Operació Món: Física i Química 4 ESO Illes Balears (muestra)

LLICÈNCIA 12 MESOS

ESO

FÍSICA I QUÍMICA

J. M. Vílchez, A. M.ª Morales, G.Villalobos, P. Tonda, L. Garrido

4 IllesBal ears Operació

món

Índex Els sabers bàsics del curs

L’activitat científica 10

Una història per conèixer com és l’activitat científica

1. Investigació científica

2. Magnituds físiques i unitats

3. Mesura de magnituds físiques. Errors

4. Anàlisi de dades experimentals

Orientacions per a la resolució de problemes

Projecte d’investigació

Ciència recreativa. Experiments mentals

Treball pràctic. «Densitat» de la plastilina Per

1 L’àtom i el sistema periòdic 38

Una història per conèixer la complexitat de l’àtom

1. Discontinuïtat de la matèria

2. Descobertes que varen fer evolucionar la idea de l’àtom

3. Els primers models atòmics

4. Els espectres atòmics i el model de Bohr

5. Model quàntic de l’àtom

6. El sistema periòdic dels elements químics

7. Masses atòmiques

Orientacions per a la resolució de problemes

TIC. Models atòmics

Ciència recreativa. Les petites Curie

Treball pràctic. Raigs catòdics i tubs de descàrrega

Per acabar

Apèndix. Formulació i nomenclatura química

2 E nllaç químic i fo rces

intermoleculars

Una història sobre l’enllaç químic

1. L’enllaç químic

2. L’enllaç iònic

3. L’enllaç covalent

4. Forces intermoleculars

5. L’enllaç metàl·lic

6. Propietats dels composts químics

Orientacions per a la resolució de problemes

TIC. Fulls de càlcul i recursos web

Ciència recreativa. Tipus de substàncies

Treball pràctic. Determinació del tipus d’enllaç

Per acabar

3 E ls c omposts del carboni

Carboni, amb «C» de convenient

1. L’àtom de carboni

2. Formes al·lotròpiques del carboni

3. Fórmules i models moleculars

4. Hidrocarburs

5. Composts de carboni oxigenats i nitrogenats

6. Molècules d’interès especial

TIC. Les TIC t’ajuden a fixar coneixements Ciència recreativa. Models moleculars

Treball pràctic. Solubilitat del suro blanc

4 R eaccions químiques:

Quan el miracle va passar a ser ciència

1. Canvis químics

2. Velocitat de reacció

3. Quantitat de substància

4. Càlculs estequiomètrics

5. L’energia en les reaccions químiques

Orientacions per a la resolució de problemes

TIC. Simulacions sobre reaccions químiques Ciència recreativa. Reaccions d’oxidació del ferro Treball pràctic. Factors que afecten la velocitat de reacció Per acabar

5 A lgunes reaccion s químiques

Una reacció química, dues postures i el naixement de la química moderna

1. Àcids i bases

2. Reaccions de combustió

3. Importància de les reaccions de combustió

4. Reaccions d’oxidació

5. Importància de les reaccions d’oxidació

6. Reaccions de síntesis

Orientacions per a la resolució de problemes

TIC. Representacions gràfiques: el valor del pH Ciència recreativa. Indicadors casolans de pH Treball pràctic. Identificació del CO2 en una combustió

Per acabar

Situació d’aprenentatge. Dossier d’aprenentatge 178

6 C inemàtica

Caiguda lliure, però lliure de veres

1. Sistema de referència

2. Magnituds del moviment

3. Tipus de moviment

4. Moviments rectilinis

5. Moviments circulars

6. Interpretació de representació de gràfics

Orientacions per a la resolució de problemes

9 Forces en fluids.

Bílbilis, evidències del coneixement del concepte de pressió

1. Pressió

182

2. Llei fonamental de la hidrostàtica

3. Principi d’Arquimedes

4. Llei de Pascal

5. Pressió atmosfèrica

6. Conceptes meteorològics

Orientacions per a la resolució de problemes

TIC. Aplicació interactiva en línia Ciència recreativa. La pressió atmosfèrica Treball pràctic. La bota de Pascal

Per acabar

TIC. Fulls de càlcul per a l’estudi de moviments Ciència recreativa. Sistemes de referència i trajectòria Treball pràctic. És moviment uniformement accelerat? Per

7 L leis de Newton

Una poma que va caure pel seu pes

1. Forces

2. Forces quotidianes

3. Lleis de Newton

4. Lleis de Newton en moviments quotidians

Orientacions per a la resolució de problemes

mecànica

De la vis viva al concepte actual d’energia

1. Energia

216

2. Treball

3. Potència

4. Energia cinètica

5. Energia potencial

6. Conservació de l’energia mecànica

7. Transport d’energia mitjançant ones mecàniques

TIC. Simuladors de fenòmens físics Ciència recreativa. La fricció Treball pràctic. Coeficient de fricció per lliscament Per acabar Situació d’aprenentatge. Dossier d’aprenentatge 242 SITUACIÓ D’APRENENTATGE

Desafiaments que marquen: Un lloc per viure 244

8 Forces en l’univers

L’univers, un gran desconegut

1. Evolució històrica de l’estudi de l’univers

2. Forces gravitatòries

3. Aplicacions de la llei de la gravitació universal

4. Satèl·lits artificials en òrbita

Orientacions per a la resolució de problemes

TIC. Stellarium

Ciència recreativa. Simulació de la teoria de la gravitació d’Einstein

Treball pràctic. Localització dels astres

Per acabar

246

Orientacions per a la resolució de problemes TIC. Treball amb el full de càlcul Ciència recreativa. El sol com a font d’energia renovable Treball pràctic. Conservació de l’energia mecànica

Per acabar

11 E nergia tèrmica i calor

Calor, una matèria invisible o transferència d’energia?

1. Energia tèrmica. Temperatura

2. Equilibri tèrmic. Calor i propagació

3. Efectes de la calor

4. Motor tèrmic

5. Degradació de l’energia

6. Energia i societat

Orientacions per a la resolució de problemes

TIC. GeoGebra

Ciència recreativa. Construcció d’un espectroscopi Treball pràctic. Calor latent de fusió de l’aigua

Per acabar

Situació d’aprenentatge. Dossier d’aprenentatge 364

SITUACIÓ D’APRENENTATGE

COMENÇAM PEL PRINCIPI

Encara que en cursos anteriors ja hem estudiat física i química, és possible que ara mateix sentis que no domines tots els continguts. Per aquest motiu, en aquest primer projecte, treballarem per aconseguir una base sòlida. Per a això, hem de ser conscients de com els avenços científics i tecnològics han influït al llarg de la història en el desenvolupament de l’ésser humà, i de com aquests avenços s’han produït en moments socials determinats.

Per exemple, veurem que la idea d’«àtom» ha canviat des de bolletes indivisibles petites fins a estructures molt complexes. I fins i tot abans de saber que existien els àtoms, els grecs es varen plantejar l’existència de substàncies elementals a partir de les quals es formaven totes les altres. Seguint aquest fil conductor, parlarem de les diferents classificacions periòdiques dels elements, els tipus d’enllaç i com el seu coneixement ens obri les portes a la tecnologia més capdavantera, com passa amb la química del carboni, sabent que el seu estudi ens duu, per exemple, a l’ús de substàncies noves com el grafè.

SEQÜÈNCIA D’APRENENTATGE

Recorda

els conceptes apresos sobre la matèria i fes-ne una llista.

Unitat 1

Elabora targetes d’informació sobre idees relacionades amb la matèria.

Explica l’evolució històrica d’alguns models i lleis.

EL DESAFIAMENT: LÍNIA DEL TEMPS: EVOLUCIÓ DE LA FÍSICA I LA QUÍMICA

El repte que vos proposam és elaborar una línia del temps que reculli els avenços científics més importants per relacionar-los amb el moment històric en què varen tenir lloc. L’objectiu és mostrar la influència que tenen certes fites històriques en la ciència, i viceversa; és a dir, que els grans canvis socials que han suposat un avenç per a la humanitat han estat lligats a l’evolució de la física i la química.

En grups reduïts, organitzareu tota la informació que trobeu i la situareu en la línia del temps de manera que es visualitzi amb claredat. A més, relacionareu les descobertes científiques amb el fet històric rellevant en aquesta etapa, definint la proximitat o llunyania en el temps entre els uns i els altres. També s’afegiran totes les persones de ciència que varen formar part d’aquests fets rellevants, intentant incloure-hi el major nombre possible de dones científiques, i s’analitzarà l’aportació de la física i la química a la societat actual.

Per elaborar la línia del temps, podeu utilitzar alguna eina digital, com Padlet, amb la qual es pot confeccionar un mural de manera cooperativa. D’aquesta manera, cada component de l’equip pot accedir individualment al contingut grupal i modificar-lo o completar-lo tantes vegades com vulgui. D’altra banda, també podeu crear una línia del temps en forma de cartell amb fotografies, retalls de diaris o revistes científiques, textos d’elaboració pròpia, etc.

Descriu com s’uneixen els àtoms a partir d’una descoberta científica.

Unitat 2

Cerca informació sobre materials nous i sobre els beneficis que tenen en la societat.

Estudia el carboni, la seva història, les seves característiques i la química orgànica.

Unitat 3

Investiga sobre nous composts de carboni i les seves utilitats en el futur.

1

L’àtom i el sistema periòdic

Abans de començar amb la unitat, ten en compte que el metre d’un àtom, aproximadament de 0,1 nanòmetres

cions cutànies). Tant és així que conèixer l’estructura atòmica va ser un autèntic repte per a la comunitat científica durant els

mava en una de les seves hipòtesis atòmiques que «la matèria està formada per àtoms indivisibles». Després, J. J. Thomson va descobrir l’electró el 1897; E. Rutherford, el protó el 1919; J. Chadwick, el neutró el 1932; i, l’any 1964, M. Gell-Mann i G. Zweig varen descobrir els quarks! Aquestes partícules, encara més petites que les anteriors, combinades entre si, formen partícules subatòmiques com els protons i els neutrons.

