnat 7.2 Solucionari del test d’avaluació

00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

6 2

Dimensió medi ambient

Dimensió salut

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

CB2

CB3

CB3

CB2

CB1 CB2

CB3

CB1

CB3

CB1

CB1 CB2

CB1 CB3

CB 1

CB9 CB10

CB4 CB9

CB9

6. Model de càrrega i interacció elèctrica.

continguts clau

8. Model atomicomolecular, enllaç químic, forces intermoleculars. Model estructura de les substàncies.

15. Fases d’una investigació. Disseny d’un procediment experimental.

17. Objectes tecnològics de la vida quotidiana.

24. Disseny i construcció d’objectes tecnològics. ÀMBIT PERSONAL I SOCIAL

ÀMBIT DIGITAL

CB1 CB2 CB4 CB6

CB1 CB2 CB4 CB6 CB7 CB8 CB11

CB1

CB4 CB9

15

Unitat 1 · L’àtom

1

Dimensió objectes i sistemes tecnològics de la vida quotidiana

1 Les competències de la unitat

Competències

Dimensió indagació de fenòmens naturals i de la vida quotidiana

1.1 Competències bàsiques i continguts clau per àmbits

Dimensions

Unitat 1 · L’àtom

1.2 Competències científiques CONTEXTOS (PISA) Situació

Àrea de contingut

HABILITATS DE LA COMPETÈNCIA CIENTÍFICA (PISA) Identificar assumptes científics

Explicar científicament els fenòmens

Utilitzar l’evidència científica

Situació d’aprenentatge 1

Personal

Fronteres de la ciència i la tecnologia

Observar Analitzar

Analitzar Concloure

Situació d’aprenentatge 2

Personal

Fronteres de la ciència i la tecnologia

Experimentar Observar Descriure

Analitzar Raonar Concloure

Situació d’aprenentatge 3

Personal

Fronteres de la ciència i la tecnologia

Observar Descriure Interpretar Raonar

Raonar Concloure

Situació d’aprenentatge 4

Personal

Fronteres de la ciència i la tecnologia

Observar Raonar Descriure

Concloure

Química en context 1

Global

Riscos

Química en context 2

Global

Fronteres de la ciència i la tecnologia

Analitzar

Química en context 3

Social

Riscos

Observar Descriure

Química en context 4

Social

Salut

Química en context 5

Global

Fronteres de la ciència i la tecnologia

Química en context 6

Global

Riscos

Química en context 7

Global

Química en context 8

Global

Observar Descriure

Observar Descriure

Observar Descriure

Observar Descriure Raonar Reflexionar

Raonar

Descriure Comunicar Analitzar Raonar Descriure

Observar Analitzar Reflexionar

Investigar Raonar Analitzar Descriure

Analitzar Raonar

Fronteres de la ciència i la tecnologia

Analitzar Raonar

Observar Analitzar Raonar Concloure

Salut

Observar Analitzar Raonar

Analitzar Raonar Investigar

Observar Analitzar Raonar

7

Distingir entre materials naturals o sintètics.

Conèixer el concepte d’àtom.

Conèixer els models atòmics de l’antiguitat.

Conèixer el model atòmic de Dalton.

Diferenciar entre element i compost.

Conscienciar l’alumne sobre els diamants de sang.

Entendre el concepte de duresa.

S1

SA1 1.1 1.2 QC1

1

CB1 CB4 CB5 CB6

CC8 CC15

2 3 4

2

3

1.1. Relacionar el concepte d’àtom amb el model d’explicació que li correspon, identificar-ne els elements bàsics i comunicar-ho amb llenguatge planer.

1.2. Identificar les relacions entre els conceptes i les variables rellevants dels models atòmics i comunicar-ho amb la terminologia científica pertinent.

1.3. Predir els canvis que tindran lloc quan es modifiquen les condicions que afecten l’àtom, i comunicar la solució mitjançant la terminologia i el llenguatge simbòlic propis de la ciència.

4.1. Resoldre problemes per distingir entre materials naturals o sintètics, que comportin la realització de totes les fases del disseny experimental, i comunicar els resultats de manera adequada.

4.2. Resoldre problemes científics senzills, que comportin la realització de totes les fases del disseny experimental, mostrant capacitat de control; referir els resultats a la hipòtesi inicial, comunicar-los amb precisió, i fer prediccions senzilles.

4.3. Resoldre problemes científics que comportin la realització de totes les fases del disseny experimental, interpretant i comunicant els resultats en el marc dels models atòmics, i fent prediccions més elaborades.

5.1. Identificar les característiques dels diamants i fer una proposta d’intervenció coherent amb el fet d’evitar la compra de diamants de sang.

5.2. Justificar les accions a emprendre establint correctament els condicionants, les seves relacions i les conseqüències que pot tenir un canvi en aquestes condicions per a la solució que es proposa.

5.3. Fer propostes inèdites i rellevants, justificar les accions a emprendre amb coneixements interdisciplinaris, preveure’n els resultats i relacionar-los amb criteri amb altres situacions conegudes.

6.1. Identificar els trets característics dels processos implicats en l’elaboració i validació dels models atòmics en un determinat moment històric, des de la reflexió de les activitats d’indagació pròpies i de l’anàlisi de les publicacions científiques.

6.2. Avaluar els trets característics dels models atòmics en l’elaboració i validació del coneixement científic, des de la reflexió de les activitats d’indagació pròpies i de l’anàlisi de les publicacions científiques, en diferents moments o des de diferents perspectives.

6.3. Avaluar els trets característics dels processos implicats en l’elaboració i validació dels models atòmics en cada moment històric, i predir canvis que podrien produir-se en el futur.

Connexions amb altres àmbits

Criteri d’avaluació

Contingut clau

Competència bàsica de l’àmbit cientificotecnològic

Activitat

Dimensió de l’àmbit cientificotecnològic

1

Àmbit personal i social Àmbit social Àmbit cultural i valors Àmbit digital

Unitat 1 · L’àtom

Objectiu

2 Programación de aula

Sessió

8 Gradació de les competències

1

CB1 CB4 CB6

CC6 CC8 CC15

4 10

Objectiu 1

Entendre el concepte de càrrega elèctrica.

Saber aplicar les propietats de les càrregues.

