Operación Mundo: Física y Química 3 ESO Galicia (demo)

LICENCIA 12 MESES muestra

INCLUYE PROYECTO DIGITAL

ESO

FÍSICA Y QUÍMICA Operaciónmundo

J.M. Vílchez González, A.M.a Morales Cas, G.Villalobos Galdeano

Índice Los saberes básicos del curso

La utilidad de conocimiento científico

1. ¿Qué es la ciencia?

2. La física y la química

3. Magnitudes físicas. Unidades y medida

4. Instrumentos de medida. Errores

5. Múltiplos y submúltiplos

6. El lenguaje de la ciencia

7. Material de laboratorio. Normas de seguridad

Vivir sin Internet

1. Primeras ideas sobre el átomo

2. De la naturaleza eléctrica de la materia al primer modelo atómico

3. De la radiactividad al modelo nuclear del átomo

4. El núcleo del átomo

5. Clasificación de los elementos químicos

6. La corteza del átomo

7. Aplicaciones de los isótopos radiactivos

Proyecto de investigación Los residuos radiactivos

Trabajo práctico

Química de fuegos artificiales

Comprende, reflexiona y pon a prueba tus competencias

2 Las sustancias químicas 52

Producción y procesado de productos agrícolas

1. Sustancias simples y compuestas

2. Los átomos se unen

3. Enlace químico

4. Moléculas y cristales

5. Fórmulas químicas

6. Aplicaciones industriales biomédicas y tecnológicas

Proyecto de investigación

Fertilizantes y explosivos

Trabajo práctico

Sustancias simples y compuestos

Comprende, reflexiona y pon a prueba tus competencias

Apéndice

Formulación y nomenclatura química

3 Reacciones químicas 86

Estudio de las transformaciones

1. Cambios en la composición de las sustancias

2. Teoría atómica de las reacciones químicas

3. Ecuaciones químicas

4. Leyes ponderales y ecuaciones químicas

5. Cantidad de sustancia

6. Química, medioambiente y sociedad

investigación

4 C

1. Carga eléctrica

2. Corriente eléctrica

3. Circuito eléctrico

4. Ley de Ohm

5. Leyes de Kirchhoff

6. Dispositivos eléctricos

7. Electrónica

5

investigación

1. Uso racional de la energía

2. Centrales eléctricas

3. Transporte y distribución de energía eléctrica

4. Energía y potencia eléctricas

5. Energía eléctrica en las viviendas

LA DIFUSIÓN DE LA CIENCIA

La ciencia se construye a través del método científico. Una de las etapas de dicho método es la difusión de los resultados de la investigación y las conclusiones obtenidas. Por tanto, la ciencia, en general, y la física y la química, en particular, crecen gracias a su difusión a través de las revistas científicas, lo que permite compartir esos conocimientos tanto con el resto de las personas dedicadas a su estudio y desarrollo como con cualquier persona interesada en aprender dichas materias.

Hoy en día es muy común acudir a Internet como fuente de información sobre hechos científicos y, cada día más, esa trasmisión del conocimiento hacia el público en general no se da mediante un texto escrito sino en un formato audiovisual. Así, en las distintas redes, podemos encontrar gran cantidad de vídeos sobre divulgación científica; pero hay que tener cuidado, no toda la información que encontramos es precisa ni fiable.

SECUENCIA DE APRENDIZAJE

Busca vídeos de YouTube sobre las distintas teorías atómicas.

Unidad 1

Compara y analiza el contenido de los distintos vídeos.

Establece un modelo de buenas prácticas para hacer vídeos de divulgación.

Crea un vídeo explicando cómo los elementos pueden conseguir configuración de gas noble.

Unidad 2

Elabora un vídeo que explique los distintos tipos de enlaces.

ME CONVIERTO EN INFLUENCER

Te proponemos aprender a ser una buena divulgadora o divulgador científico en las redes y crear tu propio canal de YouTube en el que difundir distintos vídeos sobre hechos científicos o la realización de experimentos de elaboración propia sobre la materia estudiada en las unidades siguientes.

En YouTube se puede encontrar mucha y variada información sobre ciencia. La hay que tiene gran calidad; otra no es realmente científica, sino que trasmite bulos y falacias, y también existe aquella de la que simplemente desconocemos su fiabilidad.

Debido a esto, con la primera unidad de este bloque aprenderemos a distinguir la información veraz y contrastada de la que no lo es y estableceremos un protocolo de buenas prácticas.

En la unidad siguiente crearemos un canal de YouTube propio (en principio, de acceso limitado), e incorporaremos algunos vídeos de divulgación sobre contenidos de la unidad o curiosidades relacionadas con ellos. Se harán mediante una presentación que explicará dichos contenidos, con una música de fondo o una voz explicativa incluyendo información sobre las fuentes consultadas, respetando las autorías de las imágenes utilizadas y aplicando todas las normas que hemos aprendido en la primera unidad.

Finalmente, grabaremos pequeños experimentos sencillos, editaremos los vídeos y los subiremos como ejemplos de los distintos conceptos que vamos a ir viendo a lo largo de la unidad, siguiendo también las pautas de buen uso antes comentadas.

Explica en un vídeo cómo se calcula la masa molecular de un compuesto de interés industrial.

Graba un vídeo sobre un experimento sencillo.

Unidad 3

Muestra en vídeo la ley de conservación de la masa.

Explica en un vídeo la importancia de una reacción química en un problema medioambiental.

1 El átomo

VIVIR SIN INTERNET

Los grandes avances en el conocimiento y la comprensión de las leyes que rigen los fenómenos naturales son el resultado de un proceso complejo de integración de datos y observaciones interpretados a la luz de teorías científicas.

El marco en el que estas teorías se desarrollan va evolucionando a lo largo de la historia como resultado de la necesidad de explicar nuevos datos, o bien por un cambio de paradigma científico.

Un paradigma científico es el conjunto de prácticas, leyes y teorías que constituyen la base del conocimiento.

La teoría atómica de Dalton supuso un cambio de paradigma que propició que el conocimiento se desarrollara de forma diferente a lo que hubiera sido sin esta teoría. El saber científico acerca de la materia y la energía aumentó a un ritmo exponencial a lo largo del siglo  xx y comienzos del siglo xxi, y sus aplicaciones han propiciado grandes avances sociales, médicos y tecnológicos. Entre estos últimos, destaca la invención de Internet, tecnología que ha redefinido las relaciones sociales en todos los ámbitos: el personal, el empresarial, la educación, la investigación, el financiero y un largo etcétera. ¿Podrías vivir sin Internet?

COMPROMISO ODS

Responded en grupo a las siguientes cuestiones:

1. Consultad la información relativa a la meta 9.3 de los ODS, sobre el acceso a las tecnologías de la información y las comunicaciones. ¿Qué porcentaje de la población mundial no tiene acceso a Internet? ¿Creéis que sería posible, con la infraestructura actual, que el conjunto de la población mundial tuviera acceso a Internet? Plantead posibles soluciones a esta situación.

2. ¿Quién, cómo y por qué inventó Internet? Para responder a esta pregunta, formad grupos y repartíos las siguientes tareas:

• Buscad información sobre el físico británico Tim Berners-Lee y su actividad investigadora en el CERN.