Aquest passatge històric ens mostra que el coneixement està en evolució contínua i que tots els descobriments varen començar amb una pregunta. A més, per preguntar, s’ha de tenir curiositat. Ja que en parlam, de què estan fets els electrons, si és que estan composts d’alguna partícula? Heus aquí una pregunta sense resposta, de moment.

COMPROMÍS ODS

El 1953, el president dels EUA Eisenhower va presentar a les Nacions Unides el programa Atoms for Peace per impulsar diferents projectes nuclears paquífics i propiciar el desenvolupament agrícola, industrial, mèdic, de transport i energètic. El maig del 2018, i amb propòsits similars, va tenir lloc a Espanya el simposi internacional Atoms for Peace and Europe: Nuclear Energy Networks in Europe and Around the Globe.

1. Cerca informació sobre el programa Atoms for Peace: quantes vegades s’ha celebrat, en quins llocs, quins països hi varen acudir, quins varen ser els temes principals que s’hi tractaren, a quines conclusions arribaren, etc. Comparteix els teus resultats amb la resta de la classe.

2. Quines són les aplicacions més importants de l’energia nuclear?

3. CiR. Com podria contribuir l’energia nuclear a la consecució de les metes 2.1, 3.4, 9.1 i 16.4 dels ODS? Pots consultar els vídeos a anayaeducacion.es.

En aquesta unitat

Una història per conèixer la complexitat de l’àtom

1. Discontinuïtat de la matèria

2. Descobertes que varen fer evolucionar la idea de l’àtom

3. Els primers models atòmics

4. Els espectres atòmics i el model de Bohr

5. Model quàntic de l’àtom

6. El sistema periòdic dels elements químics

7. Masses atòmiques

Orientacions per a la resolució de problemes

• Com resoldre un exercici d’abundància isotòpica

TIC

• Models atòmics

Taller de ciències

• Ciència recreativa: Les petites Curie

• Treball pràctic: Raigs catòdics i tubs de descàrrega

A anayaeducacion.es

Per motivar-te:

• Vídeo: «Abans de començar»

• Document: «Vols conèixer els cicles formatius de grau mitjà relacionats amb la química?»

Per detectar idees prèvies:

• Activitat interactiva: «Autoavaluació inicial»

• Presentació: «Què necessites saber»

Per estudiar:

• Simulacions: «Construeix un àtom»

i «La taula periòdica»

• Presentació: «Per estudiar»

Per avaluar-te:

• Activitat interactiva: «Autoavaluació final»

• Solucions de les activitats numèriques

I, a més, tota la documentació necessària per aplicar les claus del projecte

SITUACIÓ D’APRENENTATGE

SEQÜÈNCIA D’APRENENTATGE

QUANT SAPS DE QUÍMICA?

1.1 Per grups, feis una llista de conceptes que ja coneixeu sobre la química i afegiu-hi tot el que se vos ocorri. Posau-la en comú amb les de la resta de grups i creau un diagrama d’arbre que tengui «La matèria» com a punt de partida.

ELABORAM TARGETES D’INFORMACIÓ

2.1 Les partícules subatòmiques. Cercau informació sobre els models atòmics que han existit al llarg de la història i sobre la seva evolució: experiments que varen generar aquests models, persones que hi estaren implicades, lloc i etapa històrica, etc.

2.2 Les lleis ponderals. A partir de la informació que trobareu a anayaeducacion.es, realitzau dues pràctiques al laboratori per comprovar el compliment de la llei de conservació de la massa i la llei de les proporcions definides.

2.3 La taula periòdica. Quants de sistemes periòdics han existit fins a arribar a l’actual? Cercau aquells menys coneguts i explicau per què es descartaren.

2.4 Radioactivitat. Els seus usos són molt variats: des de medicina fins a armes nuclears, passant per l’ús domèstic en pasta de dents o en regeneradors capil·lars. Cercau anuncis antics sobre productes amb elements radioactius i explicau quins efectes varen poder tenir en la població a curt i a llarg termini.

ALTRES CONSIDERACIONS HISTÒRIQUES

3.1 Per què ha sigut tan complicat arribar al model actual de l’àtom? I al de taula periòdica? Són iguals els laboratoris actuals que els de fa centenars d’anys?

A partir d’aquestes preguntes, comentau quins poden ser els motius per al desenvolupament tan desigual de la ciència al llarg de la història.

3.2 Cercau si alguna dona va realitzar alguna aportació important als anteriors avenços científics.

3.3 Escriviu targetes amb la informació més rellevant i començau a elaborar amb aquesta la línia del temps.

+ orientacions a anayaeducacion.es

1

Discontinuïtat de la matèria

1.1 Lleis ponderals

Els dos objectius principals de la ciència han estat: desentranyar els components últims de la matèria i explicar-ne la naturalesa. Al llarg d’aquesta unitat, farem un recorregut per l’evolució de la idea de matèria començant per una de les seves característiques més importants: la matèria és discontínua.

Abans de començar, destacam que el que entenem per discontinuïtat de la matèria està molt enfora de l’experiència quotidiana que en tenim. Vivim immersos en matèria i nosaltres mateixos ho som; la percebem com un continu (tot és matèria; on acaba una porció de matèria, en comença una altra) i podem explicar molts aspectes del món que ens envolta amb una visió contínua de la matèria. No obstant això, és necessària una altra concepció de la matèria per donar explicació a nombroses evidències.

Així:

• El 1789, A. Lavoisier publica Tractat elemental de química, que suposa la base del desenvolupament de la química al segle xix. En aquesta obra, estableix una llei empírica a partir de mesuraments de massa precisos, que assegurava que la massa no varia en una reacció química.

• El 1799, J. L. Proust estableix que tots els composts químics estan formats per elements en proporcions definides.

Robert Boyle va publicar el 1661 El químic escèptic, on exposa la diferència entre un element i un compost. Un element és aquella substància que no es pot descompondre en altres de més simples; per contra, un compost sí que es pot descompondre en elements.

• El 1803, J. Dalton ampliava l’afirmació de Proust indicant que dos elements químics es poden combinar en proporcions distintes, i donar lloc a composts diferents.

Aquests tres enunciats es coneixen amb el nom de lleis ponderals, perquè es referien als pesos. La teoria atòmica de Dalton explica aquestes tres lleis, com veurem a continuació.

Argumentam a partir de taules de dades

Llei de conservació de la massa i llei de les proporcions definides

En cada un dels experiments de la primera taula, es mostren les mesures de massa de ferro i d’oxigen, ambdues com a substàncies simples, que es combinen i donen com a resultat un òxid de ferro, que és un compost. No s’ha inclòs la massa sobrant (o en excés) d’alguna de les substàncies que intervenen en la formació del compost, que estaria present en el segon i quart experiment (files ombrejades). Pots calcular els valors d’aquestes masses fàcilment.

Llei

de

les proporcions múltiples

A la segona taula es recullen els resultats experimentals de les mesures de masses de carboni i d’oxigen presents en dos tipus de composts diferents, A i B. Observam que la proporció «massa de carboni / massa d’oxigen» és diferent en cada compost. També veim que la relació entre les masses de carboni (54,0 g i 27,0 g) que es combinen amb la mateixa massa d’oxigen (71,9 g) és un nombre senzill (54,0 / 27,0 = 2).

1.2 Teoria atòmica

El 1808, J. Dalton va publicar la primera part d’Un nou sistema de filosofia química, on dona explicació a les lleis ponderals basant-se en la teoria atòmica, que podem sintetitzar en quatre idees:

1. La matèria està formada per àtoms, que són partícules indivisibles.

2. Els àtoms d’un mateix element químic són idèntics en massa i en propietats, i són diferents dels d’un altre element químic.

3. Els composts estan formats per àtoms d’elements químics diferents. En un compost, el nombre d’àtoms de cada element guarda una relació numèrica senzilla i constant amb la resta.

4. Durant una reacció química es produeix una reordenació d’àtoms; els que formen els reactius es reagrupen per donar lloc a noves substàncies químiques, els productes.

La idea principal que transmet la teoria atòmica de Dalton és que la matèria és discontínua i està formada per àtoms que tenen una massa concreta. Aquesta idea, encara que es matisa i s’amplia al llarg dels segles següents, està considerada com la idea més poderosa de la ciència moderna.

Representació atòmica de Dalton

Representació dels elements químics i d’algunes combinacions (composts) en el text original de Dalton. El nombre 1 es refereix a l’hidrogen; el 3, al carboni, i el 4, a l’oxigen.

En una reacció química, la massa es conserva, perquè es tracta d’una reordenació d’àtoms, no existeix una altra transformació. Per tant, com que la matèria és discontínua, la proporció de masses es manté durant la reacció química. En els exemples següents s’explica aquest fet a partir dels postulats de Dalton.

Per a la reacció entre ferro i oxigen, quatre àtoms de ferro s’uneixen amb dos àtoms d’oxigen, però no un poc de ferro s’uneix a un poc d’oxigen. Per això, en la primera reacció no sobra cap àtom de cap element, però sí que sobra un àtom de ferro en la segona reacció.

En el cas del carboni i l’oxigen, Dalton va encertar a indicar que un dels composts, el monòxid de carboni, era una combinació binària, i l’altre, el diòxid de carboni, ternària. El fet que la relació entre les dues quantitats d’oxigen que es combinen amb la mateixa massa de carboni sigui un nombre senzill (en aquest cas, 2) indica que el compost es forma a partir d’un nombre determinat d’àtoms de cada element.