Conèixer el descobriment de l’electró.

Reconèixer els diferents models atòmics a partir de la seva representació.

Conèixer el model atòmic de Thomson.

Conèixer el model atòmic de Rutherford.

Descriure les característiques de les partícules subatòmiques bàsiques i la seva localització en l’àtom.

2

3

1.1. Relacionar el concepte d’àtom amb el model d’explicació que li correspon, identificar-ne els elements bàsics i comunicar-ho amb llenguatge planer.

1.2. Identificar les relacions entre els conceptes i les variables rellevants dels models atòmics i comunicar-ho amb la terminologia científica pertinent.

1.3. Predir els canvis que tindran lloc quan es modifiquen les condicions que afecten l’àtom, i comunicar la solució mitjançant la terminologia i el llenguatge simbòlic propis de la ciència.

4.1. Resoldre problemes sobre les propietats de les càrregues elèctriques, que comportin la realització de totes les fases del disseny experimental, i comunicar els resultats de manera adequada.

4.2. Resoldre problemes sobre les propietats de les càrregues elèctriques, que comportin la realització de totes les fases del disseny experimental, mostrant capacitat de control; referir els resultats a la hipòtesi inicial, comunicar-los amb precisió, i fer prediccions senzilles.

4.3. Resoldre problemes sobre les propietats de les càrregues elèctriques que comportin la realització de totes les fases del disseny experimental, interpretant i comunicant els resultats en el marc dels models apresos, i fent prediccions més elaborades.

6.2. Avaluar els trets característics dels processos implicats en l’elaboració i validació del coneixement científic, des de la reflexió de les activitats d’indagació pròpies i de l’anàlisi de les publicacions científiques, en diferents moments o des de diferents perspectives.

6.3. Avaluar els trets característics dels processos implicats en l’elaboració i validació dels models de Thomson i Rutherford, i predir canvis que podrien produir-se en el futur.

6.1. Identificar els trets característics de l’experiment de Rutherford, des de la reflexió de les activitats d’indagació pròpies i de l’anàlisi de les publicacions científiques.

Connexions amb altres àmbits

Criteri d’avaluació

Contingut clau

Competència bàsica de l’àmbit cientificotecnològic

Dimensió de l’àmbit cientificotecnològic

Activitat

Sessió S2

SA2 2.1 Digital 1 3.1 3.2 QC2

Gradació de les competències

Àmbit personal i social Àmbit matemàtic Àmbit digital

Unitat 1 · L’àtom

9

1 2

CB1 CB6 CB7

CC8 CC15 CC17 CC24

4 10

2

3

1.1. Relacionar el concepte d’àtom amb el model d’explicació que li correspon, identificar-ne els elements bàsics i comunicar-ho amb llenguatge planer.

1.2. Identificar les relacions entre els conceptes i les variables rellevants dels models atòmics i comunicar-ho amb la terminologia científica pertinent.

1.3. Predir els canvis que tindran lloc quan es modifiquen les condicions que afecten l’àtom, i comunicar la solució mitjançant la terminologia i el llenguatge simbòlic propis de la ciència.

6.1. Identificar els trets característics de l’experiment de Bohr, des de la reflexió de les activitats d’indagació pròpies i de l’anàlisi de les publicacions científiques.

6.2. Avaluar els trets característics dels processos implicats en l’elaboració i validació del coneixement científic, des de la reflexió de les activitats d’indagació pròpies i de l’anàlisi de les publicacions científiques, en diferents moments o des de diferents perspectives.

6.3. Avaluar els trets característics dels processos implicats en l’elaboració i validació dels models de Rutherford i Bohr, i predir canvis que podrien produir-se en el futur.

7.2. Raonar les recomanacions del fabricant, justificar les accions per minimitzar l’impacte mediambiental d’un aparell, relacionar l’estructura amb el funcionament de l’aparell utilitzant una terminologia tècnica.

7.3. Aplicar criteris científics i tecnològics en relació amb les recomanacions del fabricant dels aparells d’ús domèstic, argumentar les possibles accions de minimització de l’impacte mediambiental, relacionar components i funció amb terminologia i simbologia tècniques.

7.1. Utilitzar amb seguretat aparells domèstics, fer-ne el manteniment proposat pel fabricant, aplicar les accions per minimitzar l’impacte mediambiental i relacionar els components de l’aparell amb la seva funció, utilitzant un llenguatge quotidià.

Connexions amb altres àmbits

Criteri d’avaluació

Contingut clau

Competència bàsica de l’àmbit cientificotecnològic

Dimensió de l’àmbit cientificotecnològic

Activitat QC3

1

Àmbit personal i social Àmbit digital

Unitat 1 · L’àtom

Sessió

10 S3

Objectiu

Conèixer el model atòmic de Bohr.

Representar l’àtom utilitzant el model planetari.

Saber representar els electrons a l’escorça.

Conèixer els sistemes de seguretat en aeronaus.

La neutralitat en les càrregues elèctriques.

3.3 Digital 3 Entrena’t 1, 2, 3, 13, 14, 16, 32, 35.

Gradació de les competències

S4

S5

Entrena’t 4, 5, 6, 15, 17, 18, 19, 20, 23, 33, 34

1 4

CB1

CB1 CB12

CC8

CC8

4

4

1

2

3

Entendre i saber diferenciar els conceptes de Z i A. Saber calcular les partícules fonamentals que formen l’àtom.

Relacionar la notació AZX amb el nombre atòmic i el nombre màssic, i determinar el nombre de cada un dels tipus de partícules subatòmiques bàsiques.

1.1. Relacionar les partícules fonamentals amb el model atòmic planetari, identificar-ne A, Z i el concepte d’ió i comunicar-ho amb llenguatge planer.

1.2. Identificar les relacions entre els conceptes i les variables rellevants del model atòmic planetari, i comunicarho amb la terminologia científica pertinent.

1.3. Predir els canvis que tindran lloc quan es modifiquen les condicions que afecten el model planetari, aparició d’ions, i comunicar la solució mitjançant la terminologia i el llenguatge simbòlic propis de la ciència.

Conèixer la regla de l’octet.

Conèixer i explicar el procés de formació d’un ió a partir de l’àtom corresponent i utilitzar la notació adequada per representar-lo.

