Metodología Experimental y Aprendizaje de la Física y la Química ESTRUCTURA ATÓMICA MÁSTER UNIVERSITARIO EN FORMACIÓN DEL PROFESORADO DE EDUCACIÓN SECUNDARIA Carmen Lemus González

Resumen: mapa conceptual Contextualización Contenidos teóricos Resumen: mapa conceptual Actividades de evaluación Bibliografía

Contextualización Alumnos de 3º ESO Asignatura: Física y Química (2h semanales) Temporalización: quincenal (este tema se daría en el primer trimestre, con una duración de 4 sesiones) Conocimientos previos: No se dan conocimientos relacionados anteriormente 2º ESO (LOE): Ciencias de la Naturaleza Energía en los sistemas materiales, tipos de energía, calor y temperatura y luz y sonido 1º ESO (LOE): Ciencias de la Naturaleza La Tierra en el Universo: el Universo y el Sistema Solar y la materia en el Universo

OBJETIVOS BÁSICOS DEL TEMA Conocer la historia del átomo Entender la teoría atómica de Dalton 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

CRITERIOS DE EVALUACIÓN ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE EVALUABLES Contenidos, criterios de evaluación y estándares de aprendizaje relacionados (LOMCE): Bloque 2: La materia CONTENIDOS CRITERIOS DE EVALUACIÓN ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE EVALUABLES Estructura atómica. Modelos atómicos. Isótopos. 1. 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. 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.

El átomo a través de la historia Materia: Todo lo que vemos y tocamos, e incluso mucho de lo que no vemos y no podemos tocar. Demócrito 400 años antes de Cristo propuso que la materia estaría formada por partículas muy pequeñas e indivisibles a las que llamó átomos En 1808, John Dalton retoma las ideas de Demócrito y expone su TEORÍA ATÓMICA 2º HIPÓTESIS Todos los átomos de un elemento poseen las mismas propiedades químicas y tienen la misma forma, tamaño y masa. Los átomos de un elemento son diferentes a los de otro elemento distinto 1º HIPÓTESIS La materia está formada por partículas muy pequeñas e indivisibles llamadas átomos

3º HIPÓTESIS Los compuestos químicos se forman al combinarse átomos de dos o más elementos en proporciones fijas y sencillas. El agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno: 𝐻 2 𝑂 4º HIPÓTESIS Los átomos no se pueden crear ni destruir La teoría atómica de Dalton no logra explicar los fenómenos eléctricos, por lo tanto no es válida Atracción Repulsión CARGA ELÉCTRICA

Negativa Existen dos tipos de CARGA ELÉCTRICA Positiva Dos cuerpos que adquieran cargas del mismo tipo de repelen Dos cuerpos que adquieren cargas de distinto tipo se atraen Se descubrió que el átomo está formado por otras partículas subatómicas ELECTRÓN PROTÓN Carga eléctrica negativa Carga eléctrica positiva

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 MODELOS ATÓMICOS

Modelo atómico de Thomson 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. Fue un modelo razonable aceptado durante varios años, ya que, además, proporcionaba una explicación al fenómeno de la formación de iones “Masa” de carga positiva Electrones

LA FORMACIÓN DE IONES (THOMSON) Si pierde uno o más, adquiere carga neta positiva Catión Un ion es un átomo que ha ganado o perdido uno o más electrones Si gana uno o más, adquiere carga neta negativa Anión Catión Ion Anión

Modelo atómico de Rutherford El modelo atómico de Thomson tuvo gran aceptación durante cierto tiempo, pero pronto una serie de experimentos pusieron en entredicho su validez. El comportamiento de las partículas no podía ser explicado de esa manera, así que Rutherford sugirió otro basado en un átomo nuclear. Según este modelo, el átomo está formado por un núcleo central con carga eléctrica positiva muy pequeño y que acumula prácticamente toda la masa del átomo, y una corteza donde giran los electrones alrededor del núcleo en órbitas circulares. Propuso que en el núcleo debían existir otro tipo de partículas subatómicas, ya que la masa de los electrones y protones no coincidía con la masa total del átomo. NEUTRONES (carga neutra)

Modificaciones al modelo atómico de Rutherford. El modelo de Bohr Rutherford supuso que los electrones giraban alrededor del núcleo, ya que si permaneciese en reposo la atracción entre cargas de diferente signo haría que se aproximara al núcleo de forma inevitable, y por lo tanto, el átomo sería inestable. Pero la hipótesis de un electrón que gira continuamente alrededor del núcleo creaba un nuevo problema: era un hecho conocido que cualquier 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, moviéndose en espiral hasta caer sobre él. Bohr formuló una hipótesis sobre la estructura atómica, estableciendo una serie de postulados