COMPRÈN, PENSA, INVESTIGA…

1 Roda lògica. A partir de les taules de la pàgina anterior i de les imatges d’aquesta, quantes vegades és més gran la massa d’un àtom de ferro que la d’un d’oxigen? Si no haguessis tengut la informació de la imatge, podries haver respost la pregunta anterior?

2 Dalton va trobar la composició correcta del monòxid de carboni i del diòxid de carboni, però no així en el cas d’una altra substància molt abundant. De quina substància es tracta? Utilitza la imatge del marge d’aquesta pàgina. Quin error va cometre en descriure-la?

Interpretació de les lleis ponderals d’acord amb les hipòtesis de Dalton

2

Descobertes que fan evolucionar la idea d’àtom

En les darreres dècades del segle xix i les primeres del segle xx, es va produir un avanç en el coneixement sobre fenòmens com l’electricitat i la radioactivitat, que va propiciar el desenvolupament dels models atòmics.

2.1 Electricitat i elements químics

Els fenòmens elèctrics es coneixien des del segle v a C. Tales de Milet va observar l’electrificació per fregament de l’ambre (elektron en grec, d’aquí la denominació d’aquest fenomen). Es tracta d’un fenomen d’electricitat estàtica. El moviment ordenat de càrregues elèctriques és un corrent elèctric, igual que el que es produeix en caure un llamp, com va demostrar B. Franklin el 1792.

La primera pila capaç de generar electricitat de manera pràctica es deu a A. Volta, qui, el 1801, va mostrar com amb una pila de discos de zinc, coure i paper amerat en salmorra era possible generar un corrent elèctric. A partir d’aquesta descoberta, i d’altres posteriors, va ser possible aïllar elements aplicant tècniques electrolítiques. Al segle xix, H. Davy va aïllar, utilitzant l’electròlisi, potassi, sodi, estronci, magnesi i calci. Anys després, M. Faraday denomina ions les «entitats» que transporten l’electricitat en les dissolucions o en el material fos (del grec «el que va, el viatger»). No obstant això, no se sabia en què consistien aquests ions. Thomson va obtenir la resposta amb la descoberta de l’electró, que abordarem més endavant.

Recorda que els àtoms tenen el mateix nombre de protons que d’electrons, d’aquí ve el fet que siguin neutres. Si un àtom guanya o perd electrons, es formen ions, que tenen càrrega neta diferent de zero.

Si un àtom perd electrons, obtenim un catió, i pot adquirir una càrrega +1, +2 o +3. De manera anàloga, concloem que la càrrega d’un anió és –1, –2 o –3, si l’àtom guanya un, dos o tres electrons, respectivament.

Formació d’un catió

Formació – +

Formació d’un anió

2.2 Radioactivitat

El fenomen de la radioactivitat va ser descobert de manera complementària per H. Bequerel i el matrimoni Curie. El primer va observar la radiació emesa per sals d’urani el 1896 i, dos anys després, els Curie varen determinar que es tractava d’un fenomen nou. L’explicació a aquest fenomen va obrir noves línies d’investigació, com la desenvolupada per E. Rutherford qui, juntament amb F. Soddy, va determinar que la radioactivitat es deu a la desintegració espontània d’àtoms de gran massa.

Avui en dia sabem que existeixen uns certs isòtops radioactius que es descomponen de manera espontània, els denominats radioisòtops, i que és possible produir-los de manera artificial amb un objectiu determinat. Com comprovarem, la descoberta del nucli de l’àtom és una conseqüència dels experiments sobre emissions radioactives.

2.3 Els quàntums de llum i l’efecte fotoelèctric

En el primer any del s.  xx, M. Planck va proposar un concepte nou en física: els quàntums, que es defineixen com la quantitat mínima d’energia involucrada en una interacció.

Cinc anys després, A. Einstein aplicava aquesta idea a la llum, i aconseguia explicar l’efecte fotoelèctric. La idea dels quàntums de llum va ser utilitzada posteriorment per N. Bohr en el seu model atòmic, que donava, al seu torn, explicació a un altre fenomen relacionat amb la llum: els espectres atòmics.

En conclusió, podem afirmar que, a l’inici del segle xx, es varen donar unes condicions propícies per a l’avenç científic i es va desenvolupar el que podem denominar l’«era atòmica», que ha tengut una repercussió positiva en el desenvolupament de tècniques beneficioses per a la societat, però, també, una part molt perjudicial, com és la invenció de les armes atòmiques.

Efecte fotoelèctric

En il·luminar la superfície d’un metall amb llum monocromàtica, podem obtenir dos efectes diferents:

No s’extreuen electrons del metall Sí que s’extreuen electrons del metall

Recorda que …

Protó Neutró Electró

Einstein va explicar que els quàntums de llum amb energia suficient (alta freqüència) arrancaven els electrons del metall i provocaven un corrent elèctric.

Triti H 1 3 _ i

La representació dels àtoms es realitza a partir del seu nombre atòmic, Z, i el seu nombre màssic, A, X Z A . Àtoms del mateix element químic tenen el mateix nombre atòmic i, si es diferencien en el nombre màssic, es denominen isòtops. A la imatge s’han representat els isòtops de l’hidrogen.

COMPRÈN, PENSA, INVESTIGA…

3 En calcular la massa d’un àtom, se sol menysprear la contribució dels electrons. Cerca el valor de la massa de les partícules subatòmiques i argumenta sobre la conveniència de menysprear la massa dels electrons.

4 A partir de les representacions de les substàncies químiques següents, indica el nombre de protons, neutrons i electrons de cada una.

5 Cerca informació sobre l’efecte fotoelèctric. Per què va ser una descoberta tan rellevant? Quines aplicacions té? Posa en comú els teus resultats amb els de la resta de la classe.

Llum de baixa freqüència

Llum d’alta freqüència

Proti H 1 1 _ i Deuteri H 1 2 _ i

3

Els primers models atòmics

En aquest epígraf repassarem els primers models atòmics i la descoberta de les principals partícules subatòmiques.

3.1 Model atòmic de Thomson

La primera evidència que els àtoms eren més complexos que el que havia proposat Dalton la va obtenir J. J. Thomson, que el 1897 va descobrir l’electró, i va concloure que els electrons eren part de l’àtom.

Anys abans, W. Crookes va experimentar amb tubs de descàrrega, ampolles de vidre amb dos discos metàl·lics, anomenats elèctrodes, en les quals s’havia fet el buit. En aplicar un gran voltatge entre els elèctrodes, apareixia una luminescència en el costat de l’ànode: els raigs catòdics. Així:

• Crookes va observar que sobre l’ànode es produïa ombra en interposar un objecte en el feix de raigs catòdics; va deduir que els raigs catòdics sortien des del càtode cap a l’ànode.

• Es varen introduir molinets amb aspes a l’interior dels tubs, i es va observar que es posaven en moviment; els raigs catòdics estan formats per partícules.

• Thomson va modificar aquests tubs incloent dues plaques paral·leles, una amb càrrega positiva i una altra amb càrrega negativa, i va observar que el feix es desviava cap a la positiva: els raigs catòdics tenen càrrega negativa.

Amb tot això, Thomson va proposar el 1904 el seu model per a l’àtom.

Segons el model de Thomson, un àtom és una esfera de càrrega positiva en la qual es troben incrustats els electrons, que poden sortir o entrar de l’àtom, la qual cosa dona lloc a un ió.

Evidències experimentals que varen conduir al model de Thomson

Tub de Crookes

Zona carregada positivament

Els electrons es distribueixen uniformement

Els raigs catòdics són partícules.

Tub de Thomson

Ànode

Raigs catòdics

Electrons

Càtode

Els raigs catòdics tenen càrrega negativa.

Els models atòmics plantegen un cert grau d’especulació. No es pot dir que siguin vertaders o falsos, sinó que expliquen millor o pitjor els fenòmens observats.

Model atòmic de Thomson

■ El valor de la càrrega de l’electró

Des de la descoberta de l’electró fins que el valor de la seva càrrega es va determinar, varen transcórrer tretze anys. El 1910, R. A. Millikan va aconseguir mesurar la càrrega de l’electró, i va obtenir un valor de –1,6 · 10–19 C.

3.2 Model atòmic de Rutherford

El 1911, E. Rutherford i els seus col·laboradors Geiger i Mardsen, analitzant els resultats dels seus experiments sobre el bombardeig d’or amb partícules alfa (amb càrrega positiva), proposaren un nou model per a l’àtom: el model nuclear.

El model de Rutherford descriu l’àtom com un gran espai fonamentalment buit, al centre del qual es tro ba el nucli, amb càrrega positiva i quasi la totalitat de la massa, i al seu voltant orbiten els electrons, que tenen càrrega negativa.

La descripció de l’escorça de l’àtom amb els electrons orbitant al voltant del nucli no es dedueix dels experiments; és la part especulativa del model.

■ La descoberta del protó

El 1919, Rutherford va descobrir que podia convertir un element en un altre bombardejant-lo amb partícules alfa de més energia.

Com a resultat d’aquest bombardeig, a més del nou element s’obtenia una partícula de càrrega +1 de característiques similars al nucli d’hidrogen; aquesta partícula era un protó.

S’havia aconseguit transmutar un element en un altre, alterant el nombre de protons en el nucli.

COMPRÈN, PENSA, INVESTIGA…

6 Anàlisi associativa. Associa els resultats de Crookes i Thomson amb les característiques de l’electró.

7 Segons el model atòmic de Thomson, quin és el menor valor de càrrega elèctrica que es pot aïllar?

8 Quin dels fenòmens següents es pot explicar a partir del model atòmic de Thomson?

a) La formació d’ions.

b) L’existència d’isòtops.

c) Les reaccions nuclears.