Saber calcular les partícules fonamentals d’un ió.

Entendre i aplicar els conceptes d’anió i catió Saber representar ions.

Identificar la importància dels ions en els processos biològics.

1.1. Relacionar les partícules fonamentals amb el model atòmic planetari, identificar-ne A, Z i el concepte d’ió i comunicar-ho amb llenguatge planer.

1.2. Identificar les relacions entre els conceptes i les variables rellevants del model atòmic planetari, i comunicarho amb la terminologia científica pertinent.

1.3. Predir els canvis que tindran lloc quan es modifiquen les condicions que afecten el model planetari, aparició d’ions, i comunicar la solució mitjançant la terminologia i el llenguatge simbòlic propis de la ciència.

12.1. Aplicar mesures preventives, identificant les conductes de risc i relacionantles amb les alteracions i malalties que produeixen a escala orgànica, i les implicacions socials que se’n deriven.

12.2. Aplicar mesures preventives, justificant les alteracions a escala orgànica i cel·lular, els trastorns de salut i les implicacions socials que les conductes de risc per un consum inadequat d’ions originen.

12.3. Aplicar mesures preventives, argumentant des d’una visió sistèmica global i a diferents escales les alteracions, els trastorns de salut i les implicacions socials que les conductes de risc per un consum inadequat originen.

Àmbit personal i social Àmbit matemàtic Àmbit digital

Unitat 1 · L’àtom

SA3 5 5.1 Entrena’t 7,8, 21, 22, 30, 31, 36 QC4

1

Objectiu

Connexions amb altres àmbits

Criteri d’avaluació

Contingut clau

Competència bàsica de l’àmbit cientificotecnològic

Dimensió de l’àmbit cientificotecnològic

Activitat

Sessió

4.1.

Digital 4

Gradació de les competències

11

S7

QC5 QC6

1

CB1 CB4

CB1 CB5

CC8

CC6 CC8

4

4 13

1

Explicar què són els isòtops.

Saber aplicar la relació isòtop amb A i Z. Saber diferenciar entre isòtops estables i inestables.

Entendre el concepte de semivida o període de semidesintegració.

Entendre el concepte de radioisòtop.

Conèixer la datació per C-14.

Conèixer aplicacions dels isòtops radioactius.

1.1. Relacionar els isòtops amb el model A i Z, identificar-los i comunicar-ho amb llenguatge planer.

Saber calcular la massa dels radioisòtops.

Entendre què és un fòssil i com actuar en trobar-ne un.

Comprendre l’efecte de la radioactivitat sobre el medi ambient.

Conèixer la problemàtica dels residus originats i les solucions per gestionar-los.

2

3

1.2. Identificar les relacions entre els conceptes i les variables rellevants del model atòmic planetari, i comunicarho amb la terminologia científica pertinent.

1.3. Predir els canvis que tindran lloc quan es modifiquen els àtoms, aparició d’isòtops, i comunicar la solució mitjançant la terminologia i el llenguatge simbòlic propis de la ciència.

4.1. Resoldre problemes sobre isòtops, que comportin la realització de totes les fases del disseny experimental, i comunicar els resultats de manera adequada.

4.2. Resoldre problemes sobre isòtops, que comportin la realització de totes les fases del disseny experimental, mostrant capacitat de control; referir els resultats a la hipòtesi inicial, comunicar-los amb precisió, i fer prediccions senzilles.

4.3. Resoldre problemes sobre isòtops, que comportin la realització de totes les fases del disseny experimental, interpretant i comunicant els resultats en el marc dels models apresos, i fent prediccions més elaborades.

1.1. Relacionar la massa dels isòtops amb la radioactivitat, identificar-ne els elements bàsics i comunicar-ho amb llenguatge planer.

1.2. Identificar les relacions entre els conceptes i les variables de la massa dels radioisòtops i la radioactivitat i comunicar-ho amb la terminologia científica pertinent.

1.3. Predir els canvis que tindran lloc quan es modifiquen les condicions dels radioisòtops, i comunicar la solució mitjançant la terminologia i el llenguatge simbòlic propis de la ciència.

5.1. Identificar les característiques dels fòssils i de la radioactivitat i fer una recollida coherent.

Identificar les característiques de la radioactivitat i avaluar-ne els riscos.

5.2. Justificar les accions a emprendre establint correctament els condicionants, les seves relacions i les conseqüències que pot tenir un canvi en aquestes condicions per a la solució que es proposa.

5.3. Fer propostes inèdites i rellevants, justificar les accions a emprendre amb coneixements interdisciplinaris, preveure’n els resultats i relacionar-los amb criteri amb altres situacions conegudes.

Connexions amb altres àmbits

Criteri d’avaluació

Contingut clau

Competència bàsica de l’àmbit cientificotecnològic

Dimensió de l’àmbit cientificotecnològic

Activitat Entrena’t 9, 10, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 37, 40, 41

1

Objectiu

Àmbit personal i social Àmbit matemàtic Àmbit digital

Àmbit personal i social Àmbit matemàtic Àmbit social Àmbit digital

Unitat 1 · L’àtom

Sessió

12 S6

SA4 6.1 6.2 6.3 Digital 5

Gradació de les competències

S8

Entrena’t 12, 13, 38, 39

1 4

CB1 CB5 CB12

OC QC7 QC8

S9

Avalua 1, 2, 3, 4, 5

1

CB1

CC6 CC8

4 10

Objectiu

Saber calcular la massa real de l’àtom.

Conèixer el concepte d’àtom patró.

Entendre el concepte d’UMA. Aplicar el concepte de massa atòmica relativa o pes atòmic.

Entendre el mapa conceptual resum del tema i relacionar els conceptes estudiats.

Reconèixer les propietats generals i les característiquesespecífiques de la matèria, i relacionar-les amb la seva natura i les seves aplicacions.

Analitzar la utilitat científica i tecnològica dels isòtops radioactius.

1

2

3

1.1. Relacionar la massa atòmica relativa amb l’existència dels isòtops, identificar-ne els elements bàsics i comunicar-ho amb llenguatge planer.

1.2. Identificar les relacions entre la massa atòmica relativa i els isòtops i comunicar-ho amb la terminologia científica pertinent.