• Investigad sobre el significado de «www».

• ¿Cuál era la finalidad de la red ARPANET?

• Redactad un párrafo en el que reflexionéis sobre la incidencia de la actividad investigadora en la sociedad.

¿Qué vas a descubrir?

En esta unidad

Vivir sin Internet

1. Primeras ideas sobre el átomo

2. De la naturaleza eléctrica de la materia al primer modelo atómico.

3. De la radiactividad al modelo nuclear del átomo

4. El núcleo del átomo

5. La corteza del átomo

6. Radiactividad

Taller de ciencias

Proyecto de investigación: Los residuos radiactivos

Trabajo práctico: Química de fuegos artificiales

En anayaeducacion.es

Para motivarte:

• Vídeo: «Antes de empezar».

Para detección previa de ideas:

• Actividad interactiva: Autoevaluación inicial.

• Presentación: «Qué necesitas saber».

Para estudiar:

• Presentaciones: «Estructura del átomo», «Configuraciones electrónicas de distintos elementos» y «Para estudiar».

• Actividad interactiva: «La tabla periódica» y «Leyes fundamentales de la química».

• Simulaciones: «Construye un átomo», «Isótopos y masa atómica» y «Dispersión de Rutherford».

Para evaluarte:

• Actividad interactiva: Autoevaluación final.

• Soluciones de las actividades numéricas.

Y, además, toda la documentación necesaria para aplicar las claves del proyecto.

SECUENCIA DE APRENDIZAJE

BUSCA VÍDEOS EN YOUTUBE.

Localiza y visualiza vídeos de YouTube sobre las distintas teorías atómicas.

Es muy posible que si pones en el buscador las palabras «modelos atómicos» o «teorías atómicas» te salgan demasiados resultados. Puedes filtrarlos para seleccionar los vídeos atendiendo a su duración, su relevancia, etc.

COMPARA Y ANALIZA.

2.1 Identifica los vídeos en los que la información es veraz y contrástala con los conocimientos que estás adquiriendo sobre los modelos atómicos.

2.2 Fíjate también en las diferentes técnicas que utilizan para transmitir la información: hay vídeos que son presentados por medio de ilustraciones, pero en otros es una persona la que relata la información, en combinación con elementos digitales de diferente grado de complejidad. Aspectos positivos a destacar son la presencia de una carátula, la inclusión de música, etc. Entre los aspectos negativos están una vocalización poco clara, velocidad de discurso demasiado lenta, etc.

2.3 Otro aspecto importante a considerar es si los vídeos citan sus fuentes de información, que a su vez deben ser fiables para que la información que transmiten sea de calidad. Es muy importante respetar la ley de propiedad intelectual, para lo cual es fundamental conocer las distintas licencias de uso que existen y aplicarlas rigurosamente. Esta parte del análisis se realiza sobre la descripción de cada vídeo.

ESTABLECE UN MODELO DE BUENAS PRÁCTICAS.

Basándote en el análisis que has realizado, haz un listado de los requisitos que debe cumplir un vídeo de divulgación científica de calidad y que te sirva de guía en el momento de crear, más adelante, tus propios vídeos.

+ orientaciones en anayaeducacion.es

Observa y deduce la reacción

¿Qué reacción química puede estar teniendo lugar en la imagen de la izquierda? Indica el nombre de los reactivos y de los productos, así como su estado de agregación.

Las leyes ponderales

1 B C

1.1 Pensadores naturalistas

La primigenia idea del átomo data del año 400 a. C., cuando Leucipo y Demócrito, pensadores naturalistas de la antigua Grecia, buscaban una explicación acerca del principio de todas las cosas: el arché Postularon la teoría atomista, cuya idea principal es que todo está formado por diminutos corpúsculos que ya no se pueden dividir más, a los que llamaron átomos (del griego a-, ‘sin’, y tómos, ‘cortar, dividir’). Según la teoría atomista, en la naturaleza solo existen átomos (el «ser») y vacío (el «no ser»). Sus ideas fueron referente para pensadores y científicos posteriores: Aristóteles, Epicuro, Giordano Bruno y John Dalton, entre otros.

1.2 Los primeros químicos

Las primeras investigaciones químicas, investigaciones basadas en la experimentación, versaron sobre la naturaleza de las sustancias y los cambios químicos. Destacamos las siguientes:

• En 1661, R. Boyle, en su obra El químico escéptico, clasificó las sustancias en dos categorías: las que pueden descomponerse en otras diferentes, llamadas compuestos, y las que no, denominadas elementos.

• En 1789, A. Lavoisier publicó la ley de la conservación de la masa, indicando que en una reacción química la materia se transforma, pero no se crea ni se destruye.

• Entre 1794 y 1804, J. L. Proust concluyó que la proporción en masa de dos elementos que forman un compuesto es siempre la misma. Esta afirmación se conoce como ley de las proporciones definidas.

• En 1803, J. Dalton enunció la ley de las proporciones múltiples, que extrae conclusiones sobre compuestos diferentes formados por los mismos elementos.

Estas tres últimas son conocidas como las leyes ponderales. Puedes practicarlas con la actividad interactiva «Leyes fundamentales de la química» disponible en anayaeducacion.es

Conservación de la masa Proporciones definidas 10 g de Cu 10 g de Cu

D mA + mB = mC + mD

Cuando ocurre una reacción química, la suma de las masas de las sustancias que reaccionan es igual a la suma de las masas producto de la reacción.

10 g de Cu 10 g de S 10 g de S

8 8 8

+ + +  +

5,04 g de S 4,96 g de S

15,04 g de CuS

20 g de CuS 15,04 g de CuS

Los átomos de dos o más elementos químicos se combinan siempre en una proporción constante para dar el mismo compuesto.

1.3 La teoría atómica de Dalton

A partir de los resultados expuestos en la página anterior, y de una vasta investigación realizada por él mismo, en el año 1808, el científico inglés J. Dalton publicó su obra Un nuevo sistema de filosofía química, en la que exponía las bases en las que se sustentaba su teoría atómica:

• Los bloques básicos de la materia son partículas indivisibles, llamadas átomos.

• Los átomos del mismo elemento químico son idénticos en masa y propiedades, y diferentes de los de otro elemento químico.

• Los compuestos están formados por átomos de elementos químicos diferentes en una proporción numérica sencilla.

• En una reacción química ocurre una reordenación de los átomos para dar lugar a sustancias diferentes, pero los átomos ni se crean ni se destruyen.

En esta obra, Dalton propuso una simbología para los átomos de algunos elementos y para los compuestos formados por ellos. Además, estableció las masas atómicas tomando como referencia el elemento más ligero, el hidrógeno, al que asignó el valor de 1, como se muestra en la imagen de la derecha.

Posteriormente, en 1815, W. Prout planteó la hipótesis de que toda materia estaba formada a partir de hidrógeno; por tanto, las masas atómicas de los elementos serían múltiplos de la masa del hidrógeno.

Naturaleza de las sustancias

Sustancias simples

Las sustancias simples, llamadas elementos por R. Boyle, están formadas por átomos del mismo elemento químico.