9 Roda lògica. Explica quina és la part especulativa del model atòmic de Thomson.

Model atòmic de

Rutherford

Experiment de Rutherford

Rutherford bombardeja amb partícules α una làmina fina d’or, i obté diferents comportaments d’aquestes.

Anàlisi dels impactes de les partícules α a la pantalla

La majoria no es desvien

Hi ha un gran espai buit

Algunes es desvien Es repel·leixen amb el nucli

Passen a prop del nucli

L’àtom està fonamentalment buit. El nucli, positiu, se situa al centre, i els electrons, negatius, orbiten al voltant.

D’aquests resultats, Rutherford va deduir un model atòmic nou, en el qual apareixia una partícula subatòmica nova: el protó.

10 Cerca informació sobre l’experiment de Millikan i prepara un treball senzill que l’expliqui; acompanya’l dels dibuixos que consideris més adequats.

11 Segons Rutherford, el nucli de l’àtom és un espai molt petit, on es concentren tots els protons amb càrrega positiva. En comparar la massa dels protons amb la del nucli, es va postular que havia d’existir una altra partícula, el neutró, que va ser descobert per Chadwick el 1932. Treballa en grup i respon la pregunta:

Per què creus que al nucli els protons no es repel·leixen els uns als altres?

Unes poques reboten

4

Els espectres atòmics i el model de Bohr

4.1 Inconsistències del model de Rutherford

El model de Rutherford contenia dues inconsistències: segons l’electromagnetisme clàssic, l’electró no podia estar girant en qualsevol òrbita, ja que, en ser una partícula carregada, emetria energia en el seu gir, i la perdria gradualment, fet que implicava que s’acostaria al nucli fins a collidir-hi. El segon problema és que no podia explicar un fenomen que es produïa quan amb un prisma es descomponia la llum emesa per substàncies incandescents: els espectres atòmics.

■ Tipus d’espectres

La llum blanca que emet un llum incandescent en passar a través d’un prisma de vidre es descompon en colors, que són l’espectre de la llum que travessa el prisma (llum refractada). A cada franja de color correspon un interval diferent d’energia, i l’espectre que s’obté és un espectre continu; és a dir, la separació entre colors no és nítida.

Si en comptes de llum blanca utilitzem l’emesa per una substància prou calenta, i la feim passar per un prisma, veim que només existeixen algunes línies. Això és un espectre discontinu.

4.2 El model atòmic de Bohr

En 1913, Niels Bohr, col·laborador de Rutherford, va millorar el model d’aquest introduint el concepte de la quantització de l’energia. Segons Rutherford, l’òrbita de l’electró es podia trobar a qualsevol distància del nucli, i l’energia era major com més enfora es trobàs. Però Bohr va introduir dues hipòtesis a aquest model:

• L’electró gira al voltant del nucli en unes certes òrbites, amb un radi determinat; en aquestes ni guanya ni perd energia: són òrbites estacionàries.

• Un electró pot passar d’una òrbita de menor energia a una altra de major energia absorbint una quantitat determinada d’energia; i si el procés fora el contrari, emetent aquesta mateixa quantitat d’energia. Amb la primera hipòtesi se soluciona la incompatibilitat amb l’electromagnetisme, i amb la segona, s’expliquen els espectres atòmics.

Espectres atòmics: exemples

Espectre continu (llum blanca)

L’espectre de la llum blanca és continu. Per aquest motiu, com pots observar, no hi ha una separació entre els diferents colors que s’aprecien a la imatge.

L’espectre de l’hidrogen no és continu. Observa que hi apareixen quatre línies, cada una de les quals correspon a un valor determinat d’energia: l’energia està quantitzada.

4.3 Espectres atòmics i model de Bohr: relació

En el model atòmic de Bohr s’aplica la idea que l’energia dels electrons de l’àtom és discreta; és a dir, no és contínua.

La quantització de les energies dels electrons a l’escorça dels àtoms és una propietat fonamental d’aquests. Bohr va aconseguir determinar quantitativament els nivells d’energia dels electrons d’un àtom determinat en funció del seu nombre atòmic i d’un paràmetre, n, el valor del qual és sempre un nombre natural (1, 2, 3, etc.), que indica el nombre de cada òrbita. D’aquesta manera, podem relacionar directament l’energia d’un nivell amb el valor corresponent de n. Si un electró no es troba en el nivell de menor energia possible, l’àtom està en estat excitat; si tots els electrons ocupen els nivells de menor energia possible, l’àtom està en el seu estat fonamental.

Explicació de l’espectre d’hidrogen

Les quatre línies de l’espectre de l’hidrogen són relatives a salts d’electrons des de nivells d’energia que corresponen a estats excitats fins al nivell n = 2:

Salt de n = 6 a n = 2 → E6

Salt de n = 5 a n = 2 → E5

Salt de n = 4 a n = 2 → E4

Salt de n = 3 a n = 2 → E3

Els salts electrònics des de nivells superiors al nivell n = 1 corresponen a la zona de l’ultraviolat, no visible per l’ull humà.

Una analogia de les energies de l’electró

Podem imaginar que l’energia d’un electró és anàloga a l’energia potencial d’un objecte en una escala.

No són possibles tots els valors, sinó només els que corresponen a l’altura de cada escaló.

Si un electró puja, és perquè ha absorbit la diferència d’energia, i quan baixa l’emet en forma de radiació. Aquestes diferències d’energia són les que es detecten en els espectres atòmics.

COMPRÈN, PENSA, INVESTIGA…

12 Explica què significa que una òrbita sigui estacionària.

13 Relaciona cada model atòmic amb l’evidència experimental que va dur al fet que es proposàs.

14 Explica per què els espectres atòmics són de línies, és a dir, per què no són continus.

Contesta i raona

1-2-4. Per què creus que s’han representat els escalons amb altures diferents? Quants de salts entre escalons hi hauria a l’escala del dibuix?

15 Podrien existir més línies en l’espectre d’hidrogen amb valors d’energia diferents? En cas afirmatiu, a quin salt d’energia correspondrien?

16 CTF. Indica si aquesta afirmació és vertadera o falsa i explica per què: «Per a fer que un electró passi del nivell n = 2 al n = 3, és necessari que absorbeixi energia».

5

Model quàntic de l’àtom

El model atòmic de Bohr presentava limitacions; només es podien calcular amb exactitud els nivells d’energia de l’hidrogen, o d’ions amb un sol electró. El model quàntic de l’àtom, que s’analitzarà en cursos posteriors, supera aquesta limitació, en introduir el concepte d’«orbital atòmic».

5.1 Orbitals atòmics

En el model atòmic de Bohr hem visualitzat el moviment de l’electró descrivint òrbites al voltant del nucli. Però, segons el principi d’incertesa de W. Heisenberg, és impossible conèixer la trajectòria d’una partícula subatòmica, com un electró, i l’única cosa que es pot determinar és una probabilitat de per on trobar-lo. Així, passam de parlar d’òrbites a parlar d’orbitals.

Un orbital atòmic és una regió de l’espai on la probabilitat de trobar un electró és molt elevada. A cada orbital es poden situar un màxim de dos electrons.

Els orbitals atòmics es designen amb lletres. Els més simples: s, p, d i f. No tots els nivells d’energia tenen els mateixos orbitals; cada capa d’electrons, és a dir, cada nivell d’energia, pot albergar un nombre diferent d’electrons. Per tant, a cada nivell corresponen diferents orbitals, com es pot observar a la taula inferior.

• En tractar-se de regions de l’espai, els orbitals atòmics tindran diferents formes geomètriques.

• La més senzilla és l’esfèrica, que correspon als orbitals del tipus s

• Hi ha tres orbitals tipus p; cada un correspon a una direcció, X, Y o Z. El seu aspecte és lobular.

• Hi ha cinc orbitals tipus d a cada nivell principal d’energia, a partir del tercer nivell.

• Hi ha set orbitals tipus f a cada nivell d’energia a partir del quart nivell.

Relacions entre energia i orbitals

• Cada orbital electrònic s’umpl amb 2 electrons. Els orbitals s només accepten fins a 2 electrons; el conjunt dels orbitals p, fins a 6 electrons; els d, fins a 10 electrons, i els f, fins a 14 electrons.

• Com a regla general, podem establir que el nombre d’electrons que pot arribar a contenir cada tipus d’orbital és el doble del nombre d’orbitals d’aquest tipus que hi ha a cada nivell.

5.2 Configuració electrònica

El nombre d’electrons que hi ha al darrer nivell energètic determina quines seran les seves propietats químiques.

Anticipar les propietats químiques dels àtoms de diversos elements a partir d’aquest nombre d’electrons és molt rellevant. Això ens donarà informació sobre, per exemple, el tipus d’enllaç que es formarà entre aquests, com veurem a la unitat següent. Per a això, necessitam conèixer la configuració electrònica.

La configuració electrònica d’un àtom és la forma en què es distribueixen els electrons a la seva escorça.

Abans d’escriure la configuració electrònica, necessitem conèixer les regles d’ompliment dels orbitals atòmics.

■ Regles d’ompliment d’orbitals atòmics

• Els orbitals atòmics s’omplin de menor a major energia. Per tant, hem de conèixer l’ordre dels orbitals quant a energia, que és el que es mostra a la figura dreta. Observa que els orbitals 3 d tenen més energia que el 4 s i que, per tant, s’ompliran quan el 4 s estigui complet.

• En completar els orbitals del mateix valor d’energia, començarà l’ompliment dels següents. A la figura, cada electró s’ha representat mitjançant una fletxa. Observa que hi ha dues fletxes, dos electrons, per cada orbital ple. L’ompliment dels orbitals de l’exemple de la figura arriba fins als orbitals 5 p, que es produeix quan els orbitals 4 d estan complets.