1.3. Predir els canvis que tindran lloc quan es modifiquen les condicions que afecten la relació entre isòtops i massa atòmica relativa, i comunicar la solució mitjançant la terminologia i el llenguatge simbòlic propis de la ciència.

5.1. Identificar les característiques de les descàrregues elèctriques i les radiacions ionitzants i fer una proposta d’intervenció coherent amb la finalitat de millora que es vol assolir o la demanda que es fa.

5.2. Justificar les accions a emprendre establint correctament els condicionants, les seves relacions i les conseqüències que pot tenir un canvi en les condicions de les descàrregues elèctriques i les radiacions ionitzants per a la solució que es proposa.

5.3. Fer propostes inèdites i rellevants, justificar les accions a emprendre amb coneixements interdisciplinaris sobre les descàrregues elèctriques i les radiacions ionitzants, preveure’n els resultats i relacionar-los amb criteri amb altres situacions conegudes.

12.1. Aplicar mesures preventives, identificant les conductes de risc i relacionantles amb les radiacions ionitzants i malalties que produeixen a escala orgànica, i les implicacions socials que se’n deriven.

12.2. Aplicar mesures preventives, justificant les radiacions ionitzants a escala orgànica i cel·lular, els trastorns de salut i les implicacions socials que les conductes de risc originen.

12.3. Aplicar mesures preventives, argumentant des d’una visió sistèmica global i a diferents escales les alteracions, els trastorns de salut i les implicacions socials que les radiacions ionitzants originen.

Connexions amb altres àmbits

Criteri d’avaluació

Contingut clau

Competència bàsica de l’àmbit cientificotecnològic

Dimensió de l’àmbit cientificotecnològic

Activitat

Sessió

7.1

Gradació de les competències

Àmbit personal i social Àmbit matemàtic Àmbit digital

Activitat final per avaluar el que han après.

Fer l’activitat i la correcció.

Unitat 1 · L’àtom

13

Unitat 1 · L’àtom

3 Orientacions didàctiques

1. De què està feta la matèria?

1.1 Teories de l’antiga Grècia

En aquesta unitat plantejarem a l’alumne l’existència dels àtoms i la seva evolució fins a arribar a la idea de la seva aparició com a tal. Explicarem els diferents models atòmics que han anat sorgint i les característiques principals d’alguns models. Intentarem fer-li raonar com és que hi ha hagut persones que han arribat a les conclusions que li explicarem però intentant sempre que siguin els alumnes els que hi arribin, que es posin a la pell dels que en el seu moment van treballar per aconseguir trobar respostes, de manera que sigui més difícil que oblidin els conceptes estudiats. Veurem també com un àtom pot passar a ser un ió, un isòtop i característiques d’ambdós.

Hem inclòs aquest punt perquè creiem necessària una visió prèvia i esquematitzada de l’origen de l’àtom.

Que els alumnes entenguin que no sempre s’ha pensat igual i que hi ha hagut diferents teories sobre el tema.

Citem alguns dels principals pensadors de l’antiga Grècia i donem una breu informació sobre les seves idees; d’aquesta manera els alumnes poden veure fins a quin punt han estat necessàries per arribar on ens trobem avui dia.

Dins de cada situació d’aprenentatge trobem una sèrie d’exemples resolts que ajudaran l’alumne a entendre millor els continguts impartits i unes activitats similars per comprovar que efectivament els han adquirit.

SA 1. De què està fet el que ens envolta?

En aquesta situació d’aprenentatge pretenem iniciar l’alumne en el tema que dona lloc al nom de la unitat, l’àtom. Ja tenen una idea del que és, ja que ho han estudiat en el curs anterior; ara pretenem veure què en recorden i si són capaços de resoldre les qüestions plantejades dels diferents ítems.

Se’ls mostra de manera visual a l’ítem 1 i en forma de taula a l’ítem 2 una sèrie de materials que hauran de diferenciar entre materials naturals o sintètics. Durant el desenvolupament de les preguntes que se’ls fan han d’anar relacionant la informació de tots dos ítems.

Aquestes preguntes estan dissenyades de manera que l’alumne es comenci a enfrontar al tema amb la ment oberta i no rebutjant-lo, ja que són qüestions senzilles i quotidianes per a ells.

Ja a l’ítem 3, se’ls aporta una informació més científica sobre les estructures a què donen lloc els àtoms de carboni. Apareix ja indirectament el concepte d’àtom i es comencen a qüestionar per què si s’uneixen d’una manera o d’una altra obtenim propietats diferents. Han de veure la relació entre aquest exemple i les característiques dels materials de què han estat parlant als ítems anteriors. Poden arribar a la conclusió que hi ha diferents àtoms i que, segons es combinin i depenent de les condicions de pressió i temperatura en què ho facin, podem arribar a tenir uns materials o uns altres.

Bàsicament aquesta SA està enfocada per començar a pensar en la matèria en unes dimensions diferents i endinsar-se en el món de l’àtom de manera senzilla i motivadora.

14

1.2 Dalton i l’àtom Cal deixar clar als alumnes que va ser Dalton i no Demòcrit qui va demostrar l’existència de l’àtom; això sí, gràcies a la hipòtesi de Demòcrit sobre la seva existència.

Hem d’explicar als alumnes la necessitat de comunicació que tenim perquè les idees es transmetin com en el cas que estudiem per poder avançar i progressar en el camp de la ciència.

SA 2. Per què ens enrampem?

En aquesta SA l’alumne podrà aportar el seu coneixement sobre el tema de l’electricitat estudiat en cursos anteriors. Per això llegirem els experiments de l’ítem 1 i els preguntarem abans de visualitzar els experiments què creuen que passarà amb els materials de què es parla. Preferiblement es comentaran tots tres experiments abans de veure’ls perquè raonin sense cap mena de pista sobre el que pot passar. Una vegada fet tot això hauran d’anotar, tal com se’ls demana a la primera pregunta motivadora, els resultats obtinguts. En acabar se’ls demana que analitzin els resultats obtinguts fent-los partícips indirectament del mètode científic, que l’assimilin com una cosa natural i necessària per evolucionar en el desenvolupament de qualsevol experiment científic.

