Estructura atómica y sistema periódico UNIVERSIDAD DE EXTREMADURA Metodología de la Física y Química Máster Universitario de Formación del Profesorado Secundaria Estructura atómica y sistema periódico Buenos tardes A continuación vamos a exponer el trabajo titulado: Material Particulado Atmosféricos María Cerrato Álvarez Badajoz, 2016

2. CONTENIDOS TEÓRICOS Y ACTIVIDADES 1. CONTEXTUALIZACIÓN 2. CONTENIDOS TEÓRICOS Y ACTIVIDADES Índice de Contenidos 3. MAPA CONCEPTUAL 4. BIBLIOGRAFÍA Durante los próximos minutos, desarrollaremos la contextualización del tema que vamos a explicar, seguido los contenidos teóricos, y para aclarar los conceptos estudiados veremos un mapa conceptual y actividades de evaluación y para finalizar la bibliografía

1. CONTEXTUALIZACIÓN Alumnos de 3º ESO Asignatura: Física y Química (3h semanales) Temporalización: este tema se daría en el primer trimestre, con una duración de 4 sesiones Conocer la historia del átomo Conocer los fenómenos eléctricos Identificar las partículas subatómicas y sus características Conocer los modelos atómicos de la materia Entender el concepto de ion y distinguir entre catión, anión y átomo neutro Entender el concepto de isótopo Interpretar la ordenación de los elementos en la Tabla Periódica Reconocer los elementos representativos y otros relevantes a partir de sus símbolos OBJETIVOS BÁSICOS Comenzaremos por la contextualización del tema. Este tema va dirigido a alumnos de 3 de la ESO de la asignatura de fisica y quimica. Se estudia en el primer trimestre, con una duración de 6 sesiones. Anteriormente no se han estudiado conocimientos relacionado con este tema. Los obejetivos que se pretenden con el estudio este tema son los siguientes. Conocer la historia del átomo Conocer los fenómenos eléctricos Identificar las partículas subatómicas y sus características Conocer los modelos atómicos de la materia Entender el concepto de ion y distinguir entre catión, anión y átomo neutro Entender el concepto de isótopo y de isótopo radiactivo Interpretar la ordenación de los elementos en la Tabla Periódica Reconocer los elementos representativos y otros relevantes a partir de sus símbolos

CRITERIOS DE EVALUACIÓN ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE EVALUABLES CONTENIDOS CRITERIOS DE EVALUACIÓN ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE EVALUABLES -Estructura atómica. Modelos atómicos. Isótopos. -El sistema periódico de los elementos. Reconocer que los modelos atómicos son instrumentos interpretativos de las distintas teorías y la necesidad de su uso para la interpretación y comprensión de la estructura interna de la materia. 2. Analizar el uso científico y tecnológico de los isótopos radiactivos. 3. Interpretar la ordenación de los elementos en la tabla periódica y reconocer los elementos representativos y otros relevantes a partir de su símbolo. 1.1. Representa el átomo, a partir de su número atómico y el número másico. 1.2. Describe las características de las partículas subatómicas básicas y su localización en el átomo. 1.3. Relaciona la notación XAZ con el número atómico, el número másico determinando el número de cada uno de los tipos de partículas subatómicas básicas. 2.1. Explica en qué consiste un isótopo y comenta aplicaciones de los isótopos radiactivos. 3.1. Justifica la actual ordenación de los elementos en grupos y periodos en la Tabla Periódica. BLOQUE 2: MATERIA (LOMCE) Este tema viene recogido en la Ley Orgánica para la mejora de la calidad educativa en el bloque 2 de la materia. Los contenidos que se van a estudiar a continuación son los siguientes. Estructura atómica. Modelos atómicos. Isótopos. -El sistema periódico de los elementos. Los criterios de evaluación son: Reconocer que los modelos atómicos son instrumentos interpretativos de las distintas teorías y la necesidad de su uso para la interpretación y comprensión de la estructura interna de la materia. 2. Analizar el uso científico y tecnológico de los isótopos radiactivos. 3. Interpretar la ordenación de los elementos en la tabla periódica y reconocer los elementos representativos y otros relevantes a partir de su símbolo. Y para finalizar los estándares de aprendizaje serían 1.1. Representa el átomo, a partir de su número atómico y el número másico. 1.2. Describe las características de las partículas subatómicas básicas y su localización en el átomo. 1.3. Relaciona la notación XAZ con el número atómico, el número másico determinando el número de cada uno de los tipos de partículas subatómicas básicas. 2.1. Explica en qué consiste un isótopo y comenta aplicaciones de los isótopos radiactivos. 3.1. Justifica la actual ordenación de los elementos en grupos y periodos en la Tabla Periódica.