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA…

1 Cabezas pensantes. En cada fila de esta tabla se recogen los resultados de la reacción entre el cloro y el sodio para formar cloruro de sodio.

Los elementos químicos

Para representar los elementos químicos, Dalton utilizó un sistema de símbolos circulares combinado con otros símbolos o letras.

Aunque al principio su teoría atómica no fue aceptada por el conjunto de la comunidad científica, hacia mediados del siglo  xix nadie ponía en duda la discontinuidad de la materia, es decir la existencia de los átomos.

Los compuestos son las sustancias formadas por átomos de diferentes elementos.

a) Comprueba, a partir de estos resultados, que se cumple la ley de la conservación de la masa.

b) A partir de las tres primeras filas de la tabla, establece la proporción en la que se combinan el cloro y el sodio para formar el cloruro de sodio. ¿Qué ley empírica estás comprobando? Comprueba que se cumple también en las dos últimas filas.

c) Indica qué sustancias de la tabla son compuestos, de acuerdo con la teoría atómica de Dalton, y cuáles están formadas por átomos del mismo elemento.

2 Organizador gráfico. Haz un esquema con las ideas de la teoría atómica de Dalton.

Razona como un científico

En la figura hemos representado el rayo para visualizar su trayectoria, pero ¿sería posible verlo en la realidad? ¿Por qué? ¿Qué parte del tubo permitió a Thomson observar los fenómenos que sucedían en el tubo?

Los tubos de rayos catódicos

A finales del siglo  xix se conocían cuáles eran los fenómenos que producían la electricidad, pero no se sabía qué era la electricidad en sí misma. Se utilizaba la electricidad en las bombillas de filamento incandescente, los motores eléctricos, los tranvías, etc.; sin embargo, nada se podía exponer sobre la causa de este fenómeno.

2.1 Naturaleza eléctrica de la materia

El conocimiento científico acerca de los fenómenos eléctricos se inició a finales del siglo  xix, cuando un grupo de científicos, entre los que destacan W. Crookes y J. J. Thomson, experimentando con tubos de rayos catódicos, demostraron la naturaleza eléctrica de la materia.

Los tubos de rayos catódicos son ampollas de vidrio, en las que se ha hecho el vacío, con dos discos metálicos en su interior y una pantalla fosforescente en el extremo cercano al ánodo. Al aplicar una diferencia de potencial entre los discos, aparece una radiación en el interior del tubo a la que se denomina rayo catódico.

Se observaron estos fenómenos:

• Al introducir un objeto en el tubo, se observa una sombra en la pantalla. Por tanto, los rayos provienen del cátodo y tienen naturaleza corpuscular; son partículas con masa.

• Los rayos catódicos se desvían hacia una placa con carga positiva; por tanto, tienen carga eléctrica negativa.

A partir de las conclusiones de estos y de otros experimentos, Thomson determinó, en 1897, que la naturaleza de los rayos catódicos no era la de una radiación, sino que se trataba de partículas con carga eléctrica negativa que formaban parte del átomo (partículas subatómicas), ya que:

• Su masa era mucho menor que la masa del hidrógeno, el átomo de menor masa.

• Se trataba de la misma partícula independientemente del gas que se introducía en el tubo. Su relación carga/masa (q/m) era 1,76 · 1011 C/kg.

La causa de los fenómenos eléctricos radica en el intercambio de estas partículas que fueron denominadas electrones.

Ánodo Placa cargada positivamente

Rayos catódicos

Dentro del tubo hay pocas moléculas de gas. La gran diferencia de potencial provoca que algunos electrones salgan de los átomos y se aceleren.

Gracias a la superposición del efecto del imán y de las placas cargadas, J. J. Thomson logró medir la relación carga/masa del electrón.

De la naturaleza eléctrica de la materia al primer modelo atómico

2.2 Modelo atómico de Thomson

A partir del descubrimiento del electrón, en 1897, la idea que se tenía del átomo, propuesta por J. Dalton, cambió, pues se constató que una parte constituyente del átomo eran los electrones.

En 1904, en su obra Electricidad y materia, J. J. Thomson expuso un nuevo modelo para el átomo. Este modelo es conocido como el «bollo con pasas».

Según el modelo de Thomson, el átomo está constituido por una esfera de electrización uniforme positiva, en la cual están incrustados los electrones, de carga negativa. Los átomos son neutros, su carga neta es cero.

Como todos los modelos científicos, el modelo de Thomson para el átomo sirve para explicar algunos fenómenos observados, pero otros no.

• La electrización es un fenómeno que se puede explicar con el modelo atómico de Thomson. Un cuerpo adquiere carga negativa si tiene un exceso de electrones, y positiva si ha perdido electrones.

• La formación de iones se explica con el modelo de Thomson. Si un átomo pierde electrones forma un catión, y un anión, si los gana. El avance científico se basa, en gran medida, en ir dando explicación a los nuevos fenómenos observados, partiendo del conocimiento que ya se tiene. Como veremos en el siguiente epígrafe, los fenómenos radiactivos no podían ser explicados por el modelo de Thomson.

Un ion se forma a partir de un átomo que gana o pierde carga negativa, mediante el intercambio de la unidad de carga: el electrón. Los iones con carga negativa se denominan aniones, y los que tienen carga positiva, cationes.

Carga positiva uniformemente distribuida

Electrones con carga negativa incrustados en el átomo

Según el modelo atómico de Thomson, la carga negativa reside en unos corpúsculos denominados electrones; estos electrones son la unidad de carga de la materia

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA…

3 A la vista de la relación carga/masa del electrón, ¿qué conclusión podemos extraer acerca de los valores relativos de ambas magnitudes? En 1910, R. A. Millikan midió experimentalmente la carga del electrón, 1,6 · 10–19 C. Calcula la masa del electrón.

Además, esta es la parte del átomo que puede intercambiarse entre unos átomos y otros dando lugar a iones y explicando así los fenómenos de electrización.

4 Hacia 1750, B. Franklin propuso que la electricidad era un fluido. Busca información sobre las características de este fluido y los experimentos que llevó a cabo en sus investigaciones. ¿Cómo cambia esta visión del fenómeno eléctrico a partir del descubrimiento del electrón?

Electrón intercambiado

Formación de un catión

Formación de un anión

Modelo atómico de Thomson

Infórmate sobre los detectores de partículas

Según afirmó el propio Rutherford, el experimento de bombardeo con partículas a es un prometedor método para investigar la estructura de la materia.

Durante el resto del siglo  xx y hasta nuestros días se han construido poderosas máquinas con refinados detectores para estudiar la materia. Investiga sobre ello y sobre las aplicaciones médicas de los detectores de partículas.

3.1 El descubrimiento de la radiactividad

En 1896, H. Becquerel descubrió que ciertas sales de uranio presentaban una fosforescencia inusual. Este fenómeno consiste en la emisión de una radiación verdosa por parte de ciertos minerales después de haber sido expuestos a la radiación solar; esta emisión persiste aun cuando se deja de iluminar el mineral. Pero el fenómeno que observó Becquerel era inusual porque las sales de uranio no son fosforescentes.