Una vegada acabat això passem a analitzar les imatges de l’ítem 2 i hi hauran de relacionar el que ha passat a l’ítem 1. Poden aparèixer termes com ara càrrega, electricitat, electricitat estàtica, corrent elèctric, conductors, electrons, neutre... A la pregunta 3 haurien de parlar de la matèria com una cosa neutra però que en certes ocasions pot estar carregada elèctricament fins que alguna cosa passa perquè torni al seu estat d’estabilitat anterior. Haurem d’anar-los guiant per poder arribar a les conclusions finals exposades a “El que has construït”. Una vegada acabats els raonaments, els alumnes tindran una idea clara del tema al qual s’enfrontaran i sabran que estudiaran tot el relacionat amb la matèria i les partícules que la componen.

Unitat 1 · L’àtom

2. Per què els cossos es carreguen elèctricament?

Aquest punt planteja el descobriment de l’electró arran de la informació treballada a la SA. Els alumnes han de veure com tots aquests fenòmens estudiats porten a la conclusió de l’aparició de l’electró.

2.1 El descobriment de l’electró Comencem parlant de Joseph John Thomson llegint la informació donada a la figura 4, que els alumnes sàpiguen quina va ser la seva aportació en aquest camp.

Se’ls explicarà la necessitat de fer experiments com a part del mètode científic per poder arribar als resultats que s’estudiaran a continuació. Com a part d’aquests experiments els posarem el recurs digital 1 perquè s’adonin de quina va ser la forma en què es va deduir l’existència de l’electró. Deixem a elecció del professor si vol llegir la informació que hi ha al quadre del recurs abans o després del visionament; es pot fins i tot fer ambdues coses perquè els alumnes assimilin millor el contingut.

Passem a explicar l’atracció i la repulsió de càrregues.

Una vegada fet refermarem el coneixement explicant el que passa a la figura 5, que podrem relacionar amb els experiments de l’ítem 1 de la SA 2. S’hi pot tornar perquè, una vegada entesa la teoria, comprenguin què va passar d’una manera més científica.

3. Com és un àtom?

Aquest punt es planteja perquè l’alumne vegi la necessitat de donar forma als resultats obtinguts a l’experiment de rajos catòdics utilitzat per Thomson. Se’ls donen unes imatges sobre models atòmics de què es pot parlar abans de començar a explicar la teoria, però que seran de gran utilitat una vegada finalitzades les explicacions a tall de resum, per refermar els continguts adquirits de manera visual i esquematitzada.

3.1 Model de Thomson Ajudar-se amb la figura 7 per donar l’explicació del model d’àtom proposat per Thomson.

3.2 Model de Rutherford o nuclear Convé explicar l’experiment de Rutherford prenent com a referència la imatge de la figura 8 abans d’utilitzar el recurs digital 2, que l’alumne sàpiga què està passant a la simulació del recurs digital perquè li resulti més útil i profitós. D’aquesta manera serà capaç d’afrontar amb més facilitat l’activitat de química en context 2 i entendrà les conclusions que s’explicaran a continuació a l’esquema de la figura 9.

Una vegada acabat això, es farà reflexionar l’alumne sobre els possibles errors que podria tenir aquest model abans de donar-li la solució, perquè arribi ell mateix a les conclusions i sigui més difícil que oblidi el que ha après. Intentem en tot moment que l’alumne vegi l’assignatura com una cosa divertida i no com una cosa que ha d’aprendre sense més, per això sorgeix la necessitat de fer-la amena i com més senzilla millor però òbviament sempre dins de la seriositat que comporta.

D’aquesta manera ens assegurarem que els alumnes van assimilant els continguts i no se’ls obliden fàcilment.

Cal destacar la necessitat dels científics de treballar cooperant entre ells per arribar a conclusions analitzant els seus experiments. Rutherford va treballar conjuntament amb James Chadwick, figura 13.

3.3 Model de Bohr D’aquest model estudiem només l’estructura atòmica, figura 12, i l’existència de nivells energètics i del nombre d’electrons que hi cap a cadascun.

Com a conclusió a aquest punt 3 de la unitat, visionarem el recurs digital 3 per resumir i refermar coneixements. A partir del minut 4 apareixen models que no s’estudien en aquest curs però que no està malament veure perquè s’adonin de la contínua evolució en què ens trobem permanentment.

4. Com s’identifica un àtom?

4.1 El nombre atòmic i el nombre màssic El que més ressalta en aquesta pàgina són els símbols de diferents marques conegudes pels alumnes, una cosa que els cridarà l’atenció per sobre de la resta.

Utilitzarem aquest element motivador per explicar-los que, de la mateixa manera que cada marca té el seu logotip i podem reconèixer-les només mirant-lo, amb els elements passa una cosa semblant, també tenen una representació que, una vegada coneguda, ens en pot aportar molta informació. Això és el que els explicarem en aquest punt de la unitat a través dels nombres atòmic i màssic.

Una vegada explicades les definicions d’aquests nombres, es pot obrir el recurs digital 4 perquè els alumnes construeixin àtoms, puguin veure si són estables o no, quina Z i A tenen en afegir-hi o treure’n partícules, quin element han construït i fins i tot la càrrega que tenen, que no sempre és neutra. Així ja van veient part del contingut de la SA següent, on s’explicarà què és un ió.

15

Unitat 1 · L’àtom

SA 3. Guanyar i perdre per quedar en vuit En aquesta SA es tracta d’acostar l’alumne al concepte d’ió. Hem escollit un exemple proper a ells que es pot veure a la taula de l’ítem 1. Està relacionat amb les notes positives i negatives que poden obtenir a classe.

Mitjançant unes preguntes senzilles, s’adonaran que no sempre la suma d’aquestes notes dona zero, normalment dona un valor positiu o negatiu.

A l’ítem 2, se’ls explica de manera gràfica la pèrdua i el guany d’electrons i com els àtoms passen de ser neutres a estar carregats positivament o negativament. Si són capaços de relacionar aquest resultat amb el de la taula de l’ítem 1, seran capaços d’entendre la formació de cations i anions.

Haurien d’arribar fàcilment a les conclusions de “El que has construït” i haurien d’anar reconeixent la regla de l’octet electrònic. Cal remarcar-los que els àtoms no són estables a excepció dels gasos nobles i han de saber per què passa. Això es torna a remarcar a l’apunt 4.