HISTORIA DEL ÁTOMO DEMÓCRITO El primero en pensar que la materia estaba constituido por partículas indivisibles a las que llamó “ÁTOMOS” DALTON Comenzaremos con la historia del átomo Demócrito fue El primero en pensar que la materia estaba constituido por partículas indivisibles a las que llamó “ÁTOMOS”, No había métodos para poder demostrar sus exitencia, así que simplemente postuló dicha hipótesis. En 1808,Dalton retoma las ideas de Demócrito y expone su TEORÍA ATÓMICA En 1808, retoma las ideas de Demócrito y expone su TEORÍA ATÓMICA

TEORÍA ATÓMICA DE DALTON 1. POSTULADO Cada elemento químico está formado por partículas diminutas e indivisibles llamadas átomos. 2. POSTULADO Los átomos de un elemento tienen todos igual masa y las mismas propiedades; sin embargo, son distintos de los átomos de cualquier otro elemento. 3 POSTULADO Los compuestos químicos están formados por uniones de átomos de elementos que se llaman moléculas. Dalton expone su teoría sobre la constitución de la materia, que se basa en tres postulados: 1. POSTULADO Cada elemento químico está formado por partículas diminutas e indivisibles llamadas átomos. 2. POSTULADO Los átomos de un elemento tienen todos igual masa y las mismas propiedades; sin embargo, son distintos de los átomos de cualquier otro elemento. 3 POSTULADO Los compuestos químicos están formados por uniones de átomos de elementos que se llaman moléculas. Con los postulados de Dalton aparece un rechazo a la idea de continuidad en la materia, introduciendo el concepto de discontinuidad atómica. Para Dalton, cada elemento está formado una clase de átomos, distinto en sus propiedades a los átomos de los demás elementos y, justamente, es esta distinción lo que separa un elemento de otro y los hace diferentes. Así, asignó a cada elemento conocido un símbolo distinto, su símbolo químico que con posterioridad ha ido cambiando hasta llegar a los modernos símbolos químicos actuales.

Métodos de Electrización ELECTRIZACIÓN POR FROTAMIENTO: Cuando se frotan ciertos materiales, se pueden observar dos fenómenos eléctricos: atracción y repulsión ELECTRIZACIÓN POR CONTACTO: Tiene lugar cuando se pone en contacto un cuerpo no cargado y aislado con otro ya cargado por frotamiento ELECTRIZACIÓN POR INDUCCIÓN: Se presenta cuando un cuerpo se carga eléctricamente al acercarse a otro ya electrizado. Le comunica una carga sin tocarlo Algunos fenómenos de electrización pusieron de manifiesto la naturaleza eléctrica de la materia. Existen tres métodos fundamentales para electrizar la materia: por frotamiento por contacto y por inducción. ELECTRIZACIÓN POR FROTAMIENTO: Cuando se frotan ciertos materiales, se pueden observar dos fenómenos eléctricos: atracción y repulsión ELECTRIZADO POR CONTACTO: Tiene lugar cuando se pone en contacto un cuerpo no cargado y aislado con otro ya cargado por frotamiento ELECTRIZACIÓN POR INDUCCIÓN: Se presenta cuando un cuerpo se carga eléctricamente al acercarse a otro ya electrizado. Le comunica una carga sin tocarlo