Dos años después, Pierre y Marie Curie verificaron que ese nuevo fenómeno estaba presente en muestras de otros elementos químicos, y gracias a esta característica, a la que denominaron radiactividad, descubrieron dos elementos nuevos: el polonio y el radio. Concluyeron que los rayos emitidos provenían de los átomos, pero para poder explicar su naturaleza era necesario avanzar en el conocimiento del átomo.

3.2 Tipos de emisiones radiactivas

Existen tres tipos de emisiones radiactivas: la radiación alfa (a), la radiación beta (b) y los rayos gamma (g).

La descripción de las características de la radiactividad y de la interacción de este nuevo fenómeno con la materia era el tema de investigación de E. Rutherford. En 1899, estableció que la radiación  a tenía poco poder de penetración en la materia y carga eléctrica positiva, a diferencia de la radiación b que tenía mayor poder de penetración y carga negativa. Posteriormente se descubrió que los rayos  g no tienen carga eléctrica pero sí un gran poder de penetración.

Entre 1902 y 1903, E. Rutherford y F. Soddy llegaron a la conclusión de que la radiactividad es la desintegración espontánea de átomos de gran masa.

En 1909, los colaboradores de Rutherford, H. Geiger y E. Marsden, publicaron los sorprendentes resultados del experimento de bombardeo de oro con radiación alfa (imagen inferior).

pocas rebotan

Algunas se desvían

Geiger y Marsden observaron que la mayoría de las partículas  a atravesaban la fina lámina de oro sin desviarse apenas (1), unas pocas se desviaban ángulos inferiores a 90° (2) y un pequeño número de ellas lo hacían en un ángulo superior al ángulo recto (3).

La explicación de los resultados de estos experimentos llevó a Rutherford a proponer un nuevo modelo para el átomo.

La mayoría no se desvían

3.3 Modelo atómico de Rutherford

Para explicar los resultados de los experimentos de bombardeo con partículas alfa, en 1911 E. Rutherford propuso un nuevo modelo para el átomo:

• La carga positiva no se encuentra uniformemente distribuida por todo el átomo, sino que se halla concentrada en un espacio minúsculo denominado núcleo, donde está la mayoría de la masa del átomo.

• Los electrones, de carga negativa, orbitan alrededor del núcleo. La carga total de los electrones es igual a la carga del núcleo.

Explicación del experimento

Consulta en anayaeducacion.es una simulación sobre este experimento.

El aporte principal del modelo de Rutherford es que la materia está fundamentalmente vacía.

Núcleo cargado positivamente

Electrones cargados negativamente

Partículas a

La mayoría de las partículas a atravesaban la lámina de oro sin alterar su trayectoria, puesto que la mayor parte del átomo está vacía. Las partículas alfa que pasaban cerca del núcleo (trayectorias representadas en color azul) se desviaban poco. Las partículas alfa que pasaban muy cerca del núcleo (trayectorias de color verde) eran repelidas por este (al tener ambos carga positiva) y se desviaban ángulos mayores de 90°.

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA…

5 Uno de los descubrimientos que surgió a partir de la experimentación con tubos de rayos catódicos se debió a las conclusiones de un científico alemán, y a la imagen de la mano de su esposa. Este descubrimiento se usa de forma habitual en medicina. Investiga sobre ello y escribe un párrafo para explicarlo.

6 El mayor problema del modelo de Rutherford era la inestabilidad del electrón, ilustrada en la imagen de la derecha. Explica con tus propias palabras este problema y realiza una infografía con las ideas principales del modelo de Rutherford y su limitación.

7 Busca alguna analogía que sirva para ilustrar la relación entre el tamaño del núcleo y el volumen total del átomo.

En la publicación científica de 1911 en la que Rutherford presentó su modelo para el átomo destacó que en ese momento no era necesario considerar si este podía o no ser estable, puesto que no tenía elementos para determinar la forma en la que los electrones orbitaban alrededor del núcleo.

Además, aludió al trabajo de H. Nagakoa, que había propuesto en 1904 un modelo planetario para el átomo.

Modelo atómico de Rutherford

El núcleo del átomo

El modelo atómico de Rutherford supuso un gran paso en el conocimiento de la estructura de la materia. Los avances posteriores nos permiten tener un modelo más completo del átomo.

4.1 Partículas nucleares: protón y neutrón

En 1913, H. Moseley observó una característica de los átomos que aumentaba al pasar de un elemento químico a otro, si estos estaban colocados en orden de masa creciente. Esta característica se conoce como número atómico (Z ). El propio Moseley estableció que el número atómico correspondía a la carga del núcleo (expresada como un múltiplo de la carga eléctrica elemental, e). Posteriormente, en 1919, E. Rutherford descubrió una partícula nueva que provenía del núcleo del átomo, el protón. La masa del protón es aproximadamente igual a la masa del átomo de hidrógeno y su carga es igual a la del electrón, pero de signo positivo. Podemos concluir que:

• La carga del núcleo corresponde al número de protones.

• El número atómico, Z, es el número de protones de un núcleo.

Carga eléctrica elemental y masa atómica

La carga eléctrica elemental, de símbolo e, es la carga de un protón, equivalente al valor absoluto de la carga de un electrón. Desde mayo de 2019, esta es una constante física fundamental definida exactamente como:

e = 1,602 176 634 · 10–19 C

La unidad de masa atómica unificada, de símbolo u, es una unidad de masa definida exactamente como 1/12 de la masa de un átomo de carbono-12. Esta unidad, conocida también como dalton (Da), es aceptada por el SI y equivale, aproximadamente, a:

1 u ≈ 1,66 · 10–27 kg

Rutherford había establecido, a partir de su modelo atómico, que cada núcleo tenía una carga positiva igual a, aproximadamente, la mitad de su masa atómica; por tanto, debía existir otra partícula en el núcleo sin carga eléctrica, pero con masa. En 1932, J. Chadwick, a partir de los trabajos sobre radiactividad artificial de I. Joliot-Curie (hija de P. y M. Curie), descubrió esta partícula neutra: el neutrón. La masa de un neutrón es aproximadamente igual a la masa de un protón, es decir a la unidad de masa atómica.

Podemos concluir que:

• La masa de un átomo es la masa de su núcleo.

• El número másico, A, es, aproximadamente, la masa del átomo en unidades de masa atómica (u); coincide con la suma del número de protones y neutrones.

El núcleo del átomo está formado por dos clases de partículas de masa parecida: protones, de carga positiva, y neutrones, sin carga.

Se utiliza la notación de la figura de la izquierda para describir el número de partículas que hay en el núcleo de un átomo:

• El número másico,  A, es la suma de protones y neutrones.

• El número atómico,  Z, corresponde al número de protones.

• El número de neutrones presente en un núcleo corresponde, por tanto, a la diferencia entre el número másico y el número atómico.

4.2 Isótopos y masa atómica promedio

Desde 1910 se conoce la existencia de átomos de distinta masa atómica (o distinto número másico, A), pero con idénticas propiedades químicas. Este descubrimiento es debido a F. Soddy, quien en 1913 decidió denominar a estos átomos isótopos (iso, ‘mismo’; topos, ‘lugar’).