5. Què són els ions?

Abans de donar-los la definició, volem que pensin i resolguin per si sols les preguntes de l’exemple 3. Convindria anar guiant-los sense que llegissin les respostes del llibre per comprovar si arriben a les mateixes conclusions. Una vegada entès això, serà fàcil introduir els conceptes de catió i anió que venen a continuació a la figura 17. Aquests conceptes tenen el suport de l’exemple resolt número 4.

A l’apunt 3 tenim la representació dels elements inclosa la càrrega si en tinguessin. Això els ha de quedar clar per poder contestar l’apartat “d” de l’exemple 3 i per a futures activitats.

SA 4. Classificar àtoms és com classificar per marques En aquesta situació d’aprenentatge aprofitem els exemples dels ítems per introduir als alumnes el concepte d’isòtop. A l’ítem 1, volem fer-los veure que només donant un cop d’ull a les imatges podrien classificar-les en tres grups depenent del tipus de peça de roba. Dins de l’ítem 2, podrien fer una cosa semblant obtenint un resultat similar: dos grups depenent de la marca de vambes. Amb això volem arribar a una conclusió: dins dels elements de la taula periòdica hi ha “variacions” sense deixar de ser el mateix element. A l’ítem 1, hi ha diferents tipus de peces de roba que serien els diferents elements. A l’ítem 2, dins ja d’un tipus de peça de roba determinat (en aquest cas, vambes), tenim diferents marques, és a dir, dins del mateix element hi ha les 16

variacions de què parlàvem abans. L’alumne no coneix encara el concepte d’isòtop, no en podem parlar, però aquests exemples l’ajudaran a entendre’l millor quan s’expliqui.

A l’ítem 3 tenim una simulació en què els alumnes podran veure com es formen els isòtops. S’han d’adonar que no tots són possibles, ja que alguns són estables i d’altres no. Veient el percentatge en què es troben a la natura podran concloure quins existeixen i quins no.

Aquest simulador ens serveix també per reforçar els conceptes de nombre màssic i atòmic, ja que podem activar-ne la representació del símbol i anem veient com varia en afegir o treure neutrons del nucli de l’àtom escollit.

Una vegada s’hagi “jugat” amb aquesta simulació, els alumnes podrien donar una breu definició del que creuen que és un isòtop abans d’explicar-la dins de la part de contingut de la unitat.

Se’ls parla també de l’existència d’isòtops inestables coneguts com a radioisòtops perquè els vagi sonant el concepte abans d’arribar a l’explicació.

6. Pot variar el nombre de neutrons d’un àtom sense que deixi de ser aquest element?

6.1 Els isòtops En aquest punt ja els fem veure la possibilitat de variar el nombre de neutrons. Se’ls recorda que no tots els àtoms poden existir, ja que alguns són inestables, i la impossibilitat de canviar el nombre de protons sense modificar l’element de què estem parlant.

6.2 Com anomenem els isòtops?

S’utilitzen exemples, com ara els isòtops de l’hidrogen en l’exemple 5, que sí que tenen noms específics, i exemples, com ara el del carboni (exemple 6), en què se’ls explica com s’acostumen a anomenar la resta. En aquest punt se’ls recorda també que l’abundància dels isòtops a la natura és molt variable.

6.3 Isòtops i radioactivitat: carboni-14 i datació Es començarà a explicar aquest punt per la figura 19, el cicle del carboni-14. Cal que els alumnes entenguin per què hi ha una part d’aquest isòtop en tots els éssers vius, i com comença a descompondre’s i desapareix passat un període de temps (semivida). Els explicarem que aquest fet és el que ens porta a anomenar-lo isòtop radioactiu o radioisòtop. Una vegada hagin assimilat aquest cicle els posarem el vídeo del recurs digital 5,

Unitat 1 · L’àtom

on veuran en quin moment es va començar a utilitzar l’isòtop del carboni-14 com a element per datar fòssils.

Una vegada acabat aquest visionament i entesa la seva utilitat, els posarem el cas de l’exemple 7, perquè acabin d’assimilar-ho del tot.

Cal fer-los veure que no tots els isòtops són radioactius i que no tots els isòtops coneguts existeixen a la natura, també hi ha isòtops artificials (apunt 5). Alguns tenen utilitats com les de la taula 1.

Utilitzarem la figura 20 per fer-los veure que no totes les persones que han descobert fets científics importants són homes, tot i que sí que és cert que ho eren la majoria.

7. Quina massa té un àtom?

7.1 El concepte de massa atòmica relativa o pes atòmic En aquest punt s’explica als alumnes la necessitat de crear una unitat en què expressar la quantitat de massa dels elements, ja que fer-ho en kg era poc pràctic. Cal fer-los entendre el concepte d’unitat de massa atòmica com a unitat patró (apunt 6).

Cal deixar clar als alumnes els conceptes de massa atòmica i massa atòmica relativa: la massa atòmica d’un àtom és el pes de l’àtom estandarditzat respecte de l’àtom de carboni-12. Això dona el pes de l’àtom en unitats de massa atòmica o UMA (u). Aquest nombre és específic per a cada isòtop particular d’un determinat àtom. La massa atòmica relativa d’un element és la mitjana del pes de tots els isòtops en un ambient normal sobre l’escorça terrestre. L’alumne ha d’entendre la necessitat de tenir en compte la massa i l’abundància de tots els isòtops que hi hagi a la natura per calcular la massa atòmica relativa d’un element.

7.2 Isòtops i massa atòmica relativa En lloc de donar-los la fórmula per calcular la massa atòmica relativa d’un element, farem que l’obtinguin els alumnes mitjançant un exemple d’alguna cosa quotidiana per a ells: el càlcul de la nota final d’una de les seves assignatures tenint en compte diferents pesos a cada prova d’avaluació (exemple 10).

Una vegada obtinguda la fórmula, l’aplicarem al càlcul de la massa atòmica relativa de qualsevol element. Farem en aquest cas el càlcul de la massa atòmica relativa del clor a l’exemple 11.

Gràcies al fet que els alumnes han aconseguit trobar la fórmula amb un exemple que els és bastant familiar, seran capaços de tornar a obtenir-la en el cas que se’ls oblidi.