• Els electrons ocupen el major nombre possible d’orbitals de la mateixa energia. Aquest fet es coneix com màxima multiplicitat. Com observem a la figura, s’ocupen els tres orbitals 5 p amb quatre electrons, en lloc de quedar agrupats en només dos d’aquests.

■ Escriptura de les configuracions electròniques

• Col·locam el símbol de l’element químic entre claudàtors per indicar que ens referim a la configuració electrònica.

• Denominarem els orbitals dels diferents nivells d’aquesta manera:

– Orbital s del primer nivell d’energia: 1 s.

– Orbital s del segon nivell d’energia: 2 s.

– Orbitals p del segon nivell d’energia: 2 p.

• Utilitzarem un superíndex per indicar el nombre d’electrons totals que hi ha a cada tipus d’orbital. Per exemple:

– 2 s1: en l’orbital s del nivell 2 hi ha 1 electró.

– 3 p5: en els orbitals p del nivell 3 hi ha 5 electrons.

Així, la configuració electrònica de l’oxigen, amb 8 electrons, queda d’aquesta manera:

[O] = 1 s 2 2 s 2 2 p 4

Observam que no s’han completat els orbitals p del nivell 2.

Distribució energètica

A la imatge, les fletxes representen els dos electrons de cada orbital; per diferenciar-los, una apunta cap amunt i l’altra, cap avall.

Aquesta distribució energètica dels orbitals et serà molt fàcil de recordar quan aprenguis a la pàgina següent el diagrama de Möller.

COMPRÈN,

PENSA, INVESTIGA…

17 Taula rodona. Explica la diferència entre òrbita i orbital.

18 Indica quants d’electrons té un àtom si la seva configuració electrònica és:

1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2

19 Indica quants d’orbitals queden ocupats al darrer nivell d’energia d’un àtom amb aquesta configuració electrònica:

1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 3

Quina regla has utilitzat?

Per recordar l’ordre d’energies dels orbitals atòmics, se sol utilitzar el diagrama de Möller, on es mostra la seqüència dels orbitals distribuïts per ordre d’energia creixent seguint les fletxes de les diagonals. Si seguim l’ordre que el diagrama ens indica, veim, per exemple, que des de l’orbital 4 s els següents a omplir-se són els 3 d, 4 p i 5 s, continuant pels 4 d, 5 p, 6 s i 4 f

■ Electrons de valència

Les propietats d’un element venen donades per la seva configuració electrònica; en concret, pels electrons de valència.

Els electrons del darrer orbital ocupat es denominen electrons de valència.

Per exemple, per al magnesi, element químic la configuració electrònica del qual és [Mg] = 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s2, els electrons de l’orbital 3 s, el darrer orbital ocupat de la seva configuració electrònica, són els electrons de valència.

EXERCICI RESOLT

1 A partir del nombre atòmic del germani (Z = 32):

a) Escriu-ne la configuració electrònica.

b) Indica quins són els electrons de valència.

c) Escriu la configuració electrònica del catió més estable.

a) Si es tracta de germani neutre, tendrà 32 electrons. Escrivim el diagrama de Möller complet i seguim les fletxes fins a completar els 32 electrons. Així, obtenim:

3 p 6 4 s 2 3 d10 4 p 2

b) El darrer nivell amb electrons; en aquest cas, és el quart. Els electrons de valència són dos electrons en 4 s i dos en 4 p.

c) La configuració electrònica del catió més estable és aquella en la qual perd dos electrons, és a dir, el Ge2+. Per tant:

[Ge2+] = 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 4 s 2 3 d10

COMPRÈN, PENSA, INVESTIGA…

20 Explica per què és possible tenir només dos electrons en un orbital 2 s i sis en els orbitals 2 p.

21 Escriu la configuració electrònica dels àtoms de liti (Z = 3), sodi (Z = 11) i potassi (Z = 19).

22 Escriu la configuració electrònica del catió Li+

23 Sumam. Explica per què en el nivell n = 4 pot haver-hi fins a 32 electrons.

Observa en el diagrama com es dibuixen les diagonals que donen l’ordre d’ompliment.

24 Pensa i comparteix en parella. Escriu la configuració electrònica dels àtoms de fluor (Z = 9), clor (Z = 17) i brom (Z = 35). Extreu conclusions a partir d’aquestes configuracions.

25 Dibuixa un diagrama representant els orbitals mitjançant cercles i els electrons mitjançant fletxes on apareguin els electrons de valència del sofre ( Z  = 16).

6

El sistema periòdic dels elements químics

6.1 El sistema periòdic de Mendeleiev

L’ordenació dels elements químics es basa en el patró de variació de les propietats químiques i físiques, periodicitat observada per Mendeleiev i Meyer el 1869. Varen col·locar els elements coneguts fins aleshores en funció de la seva massa atòmica i observaren patrons de repetició en les seves propietats. Així, els elements amb propietats similars varen quedar agrupats per famílies.

A més, Mendeleiev va deixar buits per a elements químics que no es coneixien en aquell temps, i que es varen descobrir posteriorment. Aquest és un exemple de la capacitat de predicció de la ciència.

6.2 El sistema periòdic actual

Va ser proposat per H. Moseley el 1913, i és quasi idèntic al de Mendeleiev. En aquest sistema, els elements químics estan ordenats per nombre atòmic creixent i es distribueixen en:

Cerca informació

Quins grups de la taula periòdica tenen noms tradicionals?

• 7 períodes o files. Els àtoms d’elements d’un mateix període tenen el mateix nombre de capes o nivells principals d’energia.

• 18 grups o famílies. Els elements d’un grup tenen la mateixa configuració electrònica dels seus electrons de valència.

El sistema periòdic dels elements químics

6.3 Propietats periòdiques i grups d’elements

En el sistema periòdic podem distingir:

• Metalls. És el grup més nombrós. Tenen tendència a perdre electrons, i així es formen cations.

• No-metalls. Són elements que tenen tendència a formar anions. No són bons conductors de la calor ni de l’electricitat.

• Semimetalls o metal·loides. Aquesta denominació significa «semblant a un metall». Comparteixen propietats amb els metalls i amb els no-metalls.

• Gasos nobles. Es tracta del grup 18 de la taula periòdica. Tots són gasosos i difícilment formen composts.

■ Propietats periòdiques

Gasos nobles

Full giratori. El gràfic inferior mostra el patró de variació d’AE i EI a la taula periòdica; no obstant això, els gasos nobles no segueixen aquest patró, ja que no solen formar ions i no s’enllacen. Esbrina per què és així; amb això, avançaràs continguts de la unitat següent.

L’ordre dels elements en el sistema periòdic segueix una llei periòdica:

En col·locar els elements químics en ordre creixent dels nombres atòmics, s’observa una variació periòdica en algunes propietats.

Són les propietats periòdiques. En aquesta unitat n’estudiarem dues.

L’afinitat electrònica (AE) és l’energia que allibera un àtom en estat gasós en adquirir un electró i formar un anió. A més AE, major és la tendència de l’element a formar anions.

Per tant, els elements no metàl·lics tenen afinitats electròniques elevades, perquè tendeixen a formar anions.

L’energia d’ionització (EI) és l’energia que ha d’absorbir un àtom en estat gasós per a perdre un electró i formar un catió. A menor EI, més tendeix l’element a formar cations.

COMPRÈN, PENSA, INVESTIGA…

26 Indica el nombre d’elements que té cada període del sistema periòdic.

27 Classifica els elements següents en metalls, no-metalls, semimetalls o gasos nobles: potassi, ferro, crom, silici, clor i argó.

28 Cerca informació sobre la biografia de H. Moseley i reflexiona sobre la implicació de la participació de científics en conflictes bèl·lics. Reflexiona sobre la relació d’aquest fet amb la meta 16.4 dels ODS.

29 Ordena aquests elements per afinitat electrònica creixent: calci, seleni, gal·li, brom i coure.

30 Per què un element amb una energia d’ionització elevada no tendeix a formar cations?

Els elements metàl·lics tenen energies d’ionització menors que els no-metalls, i, per això, solen formar cations.

Ambdues propietats, AE i EI, augmenten en un mateix període en desplaçar-nos cap a la dreta, i disminueixen en un mateix grup en anar cap avall.

6.4 Sistema periòdic i configuració electrònica

A partir de la configuració electrònica d’un element, podem situar-lo en el sistema periòdic. Vegem, per exemple, els elements del grup 14:

Observam que totes acaben en p2, igual que les configuracions de l’estany i del plom. Per tant, podem concloure que un element amb una configuració electrònica que acabi en p 2 és un element del grup 14. El nivell principal d’energia dels electrons de valència coincideix amb el període al qual pertany l’element. A partir de la ubicació d’un element a la taula periòdica, podem escriure’n la configuració electrònica acurtada i predir el seu comportament químic.

La configuració electrònica escurçada inclou la del gas noble anterior i hi queden destacats els electrons de valència.

Relació entre la configuració electrònica d’un element i la seva posició a la taula periòdica

De manera general, podem relacionar la configuració electrònica dels electrons de valència d’un element químic amb la posició que ocupa a la taula periòdica.

A la figura de l’esquerra es mostra la configuració electrònica dels electrons de valència de cada bloc del sistema periòdic.

En aquesta es pot observar que a l’heli, el gas noble de menor nombre atòmic, hi correspon una configuració diferent a la de la resta de gasos nobles. Es tracta d’una excepció.

COMPRÈN, PENSA, INVESTIGA…

31 Escriu la configuració electrònica d’aquests elements representatius i indica la seva posició a la taula periòdica: potassi (Z = 19), neó (Z = 10), alumini (Z = 13) i sofre (Z = 16).

32 Escriu la configuració electrònica acurtada i indica els electrons de valència del fòsfor (Z = 15), estany (Z = 50), iode (Z = 53) i franci (Z = 87).