Los isótopos son átomos del mismo elemento químico, es decir, con el mismo número atómico (Z ), pero que tienen distinta masa (distinto número másico, A) y, por tanto, diferente número de neutrones.

Debido a la existencia de los isótopos, para referirnos a la masa atómica de un elemento químico no podemos fijarnos únicamente en la masa de un átomo, sino que debemos tener en cuenta la masa atómica promedio de todos los isótopos del elemento. Para calcular su valor, necesitamos conocer la abundancia relativa de cada isótopo; es decir, la proporción de átomos del isótopo respecto del total de átomos del elemento químico, como se muestra en el ejercicio resuelto inferior.

En anayaeducacion.es encontrarás una simulación que te ayudará a comprender mejor los conceptos de isótopo y masa atómica.

4.3 El interior de protones y neutrones

En 1964, M. Gell-Mann y G. Zweig propusieron la existencia de los quarks. Estas partículas, de carga fraccionaria (2/3 o 1/3 de la carga del electrón), forman parte de protones y neutrones, por lo que estos no son partículas fundamentales.

Los protones y los neutrones no son partículas fundamentales

Existen seis tipos de quarks, dos de ellos forman protones y neutrones: el quark up (u), cuya carga es +2/3, y el quark down (d), cuya carga es –1/3.

No es posible aislar un quark, pues siempre aparecen unidos a otro, o a otros dos.

Existen otras entidades, los gluones, que mantienen unidos a los quarks.

EJERCICIO RESUELTO

1 Calcula la masa atómica promedio del litio a partir de los datos de la tabla.

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA...

8 En la página anterior indicamos el valor de la carga eléctrica elemental en el SI. ¿Cuántos protones son necesarios para obtener una carga de 1 C? ¿Qué carga se obtendría con el mismo número de electrones?

9 Calcula el número de átomos de carbono-12 necesarios para obtener una masa de 1 g.

10 Indica el número de protones y neutrones de: 23892U , 19K 40 , 21884Po, 146C, 1H 3 y 4Be 7

11 Calcula la masa atómica promedio de la plata, sabiendo que existen dos isótopos de este elemento: el primero es el 107Ag, de masa 107 u y abundancia de 51,83 %, y el segundo isótopo tiene una masa de 109 u.

Clasificación

de los elementos químicos

5.1 Clasificación de los elementos químicos

Desde la publicación de la teoría atómica de Dalton, se sabía que las sustancias que llamamos sustancias simples están formadas por átomos del mismo elemento químico. Como hemos visto, llegar a conocer las características de esos átomos y qué diferenciaba un tipo de átomo de otro (un elemento químico de otro) ha sido un conocimiento al que se ha llegado, a veces, de forma indirecta; por ejemplo, estudiando el porqué de otros fenómenos, como la electricidad y la radiactividad.

La clasificación actual de los elementos químicos, la tabla periódica, tiene su origen en la publicación de D. I. Mendeleiev en 1869, refrendada por el trabajo de L. Meyer de 1870. Esta clasificación se basa en:

• Colocar los elementos en orden creciente de masas atómicas.

• Ubicar, en la misma columna de la tabla, elementos de propiedades químicas similares.

Una aportación audaz de Mendeleiev a la tabla fue dejar huecos para elementos químicos que no se conocían en la fecha y cuya existencia predijo en función de las características químicas esperadas y de su masa atómica. Con anterioridad a Mendeleiev, algunos científicos ya habían intentado clasificaciones de los elementos químicos. Destacamos entre ellos a Dobereiner quien, entre 1817 y 1829, propuso agrupaciones de tres en tres elementos que presentan una relación entre sus masas atómicas y propiedades químicas parecidas.

Conoce los inicios de la tabla periódica

Localiza los elementos de la imagen en el sistema periódico. ¿Por qué fueron nombrados de esa forma por Mendeleiev?

El criterio de colocación de la tabla de Mendeleiev fue corregido por Moseley, quien concluyó que la ordenación en función del número atómico, que él mismo había descubierto, evitaba ciertas incoherencias en las propiedades químicas.

Todos los avances en investigación que han sucedido a la tabla de Mendeleiev han tenido cabida en la misma, con alguna leve modificación, como veremos en el epígrafe siguiente.

Aportaciones posteriores a la tabla de Mendeleiev

Henry Moseley descubrió el número atómico y lo interpretó como la carga del núcleo del átomo. Su principal contribución a la tabla periódica fue colocar los elementos por número atómico creciente, no por masa creciente.

Mendeleiev, en 1869, predijo la existencia del escandio, del galio y del germanio. Los denominó eka-boro, eka-aluminio y eka-silicio, respectivamente. Fueron descubiertos en 1875, 1879 y 1886.

GERMANIO

5.2 Características del sistema periódico actual

En el sistema periódico, los elementos químicos están ordenados por número atómico. Como hemos visto, todos los átomos del mismo elemento químico tienen el mismo número atómico; por tanto, los átomos del mismo elemento químico que tienen distinta masa, o número másico (isotopos), se ubicarán en la misma posición en el sistema periódico. La masa atómica que figura en el sistema periódico es la masa atómica promedio de los isótopos de cada elemento.

En el sistema periódico actual los elementos están distribuidos en:

• 18 columnas, denominadas grupos. Todos los elementos del mismo grupo tienen propiedades químicas similares. Como veremos más adelante, las propiedades químicas dependen de la distribución de los electrones de los átomos.

• 7 filas o períodos. Veremos que el número de electrones más externos es idéntico en todos los elementos del mismo período, aunque sus propiedades químicas son muy diferentes.

No todos los grupos ni todos los períodos tienen el mismo número de elementos químicos. Puedes comprobarlo –así como consultar otros muchos datos– en la imagen inferior y en la tabla periódica interactiva que te ofrecemos en anayaeducacion.es

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA…

12 Indica el nombre, grupo y período de los elementos Li, Be, B, C, N, O, F y Ne. Inventa una frase para recordar el orden de estos elementos.

13 A partir de la actividad anterior, inventa una regla nemotécnica para memorizar el orden, símbolo y nombre de los elementos de los grupos 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 y 18.

14 Busca los elementos químicos cuyo nombre se debe a un científico. Elabora una tabla con el nombre del elemento, su símbolo y el nombre del científico. ¿Cuántos de ellos están dedicados a mujeres? Consulta la información relativa a las metas fijadas para lograr el objetivo 5 de los ODS y reflexiona sobre cómo ha evolucionado la presencia de la mujer en la investigación en las últimas décadas.

La corteza del átomo

Hasta ahora hemos descrito con bastante detalle el núcleo de los átomos, pero ¿qué ocurre con los electrones?, ¿cómo están ubicados en el átomo? Daremos respuesta a estas preguntas utilizando un nuevo modelo para el átomo, el modelo de Bohr. No obstante, en los siguientes cursos estudiarás que la corteza atómica, la parte del átomo que no es el núcleo, es algo más compleja que lo expuesto en esta unidad.

6.1 Modelo atómico de Bohr

El modelo atómico de Rutherford presentaba el problema de que el electrón orbitando alrededor del núcleo debería ser inestable según las leyes de la física conocidas hasta el momento.