Organitza els conceptes El tema central sobre el qual tot ha de girar és l’àtom. És lògic, per tant, situar-lo al centre de l’esquema. Hem d’organitzar les idees de manera que ens quedin clars tots els conceptes estudiats.

Per una banda tenim el descobriment de l’àtom; per altra banda, el de les seves partícules subatòmiques i la forma en què les podem representar i calcular.

Després hem estudiat la possibilitat que l’àtom no fos neutre, és a dir, hem parlat dels ions, i, per últim, hem vist l’existència dels isòtops i com es relacionen amb el càlcul de la massa atòmica relativa.

Si posem tot això en un esquema organitzant-ho tot, ens quedaria de la manera següent: Com que l’àtom és la peça central, sortint-ne tenim, per una banda, l’evolució de com va ser descobert, partint del fet que es volia donar resposta a preguntes com les següents: de què està fet tot el que ens envolta?, és a dir, de què està composta la matèria? Aquí fem una breu referència als tres pensadors estudiats de l’antiga Grècia amb dades bàsiques de les seves idees, i a Dalton, que és el primer que demostra l’existència de l’àtom. D’aquest quadre central parteix, com no podia ser d’una altra manera, la representació gràfica dels quatre models atòmics vistos a la unitat (Dalton Thomson, Rutherford i Bohr).

Hem de parlar també de les partícules subatòmiques que formen l’àtom. Surten, per tant, d’aquest quadre central unes breus definicions del protó, el neutró i l’electró, les seves característiques principals, la seva situació dins de l’àtom, la forma de calcular-los i la manera en què expressem l’àtom inclosa la definició de nombre atòmic i màssic (representació ).

Per últim, del quadre de l’àtom surten també conceptes estudiats com ara la formació d’ions, per una banda, en què incloem els anions i els cations, així com la seva representació gràfica. Per altra banda, tenim la definició d’isòtops i el càlcul de la massa atòmica relativa, ja que estan estretament relacionats.

17

Unitat 1 · L’àtom

4 Recursos digitals Pàgina del llibre Diamant i grafit: tan diferents i tan iguals Descripció:Vídeo sobre conflictes regionals vinculats a l’extracció de diamants.

Finalitat: Visualitzar el contingut i reflexionar sobre la conveniència del consum responsable.

24

Diamants de sang i diamants de laboratori Descripció: Fragment del documental Ciencia al desnudo – diamantes. Documental complet de Joker AK47 © National Geographic.

Finalitat: Conèixer l’existència i forma en què es creen els diamants artificials.

26

Laboratori 1. Què passa quan freguem un globus?

Descripció: Experiència de laboratori.

Finalitat: Demostrar l’existència de l’electricitat estàtica en objectes quotidians.

Laboratori 2. Què passa quan freguem un bolígraf?

Descripció: Experiència de laboratori.

Finalitat: Demostrar l’existència de l’electricitat estàtica en objectes quotidians.

Laboratori 3. Què passa quan acosten un bolígraf que hem fregat a un globus?

Descripció: Experiència de laboratori.

Finalitat: Demostrar l’existència de l’electricitat estàtica en objectes quotidians.

Digital 1. Experiment de Thomson Descripció: Fragment del documental.

Finalitat: Demostrar visualment l’existència de l’electró i com es va trobar per primera vegada.

Digital 2. Simula l’experiment de Rutherford Descripció: Enllaç al simulador.

Finalitat: Simular l’experiment de Rutherford perquè els alumnes l’entenguin millor.

Digital 3. 2400 anys investigant l’àtom: història dels models atòmics, de Demòcrit a Schrödinger.

Descripció: Documental de TEDEd. Finalitat: Resumir visualment l’evolució dels models atòmics.

Tempestes en ple vol Descripció: Enllaç a la notícia.

Finalitat: Portar a l’enllaç de la notícia a què es fa referència a la química en context 3.

27

27

28

29

31

31

Per què es produeixen llamps?

Descripció: Vídeo.

Finalitat: Portar al vídeo a què es fa referència a la química en context 3 per explicar la formació dels rajos.

31

Digital 4. Construeix àtoms Descripció: Enllaç al simulador.

Finalitat: Construir àtoms i conèixer-ne alguna de les característiques principals.

32

Etiquetes d’aigua mineral Descripció: Document amb informació sobre els components de diferents aigües minerals.

Finalitat: Poder contestar les preguntes de l’activitat de química en context 4.

36

Etiquetes de begudes Descripció: Document amb informació sobre els components de diferents begudes isotòniques.

Finalitat: Poder contestar les preguntes de l’activitat de química en context 4.

36

Es pot canviar el nombre de neutrons d’un element?

Descripció: Enllaç al simulador de creació d’isòtops.

Finalitat: Entendre la definició d’isòtop.

18

27

37

Unitat 1 · L’àtom

Isòtops de l’hidrogen Descripció: Vídeo dels isòtops de l’hidrogen a la natura.

Finalitat: Visualitzar el contingut explicat.

Digital 5. Willard Libby i el carboni-14 Descripció: Fragment del documental Tres 14. Bajo tierra. TVE. Finalitat: Entendre millor el cicle del C-14 i la seva utilitat per a la datació de fòssils.

Fòssils a la platja Descripció: Enllaç a la notícia.

Finalitat: Portar a l’enllaç de la notícia a què es fa referència a la química en context 5.

Així s’extrauen i es netegen els fòssils Descripció: Enllaç a la notícia.

Finalitat: Portar a l’enllaç de la notícia a què es fa referència a la química en context 5.

L’accident de Txernòbil Descripció: Fragment del Draw My Life del desastre de Txernòbil.

Finalitat: Explicació del que va passar a la central de Txernòbil per contestar les preguntes de l’activitat de química en context 6.

Resum Descripció: Esquema de la unitat: “Organitza els teus conceptes”.

Finalitat: Donar la informació en digital a l’alumne per poder-hi treballar.

38

39

41

41

41

44

19

Unitat 1 · L’àtom

5 Test d’autoavaluació Cognoms: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Nom: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Data: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Curs: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grup: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Calificació: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 A quin model atòmic correspon la imatge següent?