33 Dels elements dels exercicis anteriors, indica quins tendiran a formar cations i quins anions.

34 L’element de configuració electrònica acabada en 4 s 2 3 d 6, és metall, no-metall o gas noble?

35 Indica el nom i el símbol dels elements els electrons de valència dels quals són: a) 3 s 2 3 p2, b) 2 s2, c) 4 s 2 4 p 5 , d) 3 s 2 3 p6. Quins són gasos nobles?

7

Masses atòmiques

La descoberta de l’electró va conduir al model atòmic de Thomson; el model de Rutherford es va completar amb la descoberta del protó. Vegem ara la implicació de la descoberta del neutró.

7.1 La descoberta del neutró

Des del model atòmic de Rutherford se sabia que el nombre atòmic d’un àtom, Z, era, aproximadament, la meitat del seu nombre màssic, A. El 1932, Chadwick va confirmar l’existència d’una nova partícula, el neutró.

Al nucli de l’àtom existeix una partícula de massa similar a la del protó i elèctricament neutra, denominada neutró.

A partir d’aquesta descoberta va ser possible relacionar la massa d’un àtom amb el nombre de partícules que el componen.

7.2 Masses atòmiques mitjana

La massa teòrica d’un àtom és la suma de les masses dels seus protons i els seus neutrons (no consideram la massa dels electrons, perquè resulta menyspreable comparada amb la del protó i la del neutró).

No tots els àtoms del mateix element químic tenen la mateixa massa, ja que cada element té diversos isòtops. Per tant, la massa atòmica d’un element químic s’ha de calcular a partir de la massa dels seus isòtops d’acord amb l’abundància relativa de cada un d’aquests.

EXERCICI RESOLT

2 L’urani té tres isòtops, U 234 , U 235 i U 238 , amb abundàncies relatives que són 0,0057 %, 0,72 % i 99,27 %, respectivament. Calcula la massa atòmica mitjana de de l’urani, expressada en u.

1 Partirem de la idea que el nombre màssic és la massa en unitats de massa atòmica de cada àtom.

COMPRÈN, PENSA, INVESTIGA…

36 El bor té dos isòtops estables, B-10 i B-11. Utilitzant la definició de massa teòrica de l’àtom, i sabent que les abundàncies relatives d’aquests isòtops són 19,78 % i 80,22 %, respectivament, calcula la massa atòmica mitjana del bor.

37 Determina quina és l’abundància relativa dels isòtops del clor sabent que són dos, amb masses atòmiques reals de 34,97 u i 36,97 u, i que la massa atòmica mitjana del clor és 35,45 u.

38 CTF. Explica per què els valors de les masses isotòpiques de l’activitat anterior no són valors enters de la unitat de massa atòmica.

;; uuumm m 234235 238 UU U 234 235 238 –== =

2 La contribució de cada isòtop a la massa atòmica mitjana és: Contribució del U 234 :

, , u u 100 2340 0057 0013 =

Contribució del U 235 :

Contribució del U 238 :

, , u u 100 2350 72 169 =

, , u u 100 2389927 2363 =

Observam que l’isòtop menys abundant és el que té una aportació menor a la massa atòmica, com era d’esperar.

3 Finalment, sumam les contribucions de cada isòtop per obtenir la massa atòmica mitjana:

,, , uu uu m 0013 169236 3238 U =+ +=

ORIENTACIONS PER A LA RESOLUCIÓ DE PROBLEMES

Com

resoldre un exercici d’abundància isotòpica

El magnesi, amb un massa atòmica mitjana de 24,3 u, té tres isòtops naturals, amb masses atòmiques de 24 u, 25 u i 26 u. El més abundant dels tres és el Mg-24, que té una abundància relativa del 78,99 %. Quina és l’abundància relativa dels altres dos isòtops del magnesi?

RESOLUCIÓ

ENTÉN L’ENUNCIAT I EXTREU DADES

Es tracta d’un problema relacionat amb el càlcul de la massa atòmica mitjana. No obstant això, no ens demanen la massa mitjana, sinó l’abundància de dos isòtops del magnesi.

Hem de recordar que la suma de les abundàncies relatives dels isòtops és del 100 %.

FES UN DIBUIX DE LA SITUACIÓ

En aquest cas, no es tracta d’un problema purament de química, sinó d’una aplicació del càlcul de mitjanes ponderades al càlcul de l’abundància relativa de dos isòtops. Per comprendre millor l’exercici:

• Podem representar l’abundància relativa de cada isòtop en un esquema.

• Alternativament, podem representar la contribució de cada isòtop a la massa atòmica relativa.

• Hem de saber que la massa atòmica mitjana d’un element s’obté a partir de les masses dels seus isòtops i de la seva abundància relativa.

• Les dades que proporciona l’enunciat són:

– Mg-24: m = 24 u; abundància, 78,99 %

– Mg-25: m = 25 u; abundància, x?

– Mg-26: m = 26 u; abundància, y?

Abundància: 100 %

Contribució a la massa atòmica: 100 % ∙ 24,3 u

IDENTIFICA LES LLEIS QUÍMIQUES QUE INTERVENEN

• En aquest cas, es tracta més d’una relació matemàtica que química.

• Convé, per tant, plantejar les equacions que relacionen les dades de l’enunciat, i comprovar que existeix homogeneïtat en les dimensions de l’equació.

OBTÉN EL RESULTAT I ANALITZA’N LA VALIDESA

• Quan s’han decidit les equacions que relacionen les incògnites, resolem el sistema pel mètode que ens resulti més senzill; per exemple, el de substitució.

• Analitzam la validesa del resultat obtengut.

Es tracta d’un càlcul de les abundàncies de dos dels tres isòtops del magnesi.

Necessitam, per tant, un sistema d’equacions: Relació entre abundàncies: x + y + 78,99 = 100

Relació entre contribucions:

• Aïllant x de la primera equació: x = 21,01 – y

• Substituint en la segona equació: 0,25 · (21,01 – y) + 0,26 · y + 18,94 = 24,3

• S’obté: y = 10,75; x = 10,26.

• Les abundàncies del Mg-26 i Mg-25 són 10,75 % i 10,26 %, respectivament. En sumar aquestes abundàncies amb la del Mg-24, el resultat que s’obté és del 100 %, la qual cosa verifica, en principi, la validesa dels resultats obtenguts.

En aquest apartat et presentam dues eines per treballar amb models atòmics. La primera ens servirà de repàs de continguts que ja vàrem veure el curs passat, i l’altra ens ajudarà a comprendre què és un espectre

atòmic i la seva relació amb el model de Bohr. Utilitzant-les, t’adonaràs de la utilitat que tenen algunes d’aquestes aplicacions per aclarir i fixar coneixements nous.

EL CONSTRUCTOR D’ÀTOMS

Utilitzarem el constructor d’àtoms, que està disponible a la web d’Anaya. Aquesta aplicació té dues parts: Construir un àtom i Joc.

La primera part, Construir un àtom, ens mostra totes les possibilitats d’aquesta eina. Es divideix, al seu torn, en diverses parts:

• A la part esquerra tenim un esquema per construir l’àtom desitjat, basat en el model de capes d’electrons.

• A la part dreta obtenim informació de l’àtom que hem construït: la ubicació en el sistema periòdic, el símbol, la càrrega neta i el nombre màssic.

• A més, podem activar que es mostri també el seu nom, si es tracta d’un àtom o d’un ió, i si es tracta d’un nucli estable o inestable.

PRACTICAM

Activa la visualització de tota la informació de la primera part de l’aplicació (element, símbol, càrrega neta i nombre màssic), així com totes les opcions del quadre de la dreta (nom, ió/neutre, estable/inestable).

Construeix diversos àtoms lliurement. Com a primera opció, et proposam: tres protons, dos neutrons i dos electrons. Obtendràs Li 3 5+ i observaràs que es tracta d’un àtom amb nucli inestable.

Podem construir àtoms de fins a deu protons, la qual cosa limita aquesta aplicació al segon període del sistema periòdic. No obstant això, resulta molt útil per visualitzar de manera efectiva la càrrega d’ió, el nombre màssic d’un àtom i la notació que s’utilitza per donar informació sobre aquests valors.

COMPRÈN, PENSA, INVESTIGA…

1 En col·locar els electrons en el model, aquest no permet més de dos electrons a la primera capa. A què creus que es deu això?

2 Desactiva la visualització de la informació de la dreta i indica de quin àtom o ió es tracta (escrivint-ne símbol, nombres atòmic i màssic i càrrega neta):

a) 6 protons, 8 neutrons i 6 electrons.

b) 7 protons, 8 neutrons i 8 electrons.

Comprova els resultats activant la informació del costat dret de l’aplicació i escriu les configuracions electròniques dels àtoms.

3 Cerca informació sobre l’isòtop del carboni del primer apartat de l’activitat anterior i de la utilitat que té el fet que sigui inestable.

MODELS PER A L’ÀTOM D’HIDROGEN

En aquesta segona part utilitzarem una simulació de l’àtom d’hidrogen. Per a això, accedirem a la web https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/ hydrogen-atom/latest/hydrogen-atom.html?simulation=hydrogen-atom&locale=es. Haurem de descarregar-la i executar l’arxiu de l’aplicació.

Aquesta aplicació simula el comportament de l’hidrogen en fer incidir, sobre una mostra d’aquest element, llum, bé sigui blanca o monocromàtica.

La llum blanca conté tot l’interval d’energia, mentre que la llum monocromàtica només conté un interval estret d’energia.

L’energia es relaciona directament amb un paràmetre de la llum denominat longitud d’ona, un concepte que tendràs ocasió d’estudiar més endavant, en cursos superiors.