En 1913, el científico danés N. Bohr dio una explicación a esta circunstancia abriendo la puerta a una nueva rama de la física: la física cuántica. Las principales ideas de Bohr acerca de la corteza del átomo eran:

• Los electrones se encuentran orbitando en unos niveles de energía concretos en el átomo.

• En cada uno de esos niveles, el electrón no emite ni absorbe energía, pero sí lo hace cuando pasa de un nivel a otro. Esta energía absorbida o emitida, corresponde a la diferencia de energía entre los niveles.

6.2 Niveles de energía en la corteza del átomo

En una primera aproximación, el llenado de estos niveles o capas de electrones sigue estas reglas:

• Se completan las capas en orden de menor energía a mayor energía.

• El número máximo de electrones en cada capa corresponde a 2 ·  n 2 , donde n es 1 para la primera capa, denominada capa K; 2 para la segunda, llamada capa L, y así sucesivamente.

Este modelo de capas solo es válido para las tres primeras capas de electrones, que se muestran en la tabla de la izquierda.

Niveles de energía creciente Modelo atómico de Bohr

Al absorber energía, el electrón pasa a un nivel superior.

Energía

La idea fundamental reside en que no es posible cualquier valor de energía en la corteza del átomo; solo se dan ciertos valores de energía, que corresponden a las órbitas de los electrones. En estas órbitas, el electrón no emite energía, al contrario de lo previsto en la física clásica.

6.3 La corteza del átomo y el sistema periódico

El descubrimiento de la estructura en niveles de energía de la corteza atómica es posterior al establecimiento de la tabla periódica por parte de Mendeleiev, pero puso de manifiesto las relaciones que existen entre dicha estructura y la composición de grupos y períodos:

• Todos los elementos del mismo período tienen el mismo número de capas de electrones.

• Todos los elementos del mismo grupo tienen el mismo número de electrones en su última capa. Estos electrones, denominados electrones de valencia, determinan las propiedades químicas del elemento.

En la segunda regla existe una excepción: los átomos de helio tienen un número diferente de electrones que el resto de los átomos del grupo 18.

Distribución de electrones en niveles de energía

Aplica a otros elementos

Observa en los dos átomos la distribución de los electrones en capas. ¿Qué semejanza encuentras? Comprueba tu conclusión haciendo la distribución por capas de los electrones de H, Li y Na. Una vez que finalices este apartado, te recomendamos visualizar las presentaciones sobre la estructura del átomo y las configuraciones electrónicas de algunos elementos, así como la simulación «Construye un átomo» disponibles en anayaeducacion.es

Un átomo de nitrógeno, Z = 7, tiene siete electrones: dos en la capa K y cinco en la L.

Un átomo de fósforo, Z = 15, tiene quince electrones: dos en la capa K, ocho en L y cinco en M.

EJERCICIO RESUELTO COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA...

2 Indica la distribución en capas de los electrones de los átomos de helio, neón y argón.

Según el modelo de capas, obtenemos la siguiente distribución.

Para el helio (Z = 2):

Capa K Capa L Capa M

2 Vacía Vacía

Para el neón (Z = 10):

Capa K Capa L Capa M

2 8 Vacía

Para el argón (Z = 18):

Capa K Capa L Capa M

15 ¿Cuántos electrones tiene un catión Na+ y en qué capas están estos electrones? Dato: Z = 11.

16 Escribe la distribución de electrones por capas de los siguientes átomos y de sus respectivos iones:

a) Cl y Cl

b) Al y Al3 +

c) O y O2−

d) Si y Si4 +

17 Elabora una tabla en la que indiques el número de electrones en la capa de valencia y el grupo al que pertenece cada uno de los elementos químicos situados entre el hidrógeno y el argón.

18 A partir de la tabla anterior, infiere cuántos electrones tienen en su última capa los elementos químicos siguientes: Ga, I, Cs y Ca.

Aplicaciones de los isótopos radiactivos

7 El descubrimiento de la radiactividad fue un gran avance que impulsó la investigación sobre la estructura de la materia. Hoy en día encontramos aplicaciones de este fenómeno en ámbitos diversos.

7.1 Isótopos estables e inestables

Hemos visto que la radiactividad es debida a la desintegración del núcleo de los átomos de gran masa. Ocurre que no todos los isótopos de los átomos pesados presentan este comportamiento, sino que solo lo hacen los denominados isótopos radiactivos, o radioisótopos.

Los isótopos se clasifican en estables, que no emiten radiactividad, y radioisótopos, que son inestables y se transforman en otros núcleos más estables emitiendo radiactividad.

Algunos radioisótopos se encuentran de forma natural en la corteza terrestre, pero otros, que solo existen en otras partes del universo, son creados de forma artificial en la Tierra. Entre los primeros, destacan, por sus aplicaciones: 238U, 40K, 232Th, 226Ra, 222Rn, 218Po, 14C, 3H y 7Be. Los radioisótopos artificiales se producen, en la actualidad, en aceleradores de partículas, con fines concretos. El primero de ellos fue el 30P, obtenido por el matrimonio Joliot-Curie en 1934.

7.2 Aplicaciones médicas

La radiación de los radioisótopos artificiales se usa en medicina, para:

• El diagnóstico de enfermedades (radiología y medicina nuclear), ya que la radiación hace posible la obtención de imágenes de tejidos y órganos.

• El tratamiento de enfermedades (radioterapia), generalmente tumores, pues la radiación tiene la capacidad de destruir las células cancerígenas.

Física de partículas y aplicaciones médicas

Radioterapia Radiología y medicina nuclear

Existen distintos tipos de radioterapia: la braquiterapia consiste en la colocación de fuentes radiactivas encapsuladas dentro del propio tumor; la teleterapia, por otra parte, consiste en irradiar los tejidos cancerosos con rayos gamma, rayos X, electrones o iones de distinto tipo.

El diagnóstico por imagen tiene una importancia fundamental en la detección de diferentes enfermedades. Algunos métodos se benefician de las mejoras técnicas provenientes de los detectores de partículas que se utilizan en el LHC, acelerador de partículas del CERN.

7.3 Aplicaciones energéticas

Los procesos nucleares implicados en la liberación de la energía del núcleo son de dos tipos diferentes:

• Fisión, en la que un núcleo de gran masa, al ser bombardeado con neutrones, se convierte en radiactivo y se descompone en dos núcleos, desprendiendo gran energía y emitiendo a su vez neutrones. Estos neutrones provocan más fisiones, que dan lugar a una reacción en cadena.

Los neutrones inciden en otros núcleos y se produce la reacción en cadena.

• Fusión, en la que dos núcleos ligeros se unen formando uno más pesado y desprendiendo energía. Para que tenga lugar, hay que vencer la repulsión entre los núcleos ligeros de carga positiva, lo que a su vez requiere de energía.

Aporte de energía

Reactor de fisión nuclear de una central nuclear. El interior del reactor solo es visible cuando se procede a la sustitución de las varillas de combustible.

Los núcleos se unen formando otro más pesado.