9 Calcula la massa atòmica del liti sabent que està format per una mescla de 63 Li i 73 Li . L’abundància de 73 Li és del 92,40 %. a 6,08 b 6,92 c 6,50 d 6,29 10 Quin model atòmic està definit per: «Un àtom té un nombre concret d’òrbites circulars, que són capes d’electrons anomenades nivells energètics»? a Bohr b Dalton

c Rutherford d Thomson

a Rutherford

c Bohr

b Dalton d Thomson

2 El nombre d’electrons que caben al tercer nivell energètic de l’escorça són: a 8 b 12 c 36 d 18 3 Sabent que un àtom neutre de fòsfor, P, té 16 neutrons i el seu nombre màssic és 31, quantes càrregues positives té? a 47 b 16 c 31 d 15 4 L’àtom la representació del qual és 199 F, quants neutrons té? a 28 b 19 c 9 d 10

11 A què correspon la definició: «són àtoms que han perdut electrons i que queden amb càrrega positiva»? a isòtop b electró

c anió d catió 12 Un àtom de sodi (Na) té 11 protons i 12 neutrons.

Quina és la seva representació AZ X ?

23 a 12 Na

12 b 11 Na

Editorial Casals, SA • Material fotocopiable 20

6 Es té una mostra de 300 grams d’un element radioactiu i al cap de 24 hores queden 18,75 grams d’aquest element. Calcula, quin és el període de semidesintegració. a 4 h b 6 h c 2 h d 12 h 7 Quin dels àtoms següents podria ser isòtop de 12 6B ?

14 12

a b c 136 B d 137 B 6A 7B 8 El coure natural està format pels isòtops Cu-63 i Cu-65. Si la seva massa atòmica relativa és 63,7, quina és l’abundància relativa del seu isòtop de massa 65 a la natura? a 64,4 b 35,6 c 36,5 d 63,5

d

11 23

Na

13 Amb els elements següents i les seves representacions corresponents AZ X , quina és la fila sense cap error?

Fila

5 Tenim un àtom divalent positiu el nombre màssic del qual és 88 i té 50 neutrons. El seu nombre d’electrons és: a 36 b 38 c 50 d 40

c 2311Na

Primera

Element 56 26

p

n

e−

Z

A

26

30

28

26

56

K+

19

20

18

19

39

Fe2+

Segona

39 19

Tercera

16 8

O 2−

8

8

6

8

16

Quarta

14 7

N3−

7

10

7

7

14

a primera

c tercera

b segona d quarta

14 Si un àtom guanya electrons: a Segueix sent el mateix àtom però amb càrrega negativa. b Segueix sent el mateix àtom però amb càrrega positiva. c No és el mateix àtom, ja que ha canviat el nombre atòmic. d S’ha format un catió.

Unitat 1 · L’àtom

16 Quina resposta s’adapta millor a la definició d’isòtop? a Mateix element, igual nombre atòmic, diferent nombre màssic. b Mateix element, diferent nombre atòmic, igual nombre màssic. c Diferent element, igual nombre atòmic, diferent nombre màssic. d Mateix element, igual nombre atòmic, igual nombre màssic.

17 Quina és l’afirmació correcta? a Els àtoms intercanvien els seus electrons, perdent-los o guanyant-los, amb l’objectiu d’aconseguir la màxima estabilitat. b Tots els elements tenen complet l’últim nivell energètic amb 8 electrons. c La matèria que ens envolta no és elèctricament neutra. d ots els elements tendeixen a tenir la configuració electrònica de l’oxigen.

18 Es tenen 100 grams d’una mostra radioactiva en un laboratori. Si el període de semidesintegració és de 7 dies, quin és el percentatge de mostra desintegrada al cap de dues setmanes?

a 100 % b 25 %

c 50 % d 75 % 19 A quin àtom dels que et donem a continuació correspon el diagrama següent?

3 Protons

+ 9

a 3 Be

4 Neutrons

7 b 3 Li

3 Electrons

c 42 He

d

14 7

N

20 Una persona que viu a Alacant està exposada a 0,03 μSv/h. Quina quantitat de radiació ha absorbit al llarg d’un any sencer?

a 263 mSv b 0,263 mSv

c 263 μSv/h d 0,263 mSv/h

Editorial Casals, SA • Material fotocopiable

15 Si un àtom guanya un neutró: a El nou àtom seria isòtop del primer. b No és el mateix àtom, ja que ha canviat el nombre màssic. c No és el mateix àtom, ja que ha canviat el nombre atòmic. d L’àtom deixa de ser neutre, ja que s’ha format un ió.

21

Unitat 1 · L’àtom

6 Rúbriques Rúbrica de l’avaluació del llibre de l’alumne

22

Acompliment

Màxim

Alt

Mitjà

Baix

1. Models històrics de la matèria

Relaciono els models amb qui correspon i responc correctament totes les afirmacions.

Relaciono els models amb qui correspon, però només responc correctament tres afirmacions.

No relaciono bé els models amb qui correspon i només responc correctament dues afirmacions.

No relaciono els models amb qui correspon.

2. Model planetari i estructura electrònica

Entenc bé el model i responc correctament totes les preguntes.

Entenc el model, però m’equivoco en alguns càlculs.

Tinc una idea de com és el model, però no sé calcular els electrons de cada nivell.

No conec el model i no sé efectuar els càlculs.

3. Càlcul de partícules subatòmiques, A i Z

Sé calcular tots els valors.

Sé indicar els valors Z i A, i la majoria dels valors de p, n i e−.

Només sé indicar els valors Z i A.

No sé calcular el nombre de partícules subatòmiques, A i Z.

4. Ions

Comprenc el concepte d’ió i relaciono la càrrega amb les partícules.

Conec el concepte d’ió i relaciono parcialment la càrrega amb les partícules.

No entenc el Conec el concepte d’ió, però no relaciono concepte d’ió. la càrrega amb les partícules.

5. Isòtops

Comprenc el concepte Comprenc el concepte Conec el concepte d’isòtop i l’integro d’isòtop, però no d’isòtop, però no amb el d’ió. l’integro amb el d’ió. l’entenc del tot.

No entenc el concepte d’isòtop.

Unitat 1 · L’àtom

7 Solucionaris 7.1 Solucionari del llibre de l’alumnat

23