En l’experiment virtual de la simulació es mesuren els fotons, o paquets d’energia, emesos per la mostra d’hidrogen.

Aquests fotons correspondran a diferents valors d’energia, segons quin sigui el valor de la seva longitud d’ona. Per poder visualitzar aquesta emissió de fotons, haurem d’activar en la pantalla la casella Mostrar l’espectre.

En l’espectre podem observar els fotons de diferent valor d’energia que emet la mostra d’hidrogen.

Per poder comprendre què és el que passa a l’interior de l’àtom d’hidrogen i interpretar així el seu espectre atòmic, activarem l’opció Predicció de l’angle superior esquerre de la pantalla de la simulació.

PREDICCIONS SEGONS EL MODEL

Com hem indicat, per a aquest apartat hem d’utilitzar la part predictiva de la simulació. En activar-la, observarem que disposam de diversos models atòmics (bolla de billar; púding de prunes, que es refereix al model de Thomson; etc.). Per a aquest treball, utilitzarem el model atòmic de Bohr.

Si actives l’opció per mostrar els diagrames de nivells d’energia de l’electró, veuràs simultàniament l’emissió del fotó de llum que es produeix en el model de l’àtom i la transició entre nivells d’energia en els diagrames.

COMPRÈN, PENSA, INVESTIGA…

4 Utilitza el model de Bohr i selecciona l’opció de llum blanca. Activa les opcions Mostrar espectre i Mostrar diagrames d’energia. Observa el que passa quan un fotó d’energia suficient incideix sobre l’electró que orbita en el primer nivell d’energia. Descriu-ho amb tant de detall com puguis. Observa que pots accelerar el procés utilitzant la barra inferior.

5 Reinicia l’espectre que has gravat a l’activitat anterior i selecciona Llum monocromàtica. Observa i descriu el que passa quan utilitzes llum d’aquests valors de longitud d’ona: 94, 440 i 700 nm.

Reajusta l’espectre entre cada observació corresponent als diferents valors de longitud d’ona.

A continuació, respon les qüestions següents.

a) Per a quin valor de longitud d’ona es produeixen transicions electròniques entre nivells d’energia?

b) Quin dels tres valors de longitud d’ona correspon al valor d’energia més alt?

c) Tots els fotons emesos tenen la mateixa energia?

d) Quines conclusions pots extreure?

Taller de ciències

Ciència recreativa

Les petites Curie

Introducció

Marie Curie, una de les dones de ciència més reconegudes de la història, va contribuir amb una vida marcada per la seva infatigable labor científica de manera excel·lent al coneixement científic i tècnic.

El 1903, va rebre el Premi Nobel de Física juntament amb el seu home i company de feina, Pierre Curie, i Henri Becquerel, per la descoberta de la radioactivitat. El 1911, va rebre el Nobel de Química, un premi envoltat de polèmica.

La capacitat de treball i l’obstinació amb què va encarar els reptes que es va marcar en la seva vida la defineixen en l’actualitat com una gran emprenedora. En l’activitat científica, aquestes activitats són valuoses per desenvolupar tasques investigadores i, també, per aconseguir el finançament necessari per fer-ho.

A l’estiu del 1914, Marie Curie va decidir que la seva contribució a França en la Primera Guerra Mundial seria l’organització dels serveis de radiologia als hospitals de campanya.

Röntgen havia descobert els raigs X l’any 1895 i durant les dècades posteriors s’havien aplicat amb èxit en l’obtenció d’imatges que permetien localitzar fractures i, en situacions de contesa, metralla i bales, sense necessitat de manipular la ferida que aquests impactes havien causat. No obstant això, dur equips de raigs X al front era difícil, per la grandària i per la necessitat de transportar, a més a més, un generador elèctric perquè funcionassin.

Marie Curie va estendre l’ús i la sistematització dels raigs X en el front. Per a això, va cercar el finançament i les donacions de vehicles adaptats per al transport, en els quals, a més dels equips de raigs X, s’hi varen instal·lar dinamos, per obtenir corrent elèctric a partir del moviment del motor del vehicle, i una cambra obscura, per revelar les imatges obtengudes.

A més, va organitzar un centre de formació per a tècnics en radiologia, al qual varen assistir de manera voluntària unes quantes desenes de dones, pel fet que la major part de la població masculina estava en el front. La flota de les petites Curie (com es coneixien aquestes unitats mòbils de diagnòstic per raigs X) era de 20 vehicles amb 175 operàries, i la mateixa Marie Curie va realitzar més de 1 200 exàmens radiològics.

Les aportacions al coneixement científic i tècnic de Marie Curie estan extensament documentades i fins i tot s’han novel·lat i s’han duit al cine en diverses ocasions.

Et proposam que cerquis informació i que facis una infografia amb les fites científiques i personals més rellevants de la vida apassionant d’aquesta científica extraordinària, que va ser la primera dona que va rebre un premi Nobel.

Marie Curie durant la Primera Guerra Mundial en una de les petites Curie.

Imatge de raigs X de la mà d’Anna Bertha Röntgen, considerada la primera radiografia.

Treball pràctic

Procediment

Mesures de seguretat

Raigs catòdics i tubs de descàrrega

Plantejament del problema

Constatar la naturalesa elèctrica dels raigs catòdics. Observar que si els tubs de descàrrega contenen diferents gasos, emetran llum de colors diferents.

Material

• Tubs de descàrrega • Tub de raigs catòdics • Imant • Rodet de Ruhmkorff • Font d’alimentació de corrent continu.

El rodet de Ruhmkorff és un transformador elèctric que permet obtenir voltatges elevats. Per això, mentre estigui en funcionament, no s’ha de tocar.

Experiència 1. Naturalesa dels raigs catòdics

• Connectar el tub de raigs catòdics al rodet de Ruhmkorff, i aquest, a una font d’alimentació contínua de voltatge adequat.

• Connectar els elèctrodes secundaris del tub de raigs catòdics a una altra font d’alimentació, de manera que generem una diferència de potencial de forma transversal a la direcció dels raigs catòdics. Anotar el que passa.

• Desconnectar els elèctrodes secundaris i acostar un imant al tub de raigs catòdics. Anotar el que passa en fer aquest canvi.

EXTREU CONCLUSIONS

1 Full giratori en grup. En connectar els borns secundaris del tub de raigs catòdics, es produeix una diferència de potencial.

a) En quin altre context has utilitzat la magnitud «diferencia de potencial»? Com es relaciona amb la intensitat de corrent que recorre un conductor?

b) A partir del que has observat i dels coneixements que has utilitzat per respondre la pregunta anterior, quina conclusió obtens sobre la naturalesa dels raigs catòdics?

2 CiR. Com ja sabem, al voltant de tot imant hi un camp magnètic i, a més, els camps magnètics i els corrents elèctrics interaccionen. A partir d’aquesta idea, explica el que ha passat en acostar l’imant al tub de raigs catòdics.

Tub de raigs catòdics o de Thomson.

Experiència 2. Tubs de descàrrega

Connectar els diferents tubs de descàrrega de manera successiva als borns del rodet de Ruhmkorff, i aquest, a una font d’alimentació contínua.

Observar la llum emesa per cada tub de descàrrega.

3 Repassa les idees fonamentals del model atòmic de Bohr i respon les qüestions següents.

a) Què és un àtom en estat excitat?

b) Com creus que estan els àtoms dels gasos tancats en tubs de descàrrega en sotmetre’ls al voltatge del rodet de Ruhmkorff?

c) Per què cada gas emet una llum de color diferent?

Tub de descàrrega amb heli connectat al rodet de Ruhmkorff.

Per acabar

COMPRÈN

Organitza les idees Mapa conceptual sistèmic

1 Explica amb un dibuix el model nuclear de l’àtom i la transició d’un electró d’un nivell d’energia a un altre.

els se situen en són de 4 tipus electrons B Model A Segons el

Tipus s

Tipus p Tipus f

Recorda que disposes de les solucions de totes les activitats numèriques a anayaeducacion.es.

Els primers models atòmics

1 Explica com va arribar Thomson a la conclusió que els electrons tenen càrrega elèctrica i que aquesta és negativa.

2 Explica com es va arribar a la conclusió que els electrons eren partícules constituents de la matèria, presents en tots els àtoms.

3 Representa gràficament el model atòmic de Thomson.

4 Quina de les representacions següents de l’àtom correspon al model atòmic de Rutherford? Argumenta la resposta.

2 Completa l’esquema conceptual inferior, amb els continguts de la unitat, a més dels assenyalats amb A, B, C, D, E i F.

en els quals es pot albergar un nombre total d’electrons igual a

5 Explica per què en els experiments que varen donar com a resultat la descoberta de l’electró no es va produir la transmutació d’un element químic en un altre, mentre que en els que varen conduir a la descoberta del protó sí.

6 En l’experiment de Millikan, va resultar fonamental que les gotes d’oli presentaren càrrega negativa. Per a això, es va utilitzar una radiació ionitzant. Explica, recordant el que saps de cursos anteriors o cercant informació, què significa ionitzant

7 Quin és el menor valor possible de càrrega elèctrica que es pot aïllar? Expressa-ho en un submúltiple adequat del coulomb.

8 Indica si les afirmacions següents són vertaderes o falses i explica per què.

a) La formació d’ions només es pot explicar amb el model atòmic de Rutherford.

b) Qualsevol model atòmic explica qualsevol fenomen relacionat amb els àtoms.

c) En el model atòmic de Thomson no es contempla que l’àtom tengui càrrega positiva.

d) La radiació alfa, igual que els electrons, està carregada elèctricament amb càrrega positiva.

9 Elabora una línia temporal en què apareguin les descobertes de les partícules subatòmiques i les seves característiques més rellevants.