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA…

19 Indica el número de protones y neutrones de los radioisótopos naturales 14C y 3H. Compáralo con el número de protones y neutrones de los isótopos estables de estos elementos: 12C y 1H. Extrae conclusiones acerca de la relación entre el número de protones y neutrones de un núcleo y su estabilidad.

20 ¿Por qué la reacción de fisión nuclear del 23592U es una reacción en cadena? Elabora un dibujo con esta idea a partir del detalle de la reacción nuclear de la figura.

21 Organizo y defiendo la postura. Investiga sobre la fusión fría. ¿Crees que aportaría una solución al problema energético? Las primeras evidencias experimentales de este fenómeno están rodeadas de polémica; ¿cómo afectan hechos como este al desarrollo de la ciencia?

22 La radiactividad tiene múltiples aplicaciones en numerosos ámbitos de la sociedad: medicina, industria, investigación, etc. Indaga y haz un listado de profesiones relacionadas con aplicaciones de los radioisótopos.

Simulación gráfica del reactor de fusión nuclear del proyecto ITER.

Los residuos radiactivos

Transporte por carretera de residuos radiactivos.

Proyecto de investigación

Introducción

Al contrario de lo que sucede con la producción de energía eléctrica a partir de fuentes de energía fósiles, la energía nuclear no conlleva la emisión de dióxido de carbono a la atmósfera, por lo que no contribuye al efecto invernadero anómalo, pero presenta dos grandes inconvenientes. Por una parte, aun en su normal funcionamiento, una central nuclear puede desencadenar graves consecuencias por exposición al medio de materiales radiactivos en caso de accidente, como ocurrió en Fukushima en 2011. Por otra parte, el funcionamiento de las centrales nucleares genera residuos radiactivos, a cuya reducción se dedica la meta 12.4 de los ODS.

Objetivo

Extraer conclusiones acerca de si es deseable mantener la investigación en energía nuclear como alternativa a las emisiones de dióxido de carbono. Valorar las ventajas y los inconvenientes de esta fuente de energía, considerando el ciclo de vida del combustible nuclear, y en contraposición, las oportunidades, o el fiasco, que podría deparar la fusión fría.

Procedimiento Rompecabezas

Organizad la clase en varios grupos y realizad una búsqueda de información sobre los siguientes temas:

• El ciclo de vida del combustible nuclear de ciclo abierto y cerrado.

• El almacenamiento de residuos nucleares.

• La compra de residuos nucleares.

• La fusión como fuente de energía.

REFLEXIÓN FINAL

1 Hemos dicho que las centrales nucleares no contribuyen al aumento del efecto invernadero porque no emiten dióxido de carbono a la atmósfera, siendo este el principal gas responsable de este fenómeno. Sin embargo, el aumento de las temperaturas se debe también a otros factores, como la emisión de vapor de agua a la atmósfera y el aumento de la temperatura de ríos y lagos. Infórmate de cómo intervienen las centrales nucleares en estos procesos.

2 Busca información sobre las partes de una central nuclear. ¿Qué papel desempeñan los circuitos de refrigeración? ¿Cuántos hay? ¿Por qué crees que es necesario ese número de circuitos?

Resultados

Cada uno de los grupos preparará una breve ponencia sobre uno de los temas investigados.

Discusión y conclusiones

Tras la ponencia se abrirá un turno de coloquio en forma de mesa redonda. Las ponencias, la acción de moderador del debate y las intervenciones serán evaluadas mediante rúbricas que se habrán elaborado de forma conjunta por el grupo de clase.

Comunicación de lo realizado

Grabad un vídeo con las conclusiones del debate y elaborad un documento de evaluación de la actividad que incluya:

• Listado de las páginas web utilizadas en la búsqueda de la información.

• Planificación de tareas y responsabilidades.

• Dificultades en la ejecución de la tarea y cómo fueron superadas.

• Áreas de mejora.

Química de fuegos artificiales

Trabajo práctico

Planteamiento del problema

Si calentamos a la llama un metal, la energía de la llama se utilizará para excitar los electrones de la corteza atómica de este, que al volver a su estado fundamental emitirán una radicación de un color característico de cada elemento. Esto hará que observemos la llama de ese color.

Tu propuesta

El punto de partida debe ser los reactivos de los que dispone el laboratorio de tu centro escolar. Ten presente que existen muchas sales diferentes en las que están presentes átomos de metales.

Nuestra propuesta

Si dispones del material que indicamos a continuación, sigue los pasos descritos más abajo para realizar la experiencia. Ten en cuenta que:

• El hilo de nicromo se ha de limpiar entre muestras con ácido clorhídrico concentrado. Dispón un poco de este ácido en un vaso de precipitados en el que puedas sumergir el hilo entre análisis.

Es posible reconocer metales por el color de su llama.

• Las sales han de estar en disolución acuosa para impregnar el hilo de nicromo en estas disoluciones. Rotula los tubos de ensayos de forma que puedas identificar la sal.

Material

• Gradilla con tubos de ensayo • Mechero Bunsen • Hilo de platino o nicromo • Vaso de precipitados • Cloruros de varios metales, por ejemplo sodio, cobre, estroncio y potasio

Orientaciones para la realización de la experiencia

• Experiencia 1. Realiza un ensayo en blanco. Coloca el hilo de nicromo a la llama del mechero y observa su color.

• Experiencia 2. Preparación de la referencia de colores. Utiliza las disoluciones que has preparado (cuya composición conoces) para elaborar una paleta de colores, en la que indiques qué metal corresponde a qué color. Para ello impregna el hilo de nicromo en cada disolu-

ción y observa el color de la llama. Si dispones de cámara fotográfica, toma una fotografía de cada llama para que te sirva de referencia visual.

• Experiencia 3. ¿Qué metal es? Intercambia la gradilla de tubos de ensayo con el compañero o la compañera que te indique el profesor y realiza los ensayos que necesites para identificar sus disoluciones. Puede ser que observes algún color diferente.

EXTRAE CONCLUSIONES...

1 Hasta el siglo  xix, la mayoría de los fuegos artificiales eran monocromos; en concreto, de color amarillo. Teniendo en cuenta los resultados obtenidos en esta experiencia, ¿qué metal crees que contenía la sal que se usaba en estos fuegos?

2 El análisis a la llama fue una de las primeras formas de análisis químico. Investiga sobre el primer científico que propuso la identificación de metales por el color de su llama, J. R. Glauber.

COMPRENDE

Organiza tus ideas Línea del tiempo

Demócrito Máquina de vapor (J. Watt)

Materia constituida por átomos

Revolución francesa

Recuerda que dispones de las soluciones de todas las actividades numéricas en anayaeducacion.es

Trabaja con el cronograma

1 Copia el cronograma en tu cuaderno y añade los hitos más relevantes del siglo xx que hayas estudiado.

2 Explica la evolución del conocimiento sobre la radiactividad a partir de los datos del cronograma.

3 Elabora una tabla con la masa y la carga de las partículas subatómicas; complétala añadiendo el nombre de su descubridor y el año del descubrimiento.

El origen de las especies (C. Darwin)

4 Añade a tu cronograma cuáles de los científicos que en él se muestran obtuvieron el premio Nobel, y en qué año les fue otorgado. ¿A partir de qué año se otorgan los Premios Nobel y con qué motivo? ¿Por qué no le fue concedido este galardón a H. Moseley?