CARGA ELÉCTRICA PROTÓN ELECTRÓN CARGA POSITIVA CARGA NEGATIVA DOS CUERPOS CON CARGAS DEL MISMO TIPO SE REPELEN DOS CUERPOS CON CARGAS DE DISTINTO TIPO SE ATRAEN Se descubrió que el átomo está formado por otras partículas subatómicas Para explicar estas experiencias, los científicos han ideado un modelo según el cual los fenómenos eléctricos son debidos a una propiedad de la materia denominada carga eléctrica. Par justificar los fenómenos de atracción y repulsión se admite la existencia en la materia de dos tipos de cargas eléctricas denominadas negativa y positiva. Un cuerpo es electricamente neutro cuando el número de cargas positivas es igual al número de cargas negativas. Un cuerpo esta cargado negativamente cuando gana electrones y esta cargado positivamente cuando pierde electrones. Dos cuerpos que hayan adquirido un carga del mismo tipo se repelen mientras que si poseen una carga de distinto tipo se atraen. Los fenomenos de electrización pusieron de manifiesto que el atomo está formado por otras partículas elementales. A finales del sigo XIX y comienzo del XX una serie de experimentos permitieron identificar las partículas responsables de la carga negativa y de la carga positiva. Protón carga positiva Electrón carga negativa PROTÓN ELECTRÓN

IÓN átomo que ha ganado o perdido uno o más electrones MODELOS ATÓMICOS IÓN átomo que ha ganado o perdido uno o más electrones MODELO THOMSON Thomson supuso que la mayor parte de la masa del átomo correspondía a la carga positiva, que ocuparía la mayor parte del volumen atómico. Imaginó el átomo como una esfera positiva en la que se encuentran incrustados los electrones. El modelo atómico de Thomson también explicaba la electrización positiva o negativa de la materia. Mediante la pérdida o ganancia de electrones. “Masa” de carga positiva Si pierde uno o más electrones, adquiere carga neta positiva CATIÓN Si gana uno o más electrones , adquiere carga neta negativa ANIÓN Una vez conocidas las partículas integrantes de la materia (protones y electrones) a los científicos de principio del siglo XX se les planteaba la pregunta de cómo se distribuían en el átomo. Thomsom suposo que Al ser tan pequeña la masa de los electrones, supuso que la mayor parte de la masa del átomo correspondía a la carga positiva, que ocuparía la mayor parte del volumen atómico. Imaginó el átomo como una esfera positiva en la que se encuentran incrustados los electrones, CARGA NEGATIVA Fue un modelo razonable aceptado durante varios años, ya que, además, proporcionaba una explicación al fenómeno de la formación de iones UN IÓN ES UN ÁTOMO QUE HA GANADAO O PERDIDO UNO O MÁS ELECTRONES. Si pierde uno o más, adquiere carga neta positiva CATIÓN Si gana uno o más, adquiere carga neta negativa ANIÓN Electrones

MODELO DE RUTHERFORD En 1911, E. Rutherford y sus colaboradores bombardearon una fina lámina de oro con partículas alfa (positivas), procedentes de un material radiactivo, a gran velocidad. El experimento permitió observar el siguiente comportamiento en las partículas lanzadas: La mayor parte de ellas atravesaron la lámina sin cambiar de dirección, como era de esperar. Algunas se desviaron considerablemente. Unas pocas partículas rebotaron hacia la fuente de emisión. De acuerdo con el Modelo de Thomson, en el cual la carga positiva de cada átomo está distribuida de forma homogénea, las partículas positivas que atraviesan la lámina no deberían ser apreciablemente desviadas de su trayectoria inicial. Evidentemente, esto no ocurría. El comportamiento de las partículas no podía ser explicado con el modelo de Thomson, así que Rutherford lo abandonó y sugirió otro basado en el átomo nuclear.