10 Són totes les partícules subatòmiques elementals? Raona la resposta.

11 Indica quin és l’inconvenient principal del model atòmic de Rutherford i quina n’és la major aportació al coneixement de l’àtom.

12 Indica què representa aquesta figura en relació amb el model atòmic de Rutherford.

17 El mirall. Explica les diferències entre el model atòmic de Rutherford i el de Bohr. Utilitza les paraules següents: òrbites, energia, continu, estacionàries

18 Què significa que un àtom es trobi en estat fonamental? Emetria energia en aquest estat? Raona la resposta.

El model quàntic de l’àtom

19 Respon breument aquestes preguntes.

a) Anomena els tipus d’orbitals que coneixes.

b) Quants d’orbitals diferents es poden trobar en el nivell n = 3?

c) Quants d’electrons pot albergar un orbital?

d) Quants d’electrons es poden trobar en el nivell n = 2? En quins orbitals està cada un?

20 Indica si les afirmacions següents són vertaderes o falses i corregeix les que siguin falses.

a) Un orbital descriu la trajectòria d’un electró amb precisió.

Els espectres atòmics i el model atòmic de Bohr

13 Ho comprovam. Explica quina és la diferència entre un espectre continu, com l’arc de Sant Martí, i un espectre de línies, com els espectres atòmics.

14 Explica què significa l’oració següent: «L’energia en l’àtom està quantitzada».

15 CTF. Si sobre un àtom en estat fonamental incideix energia de valor superior al necessari per realitzar la primera transició electrònica, es produirà la transició entre aquestes dues òrbites? Explica la resposta.

16 Indica si les afirmacions següents sobre el model atòmic de Bohr són vertaderes o falses, raonant les respostes.

a) L’electró descriu un moviment orbital al voltant del nucli.

b) En el seu moviment orbital al voltant del nucli l’electró emet energia.

c) En passar d’una òrbita a una altra més allunyada del nucli, l’electró sempre emet energia.

d) Perquè un àtom es trobi en estat excitat ha d’haver absorbit prèviament almenys una determinada quantitat d’energia.

b) A cada orbital es poden trobar com a màxim quatre electrons.

c) Existeixen tres orbitals del tipus p i nou del tipus f.

d) Si un àtom en estat fonamental té el nivell 2 ple, té deu electrons.

21 Indica què està malament en aquests diagrames de caixes.

a) ↑ ↓ Orbital 2 s

b) ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ Orbitals 1 p

c) ↑ ↓ ↑ ↓ Orbitals 2 p

22 Corregeix, si fos necessari, les configuracions electròniques següents. a)

23 Escriu la configuració electrònica dels elements químics següents: bor (Z = 5); alumini (Z = 13); oxigen (Z = 8); silici (Z = 14).

24 Dibuixa un diagrama de caixes per representar els electrons de valència del magnesi, el sodi, el fòsfor i el clor.

Per acabar

25 Indica quants d’electrons de valència tenen el liti, el sodi, el potassi i el rubidi. Per a això, escriu-ne la configuració electrònica, completant la taula.

Element Z Configuració electrònica

Nre. d’electrons de valència Li 3

Rb 37

26 Indica si aquestes afirmacions són vertaderes o falses, i corregeix les que siguin falses.

a) Un electró situat en un orbital 2 px té menys energia que un situat en un 2 pz

b) L’ompliment dels orbitals 5 d es produeix quan s’ha completat l’ompliment dels orbitals 4 f.

c) L’energia dels orbitals del tipus s és sempre la menor dins d’un nivell principal d’energia.

d) En el nivell n = 4 hi ha tres tipus d’orbitals diferents.

27 El procés de formació d’ions passa pel guany o per la pèrdua d’electrons. A partir de la configuració electrònica dels ions següents, indica quina càrrega elèctrica tendran. En cada cas, després de la configuració electrònica de cada ió s’ha indicat l’element químic al qual correspon.

a) 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 ; Z (Ca) = 20.

b) 1 s 2 2 s 2 2 p 6 ; Z (Na) = 11.

c) 1 s 2 2 s 2 2 p 6 ; Z (Al) = 13.

d) 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 ; Z (Cl) = 17.

28 1-2-4. A partir dels resultats de l’activitat anterior, indica si és possible identificar l’element químic al qual pertany un ió per la seva configuració electrònica.

29 Indica quin, o quins, dels diagrames de caixes següents correspon a un estat excitat.

El sistema periòdic i les propietats periòdiques

30 Escriu la configuració electrònica dels electrons de valència dels elements del grup 16, sabent que el nombre atòmic de l’oxigen, O, és Z = 8.

31 Elabora un esquema del sistema periòdic, en el qual indiquis la relació entre els diferents grups d’elements i el nombre d’electrons de valència de cada grup.

32 Les 6 w. Indica quina relació existeix entre el nombre d’elements de cada període del sistema periòdic i el nombre d’electrons que poden albergar els diferents tipus d’orbitals.

33 Elabora una taula indicant el període al qual pertany cada gas noble, el seu símbol i la seva configuració electrònica. Quin és el grup del sistema periòdic al qual pertanyen els gasos nobles?

34 Corregeix aquestes configuracions electròniques acurtades.

a) [Cs] = [Kr] 6 s 1

b) [Cr] = [Ar] 4 s 2 4 d4

c) [Sr] = [Kr] 4 s 2

d) [Pb] = [Xe] 6 s 2 6 p 2

35 Escriu la configuració electrònica escurçada d’aquests elements químics amb aquesta informació.

a) Element del grup 15, quart període.

b) Element del grup 8, quart període.

c) Segon element del grup 13.

d) Quart element del grup 2.

36 Donades les configuracions electròniques següents, indica el grup i el període al qual pertany l’element químic, la capa de valència i el nombre d’electrons de valència.

a) 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 4 s 2 3 d10 4 p 5

b) [Ar] 4 s 2 3 d 2

c) 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 4 s 2 3 d10 4 p 6 5 s 2 4 d10 5 p 6 6 s 1 d) [Rn] 5 s 1

37 Indica la configuració electrònica acurtada dels elements ombrejats en el sistema periòdic.

38 Sumam. Escriu la configuració electrònica acurtada dels elements del grup 17. Què tenen en comú? Quin altre nom rep aquest grup?

39 Escriu les configuracions electròniques d’aquests ions i indica quin gas noble té la mateixa configuració que cada un: Mg2+, K+, O2– i F–

40 Ordena aquests elements de menor a major afinitat electrònica: magnesi, silici, sodi, sofre, alumini, clor i fòsfor. Indica quin tendrà més tendència a formar anions i quin cations.

41 Tenim dos elements químics, un amb més energia d’ionització que l’altre:

a) Quin formarà cations amb més facilitat?

b) Quin tendrà una major afinitat electrònica?

42 Ordena els metalls alcalins de menor a major energia d’ionització.

43 Taula rodona. Exceptuant els gasos nobles, quin element té més afinitat electrònica i més energia d’ionització? Per què?

44 Ordena de menor a major afinitat electrònica els elements amb aquestes configuracions electròniques:

Química quotidiana: de què està fet l’univers?

Els materials que podem trobar a la Terra, a la Lluna, a la resta de planetes del sistema solar, al Sol, a les estrelles... són els mateixos.

Coneixem la composició de la Lluna, perquè el 1969 l’ésser humà hi va arribar, i es varen dur mostres de roques i de pols que s’analitzaren a la Terra. També sabem de què estan fets Mart i Venus, perquè hi han arribat sondes espacials; i l’anàlisi d’asteroides caiguts a la Terra també ens ha proporcionat una informació valuosa sobre la composició dels planetes.

No obstant això, l’ésser humà no ha pogut enviar cap nau tripulada més enllà de la Lluna, ni cap sonda espacial més enfora que la Voyager; llavors, com sabem que al Sol no hi ha cap material diferent dels que podem trobar a la Terra?

La resposta està en part dels continguts d’aquesta unitat. Els espectres atòmics són l’«empremta dactilar» de cada element químic, i ens permeten diferenciar els uns dels altres sense ambigüitat.

SITUACIÓ D’APRENENTATGE

REFLEXIONA

En aquesta primera unitat has posat les bases de tot el projecte sobre el qual s’ha de construir el producte final: una línia del temps. Per això, és molt important que ens aturem a reflexionar un poc sobre tot el que s’ha fet per assegurar-nos que tenim unes bones bases. Per fer la reflexió, descàrrega el qüestionari i la rúbrica corresponents a anayaeducacion.es

Comprenc els diferents models atòmics i com es va arribar a

POSA A PROVA LES TEVES COMPETÈNCIES

Fes l’autoavaluació competencial inclosa a anayaeducacion.es

Així, cada element químic concret genera unes línies espectrals, que, com hem estudiat, estan relacionades amb la constitució dels seus àtoms.

Gràcies a l’espectroscòpia i amb el model de Bohr, es va començar a entendre l’àtom, fet que ens ha permès conèixer millor l’univers.

A la web

• Cerca a Internet què és un espectroscopi i per a què s’utilitza.

• Fixa’t en el muntatge següent i cerca informació per explicar-lo, tenint en compte que la font emissora de llum és un llum d’hidrogen.

Aspectes Totalment aconseguit Bastant aconseguit Aconseguit Gairebé aconseguit

cada un.

© GRUPO ANAYA, S.A., 2023 - C/ Valentín Beato, nº 21 - 28037 Madrid.

Reservados todos los derechos. El contenido de esta obra está protegido por la Ley, que establece penas de prisión y/o multas, además de las correspondientes indemnizaciones por daños y perjuicios, para quienes reprodujeren, plagiaren, distribuyeren o comunicaren públicamente, en todo o en parte, una obra literaria, artística o científica, o su transformación, interpretación o ejecución artística fijada en cualquier tipo de soporte o comunicada a través de cualquier medio, sin la preceptiva autorización.