5 Busca información sobre la investigación de A. Einstein acerca del efecto fotoeléctrico y ubícalo en tu cronograma.

6 Busca información sobre el proyecto Manhattan. ¿Cuál de los científicos del cronograma participó en ese proyecto?

R. Boyle Elementos y compuestos

J. L. Proust Ley de proporciones definidas

A. Lavoisier Ley de conservación de la masa

W. Crookes Construye tubo de descarga

D. I. Mendeleiev Ordenación periódica de los elementos químicos

W. K. Röentgen Descubre los rayos X en un tubo de descarga

J. Dalton

Recuerda seleccionar el material de trabajo de esta unidad para tu porfolio.

¿Cambió su visión sobre las aplicaciones de la energía atómica después? Redacta un párrafo para explicarlo y ubica el proyecto Manhattan en el cronograma.

7 ¿Por qué crees que hay 35 años entre el descubrimiento de la primera partícula subatómica y el del neutrón?

8 Investiga sobre la vida de Marie Curie y, en concreto, sobre el aparato de rayos X portátil y ubícalo en el cronograma.

Primeras ideas sobre el átomo

9 Investiga sobre la estancia de J. L. Proust en una provincia española.

Modelos y teorías

10 Indica qué ley ponderal se representa en la siguiente imagen.

11

W. Prout es citado en la unidad por su aportación sobre la regularidad de las masas de los elementos químicos. ¿Cuál fue su otro campo de investigación? Busca información y anota en tu cuaderno al menos tres de sus aportaciones más destacadas.

E. Rutherford y F. Soddy Causa de la radiactividad

H. Moseley Número atómico, Z.

E. Rutherfod Descubrimiento del protón

J. Chadwick Descubrimiento del neutrón

J. J. Thomson Descubrimiento del electrón

J. J. Thomson

E. Rutherford N. Bohr

F. Soddy Isótopo

H. Becquerel Nueva radiación

P. y M. Curie Radiactividad

M. Gell-Mann G. Zweig Quarks

F. Joliot e I. Curie Radiactividad artificial

H. Geiger y E. Marsden Experimento bombardeo a

12 Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas

(V) o falsas (F):

a) La idea de átomo es original del científico inglés Dalton.

b) En la teoría atómica de Dalton no se da explicación alguna a las reacciones químicas.

c) Según Dalton, los átomos son inmutables; es decir, no cambian.

d) La palabra átomo significa «diminuto, infinitesimal».

De la naturaleza eléctrica de la materia al primer modelo atómico

13 Busca información y explica la analogía del «bollo con pasas» y el modelo atómico de Thomson.

14 Indica si las siguientes afirmaciones acerca del descubrimiento del electrón son verdaderas o falsas.

Justifica tu respuesta:

a) El electrón es una radiación sin carga.

b) Los rayos catódicos son realmente electrones.

c) Thomson propuso la existencia del electrón y calculó su masa y su carga eléctrica.

d) Considerando únicamente las conclusiones de Thomson no se puede explicar la naturaleza eléctrica de la materia.

e) Las características de los rayos catódicos dependen del gas que se introduzca en el tubo de descarga.

f) Los electrones son idénticos en todos los átomos.

De la radiactividad al modelo nuclear del átomo

15 ¿Cuál es la principal diferencia entre el modelo atómico de Rutherford y el de Thomson? ¿Explican estos modelos la formación de iones? Justifica tu respuesta.

16 Responde brevemente sobre las conclusiones y las hipótesis de Rutherford:

a) ¿Por qué esperaba Rutherford que las partículas alfa no se desviaran de su trayectoria al atravesar la fina lámina de oro?

b) ¿Qué explicación dio al hecho de que algunas partículas se desviaran de su trayectoria?

c) ¿Cuál es la explicación para las que no se desvían de la trayectoria?

El núcleo del átomo

17 Completa la tabla:

protones Número neutrones

18 A partir de los datos del valor de carga fraccionaria de los quarks y de la composición de protones y neutrones, deduce el valor de la carga de protón y del neutrón.

19 Busca la equivalencia entre la unidad de masa atómica y el gramo. A partir de ese valor, completa la tabla: Átomo Masa, m/u Masa, m/g

20 Calcula la masa atómica promedio del cobre a partir de estos datos:

Isótopo Masa, m/u Abundancia

63Cu 62,93 69,09 %

65Cu 64,93 30,91 %

21 Escribe, utilizando la notación X Z A la información de cada apartado:

a) Isótopo del cloro con A = 35.

b) Átomo con A = 20 y Z = 10.

c) Átomo con cuatro protones y número másico igual a nueve.

d) Átomo con dos neutrones y número atómico igual a uno.

Clasificación de los elementos químicos

22 Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas, y justifica tu respuesta:

a) En el sistema periódico que utilizamos en la actualidad, los elementos están colocados por orden de masa creciente.

b) Todos los grupos del sistema periódico tienen el mismo número de átomos.

c) Los símbolos de los elementos químicos pueden tener una o dos letras, siendo, en este último caso, solo la primera de ellas mayúscula.

d) Los radioisótopos no están representados en el sistema periódico.

e) El sistema periódico tiene nueve períodos, si tenemos en cuenta los lantanoides y los actinoides.

23 Busca en la tabla periódica los elementos químicos cuyos símbolos comienzan por la letra «C» y escribe sus símbolos y sus nombres.

La corteza del átomo

24 Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas, y justifica tu respuesta:

a) El modelo atómico de Thomson proponía que la materia tenía carga negativa; es decir, no era posible materia eléctricamente neutra.

REFLEXIONA

b) Según el modelo atómico de Rutherford la materia era neutra, pues, aunque existieran los electrones, con carga negativa, el núcleo del átomo tenía carga positiva y la compensaba.

c) Según el modelo de Bohr, los electrones no orbitan en cualquier valor de energía, sino en unas órbitas definidas.

d) Cualquiera de los modelos anteriores puede explicar la existencia de iones; es decir, átomos con carga neta distinta de cero.

e) Según Rutherford, la mayor parte del átomo es espacio vacío.

Radiactividad

25 Busca información sobre el consorcio de países que participa en el CERN, sobre su creación y los fundadores del laboratorio. Teniendo en cuenta los datos asociados a las metas del objetivo 17 de los ODS, escribe un párrafo sobre la necesidad de las alianzas para lograr metas.

26 Dibuja un mapa conceptual de araña con las aplicaciones de la radiactividad en medicina utilizando los términos que has aprendido en la unidad.

La divulgación científica de calidad presenta una serie de características que habrás tenido que averiguar y plasmar en un documento que posteriormente utilizarás como modelo para poderlas aplicar a los vídeos que crearás en las unidades siguientes.

Descarga el cuestionario que te ofrecemos en anayaeducacion.es. Si en alguno de los aspectos de reflexión detectas que no tienes el nivel que te gustaría, incluye alguna propuesta para mejorar esta situación y aplícala.

los

PON A PRUEBA TUS COMPETENCIAS

Realiza la evaluación competencial incluida en anayaeducacion.es

© 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.