MODELO DE RUTHERFORD NEUTRÓN El átomo está constituido por un núcleo central que concentra casi toda la masa del átomo, aportada por los protones y neutrones. En la corteza están los electrones, con carga negativa, girando en órbitas concéntricas alrededor del núcleo. Electrón La masa del protones y electrones por sí sola no coincidía con la masa total del átomo y Rutherford supuso que en el núclie tenía que existir otro tipo de partículas subatómicas y que bautizó como neutrón. En el Modelo de Rutherford El átomo está constituido por un núcleo central que concentra la carga positiva y casi toda la masa del átomo. En la corteza están los electrones, con carga negativa, girando en órbitas concéntricas alrededor del núcleo. El tamaño del núcleo es muy pequeño en comparación con el tamaño de todo el átomo, y además, entre el núcleo y la corteza hay espacio vacío. El tamaño del núcleo es muy pequeño en comparación con el tamaño de todo el átomo, y además, entre el núcleo y la corteza hay espacio vacío. Protón

MODELO DE BOHR

MODELO DE BOHR Los electrones giran en órbitas circulares en torno al núcleo debido a la atracción eléctrica protón-electrón. Electrón Energía El electrón sólo puede ocupar determinadas órbitas o niveles energéticos. Estos niveles se designan como n = 1, 2, 3… Núcleo Órbitas La hipótesis de un electrón que gira continuamente alrededor del núcleo creaba un nuevo problema, aparentemente insuperable: era un hecho conocido en física que caulquier carga que girase alrededor del núcleo debería emitir energía en forma de radiación. Según esto, el electrón iría perdiendo energía continuamente y se acercaría cada vez más al núcleo, es decir, se movería en espiral, hasta caer sobre él. Pero esto no es lo que ocurre. En 1913 Bohr formuló una hipótesis sobre la estructura atómica. Para ellos estableció los siguientes postulados: Los electrones giran en órbitas circulares en torno al núcleo debido a la atracción eléctrica protón-electrón. El electrón sólo puede ocupar determinadas órbitas o niveles energéticos. Estos niveles se designan como n = 1, 2, 3… El electrón, moviéndose en su órbita no pierde energía. Si pasa de una órbita externa a otra interna desprende energía. Para la transición contraria la absorbe. El electrón, moviéndose en su órbita no pierde energía. Si pasa de una órbita de mayor energía a otra de menor energía emite energía.

PARA PRACTICAR ¿Qué carga tienen las partículas elementales? Protones: positiva, electrones: negativa y neutrones: no tienen carga son neutros ¿Qué podemos encontrar en el núcleo de un átomo? Protones y neutrones 3. Selecciona la respuesta correcta: Los electrones son partículas: a) Sin carga b) Con carga negativa c) Con carga positiva 4. Indica la opción correcta: Si el Modelo de Thomson hubiese sido válido … a) Las partículas alfa, positivas, se habrían desviado mucho b) Las partículas alfa, positivas, habrían rebotado c) Las partículas alfa, positivas, no se habrían desviado apenas

PARA PRACTICAR 5. Al estar la masa del átomo concentrada casi toda en el núcleo, ¿cómo será éste? a) Poco denso b) Muy denso c) Igual de denso que el átomo completo. 6. Para formar un anión de carga -1 el átomo debe… a) Perder un protón b) Ganar un electrón c) Perder un electrón 7. Para formar un catión de carga +3 el átomo debe… a) Perder tres electrones b) Ganar tres electrones c) Ganar tres protones

IDENTIFICACIÓN DE LOS ÁTOMOS Para definir la estructura de un átomo se utilizan dos conceptos: EL NÚMERO ATÓMICO (Z) Es el número de protones que tiene un átomo (coincide con el número de electrones si el átomo es neutro) EL NÚMERO MÁSICO (A) Para definir la estructura de un átomo se utilizan los conceptos Número atóMico Es el número de protones que tiene un átomo (coincide con el número de electrones si el átomo es neutro) Numero másico Es la suma del número de protones y el número de neutrones que tiene un átomo. Se representa como se muestra en la diapositiva a la izquierda del símbolo químico El número de neutrones es la diferencia entre el número másico y el número atómico. Es la suma del número de protones y el número de neutrones que tiene un átomo. X A Z Estos números se representan a la izquierda del símbolo químico del elemento X. EL NÚMERO DE NEUTRONES N= A - Z