Postulados del modelo atómico de Bohr El electrón sólo se mueve en unas órbitas circulares “permitidas” (estables) en las que no emite energía. El electrón tiene en cada órbita una determinada energía, que es tanto mayor cuanto más alejada está la órbita del núcleo. La emisión de energía se produce cuando un electrón salta desde un estado inicial de mayor energía a otro de menor energía. Simulación del modelo de Bohr para el átomo de hidrógeno: https://www.youtube.com/watch?v=d_p-adP3Rq4

Modelo atómico de Bohr: Absorción y emisión de energía en un átomo de hidrógeno

Identificación de los átomos Número atómico Corresponde al número de protones de un átomo. Se representa por la letra Z Corresponde al número de protones y de neutrones de un átomo. Se representa por la letra A Número másico

ISÓTOPOS Radioisótopos: No todos los átomos de un mismo elemento tienen la misma masa, es decir, pueden tener diferente número másico ISÓTOPOS Nº protones es invariable para todos los átomos, pero el nº neutrones no (del hidrógeno) Radioisótopos: Isótopos radiactivos de un elemento. Por ejemplo, el 14C es un isótopo radiactivo del 12C Sus aplicaciones se basan en que un isótopo radiactivo es, desde el punto de vista físico y químico, totalmente idéntico a su isótopo inactivo y se comporta exactamente igual en los procesos en los que interviene. Sin embargo, se trata de un átomo marcado que puede ser seguido en todas sus evoluciones químicas y biológicas gracias a las radiaciones que emite.

RADIOISÓTOPOS DE DIAGNÓSTICO Y TERAPIA APLICACIONES MÉDICAS Los isótopos radiactivos se usan en medicina para el diagnóstico y la terapia de enfermedades. Cuando se usan para diagnóstico, se procura que sólo emitan radiación gamma (radiaciones de alta energía, que pueden penetrar en el cuerpo). El radioisótopo va disuelto en una sustancia que le permite llegar hasta el órgano que se pretende investigar. La dosis de radioisótopo que se usa en la terapia de una enfermedad es mayor que la empleada para su diagnóstico. La cantidad de radiación debe ser controlada con objeto de que se destruya solamente las células dañadas y no los tejidos sanos. Control de la radiación: las zonas de los hospitales en las que el personal sanitario trabaja con materiales radiactivos están debidamente señalizados. RADIOISÓTOPOS DE DIAGNÓSTICO Y TERAPIA El yodo – 131, emisor de partículas beta y gamma, es eficaz para tratar el cáncer de tiroides. El cobalto – 60 es uno de los radioisótopos más utilizados en la terapia del cáncer. El rubidio – 82 se usa para el diagnóstico de lesiones coronarias.

Ejercicios de evaluación ¿A qué se deben los fenómenos eléctricos? ¿Qué carga tiene las partículas elementales? Para formar un anión de carga -1, el átomo debe… ¿Qué podemos encontrar en el núcleo de un átomo? A la existencia de dos tipos de cargas: positiva y negativa. Si ambas cargas son iguales, se repelen; y si son diferentes, se atraen. Las partículas elementales tienen las siguientes cargas: protón (carga positiva), electrón (carga negativa) y neutrón (sin carga) Ganar un electrón Protones y neutrones

Selecciona la respuesta correcta. Los electrones son partículas: sin carga con carga negativa con carga positiva Indica las frases que son falsas: Dalton predijo la existencia de electrones los electrones son más grandes que los átomos los electrones tienen carga negativa Al estar la masa del átomo concentrada casi toda en el núcleo, ¿cómo será este? poco denso muy denso igual de denso que el átomo completo

Bibliografía Decreto 127/2015, de 26 de mayo, por el que se establece el currículo de Educación Secundaria Obligatoria y de Bachillerato para la Comunidad Autónoma de Extremadura. “Física y Química” 3º Secundaria, Oxford Educación, Proyecto Ánfora. “Estructura atómica. Clasificación periódica de los elementos”, Física y Química, 3º ESO “Física y Química 3º ESO”, Instituto Superior de Formación y Recursos en Red para el profesorado del Ministerio de Educación, Política Social y Deporte. Youtube: “Modelo atómico de Bohr: Absorción y emisión de energía en un átomo de hidrógeno”