ISÓTOPOS Los átomos del mismo elemento ( con igual número atómico) y distinto número másico reciben el nombre de ISÓTOPOS ISÓTOPOS DE HIDRÓGENO Nº protones es invariable para todos los átomos, pero el nº neutrones es variable A comienzo del siglo XX se descubrió que no todos los átomos de un mismo elemento tienen la misma masa. Es decir, es posible encontrar en la naturaleza átmos de un mismo elemento con diferente número másico. Los isótopos son átomos del mismo elemento que tienen igual numero atómico y distinto número másico. El numero de protones es invarible para todos los átomos de un mismo elementos pero el numero de neutrones puede variar. En la diapositiva se muestran los isótopos de hidrógeno. Protio Deuterio Tritio

PARA PRACTICAR N= A - Z 8. ¿Qué es un isótopo? Los átomos que tiene el mismo número atómico ( protones) y distinto número másico (neutrones) 9. Completa la siguiente tabla. Recuerda N= A - Z Elemento A Z Núcleo Corteza Protones Neutrones Electrones Elemento A Z Núcleo Corteza Protones Neutrones Electrones 63 29 34 23 11 12 10 31 15 16 18

Orden creciente de masa atómica Orden creciente de número atómico (Z) TABLA PERIÓDICA Mendelejev y Meyer Orden creciente de masa atómica El ruso Mendelejev y el alemán Meyer, en 1870, publicaron su Tabla Periódica. Ordenaron todos los elementos químicos conocidos en la época (63 en total) en orden creciente de su masa atómica y los distribuyeron en filas y columnas. en 1903, el joven físico inglés Moseley, cuando ya se conocía la estructura interna del átomo, introdujo como criterio de clasificación el número atómico “Z” Moseley Orden creciente de número atómico (Z)

TABLA PERIÓDICA PERIODO: está constituido por los elementos que ocupan una misma fila del Sistema Periódico. Todos los elementos de un periodo tienen el MISMO NÚMERO DE CAPAS DE ELECTRONES. GRUPO: está constituido por los elementos que ocupan una misma columna del Sistema Periódico. Los elementos de un mismo grupo poseen PROPIEDADES QUÍMICAS SEMEJANTES Y TIENEN EL MISMO NÚMERO DE ELECTRONES EN SU CAPA EXTERNA. En la actualidad, los elementos se clasifican en una tabla o sistema periódico ordenados según el valor de us número atómicos. . Existen 18 grupos numerado del 1 al 18. Los elementos que tienen el mismo número de capas electrónicas se encuentran en un mismo períodol en total hay 7 periódos. Los elemenos que tienen el mismo númeo de electrones en la última capa y que por tanto presentan propiedades similares se encuentran situadlos en un mismo grupo

TABLA PERIÓDICA Para saber dónde están situados los elementos métalicos y lo no metálicos en la tabal periódica hay que tener en cuenta los siguiente. Dentro de un mismo periOdo, las propiedades metálicas de los elementos se acentúan a medida que nos desplzamos a la izquierda y disminuyen conforme vamos hacia la derecha. Dentro de un mismo grupo las propiedades metálicas de los elementos se acentúan a medida que bajamos en la tabla y disminuyen conforme subimos por ella.

TABLA PERIÓDICA COMO PODEMOS OBSERVAR EN LA PARTE IZUIERDA ARRIBA APARECE EL NÚMERO ATÓMICO EN EL MEDIO EL SÍMBOLO ABAJO LA MASA ATÓMICA.NOS TENDRIAMOS QUE APRENDER LOS REPRESENTATIVOS QUE ES EL GRUPO 1 Y 2 Y DEL GRUPO 13 AL 18.

F < Ge < Fe < Ca < Cs PARA PRACTICAR 10. Ordena los siguiente elementos en orden creciente de carácter metálico: Cs, Ca, F, Ge, Fe. F < Ge < Fe < Ca < Cs EJERCICIOS EVALUACIÓN

RESUMEN

BIBLIOGRAFÍA Física y Química 3º Secundaria, Oxford Educación, Proyecto Ánfora. Estructura atómica, Clasificación periódica de los elementos, Física y Química 3º ESO. Instituto de enseñanza secundaria, Física y Química 3º ESO, Clara Campoamor. DECRETO 98/2016, de 5 de julio, por el que se establecen la ordenación y el currículo de la Educación Secundaria Obligatoria y del Bachillerato para la Comunidad Autónoma de Extremadura. BIBLIOGRAFÍA