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1.IntroduccióndelaunidaddidácticaLa presente unidad forma, junto a la unidad 4, el bloque perteneciente a la estructura interna de

la materia. Es importante que se haga referencia a las propiedades eléctricas de la materia para in-troducir el estudio de la estructura profunda de esta.

El estudio de los distintos modelos atómicos será un viaje hacia el interior de la materia a la vezque servirá de ejemplo didáctico sobre cómo funciona la ciencia. Por primera vez, el alumnado seenfrentará a los conceptos relacionados con el núcleo atómico. Esta unidad será un puente hacia lacomprensión posterior de la unidad relativa a la tabla periódica.

2.SugerenciasdidácticasparaeldesarrollodelaunidadEn la presentación de la unidad destacan varios elementos visuales importantes:

• En la imagen a doble página se observa el interior de un acelerador de partículas. Para un estudiodetallado de la materia, es necesario obtener grandes energías, por eso los aceleradores son las ma-yores construcciones científicas humanas.

• La cita de Sócrates da cuenta del funcionamiento interno de la ciencia. Los modelos atómicos hanido experimentando cambios a medida que han ido apareciendo anomalías, gracias a la investiga-ción científica. Si hoy tenemos un conocimiento bastante acertado del átomo, se debe a que se hanido detectando y salvando errores.

• La fotografía de la nebulosa intenta expresar que los procesos internos del átomo están presentesen todos los fenómenos naturales, incluidos los astronómicos.

• La fotografía en la que aparece instrumentación médica es la muestra de cómo hemos aprendido

a utilizar el poder del átomo para nuestro beneficio.

• La fotografía de los monitores procura mostrar la importancia en la investigación científica deltratamiento de los datos.

Estructurainternadelátomo:modelosatómicos

Para estudiar este epígrafe es necesario contextualizarlo, introduciéndolo con los fenómenos quesugiere la existencia de los átomos. Por tanto, se puede empezar repasando el modelo cinético me-diante un sondeo oral.

A continuación debe dejarse claro el significado de “modelo científico” y mostrarse cómo un mo-delo más completo sustituye o abarca a uno anterior. De este modo, se muestra la propia evoluciónde la ciencia.

5 El átomo

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Unidad5

Modelosprenucleares

Aquí se estudian dos modelos atómicos, el de Dalton y el de Thomson. La importancia del modelode Dalton radica en que es el primer modelo que demuestra científicamente la existencia del áto-mo. Sin embargo, debe quedar claro su carencia (considera el átomo indivisible) y cómo la resuelveThomson: con el descubrimiento del electrón. De hecho, se dedica un apartado al montaje experi-mental que Thomson usó para la demostrar la existencia del electrón. Hay que hacer hincapié enque este experimento es un hito histórico, pues con él se evidencia que el átomo es divisible.

Modelosnucleares

El modelo de Rutherford es el primer modelo atómico que tiene en cuenta el núcleo, punto delque se debe partir para explicar el presente epígrafe: “Experimento de Rutherford”. Será necesariorealizar los dibujos del experimento de Rutherford en el cuaderno, para que el alumnado entiendael procedimiento. Antes de leer las conclusiones, es interesante sondear a los alumnos para ver si soncapaces de llegar ellos mismos.

El modelo de Bohr es el primer modelo en el que se dejan ver conceptos de mecánica cuántica,por esta razón puede ser de difícil comprensión para el alumnado. El estudio previo del espectro dela luz electromagnética puede ayudar a contextualizarlo. La sección “Ciencia en casa” de este apar-tado presenta un procedimiento casero de confeccionar un espectro.

El modelo de orbitales es el último de este epígrafe. La expresión matemática de este modelo esmateria que escapa con creces al nivel educativo en el que nos encontramos. Por tanto, hay que dejarclaro que los orbitales son soluciones de un tipo concreto de ecuaciones. Por ejemplo, puede escri-birse en la pizarra una ecuación de primer grado con una incógnita, luego una con dos y comparar eltipo de soluciones. En el primer caso, tenemos un número y en el segundo, un punto. De la mismaforma, hay ecuaciones cuyas soluciones pueden ser cuerpos con volumen.

Átomosyelementos

El enfoque de este epígrafe es práctico, en el sentido de que hay que dar varios ejemplos para dejarclara la diferencia entre el número másico y el número atómico. Las actividades resueltas han derealizarse de forma guiada en la pizarra para que sirvan de ejemplo. La mayoría de las actividadessobre iones, isótopos, número atómico y número másico son muy mecánicas, por eso deben aportar-se ejemplos. Por supuesto que el contenido teórico y conceptual es importante, pero es más sencilloentenderlo cuando la terminología se domina correctamente.

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3.Recursosdidácticosdeatenciónaladiversidad

A)Actividadesderefuerzo

Nombre:_____________________________________

Apellidos:___________________________________________________________________________________

Curso: ______________________________________ Grupo: ______________________________________ Fecha: ___________ /_____________ /____________

1 Escribedebajodecadadibujoelnombredelcientíficoquedescribióelmodeloatómicocorrespondiente.

2 Elcobresepresentaenlanaturalezaendosisótopos:63Cu,enun69,17%y65Cuenun30,83%.Cal-culalamasaatómicarelativadelcobresiguiendolospasosqueseindican:

Ar(Cu)=————————————=————————————

3 Relacionacadapartículaconsucaracterística:

a)Electrón. 1)Seencuentraenelnúcleoyconcargapositiva.b)Protón. 2)Esdecarganeutrayestáenelnúcleo.c)Neutrón. 3)Tienecarganegativayseencuentraenlacorteza.

4 Completa:

a)Elnúmero_________Zeselnúmerode_________quetieneel_________deun_________.b)Elnúmero_________Aeselnúmerode_________quetieneel_________deun_________.Esto

quieredecirqueeslasumadelnúmerode_________ydelnúmerode_________.

5 Rellenalasiguientetabla.Recuerda:

Símbolo Z A Protones Neutrones Electrones

6

12C

27Al

U n i d a d

5 .

E l á t o m o

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M a t e r i a l f o t o c o p i a b l e a u t o r i z a d o .

a)Modelode__________ b)Modelode__________ c)Modelode__________

Carga positiva Electrones (carga negativa)

-

-

-

-- -

-

+

-

-

-

-

-

m1·p1+m2·p2 63u·69,17+.......100 ........

A

Z X A = Z + N

Número másicoSímbolo del

elementoNúmero atómico

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B)Actividadesdeampliación

Nombre: _____________________________________ Apellidos: ___________________________________________________________________________________


1 Encadacaso,uneelmodeloconsuinconvenienteoinconvenientes:

a)ModelodeDalton. 1)Loselectronesacabaríancayendoalnúcleo.b)ModelodeThomson. 2)Describeelátomocomoindivisible.c)ModelodeRutherford. 3)Notieneencuentaelnúcleo.

2 Didequétipodeorbitalsetratacadadibujo:

3 Completalassiguientesfrases:

a)Elmodeloatómicode_________hapasadoalaHistoriacomoelprimermodeloatómico.Explicalasleyes_________delaépoca.Unerroresqueconsideralosátomoscomo_________.

b)Elmodeloatómicode_________escapazdesuperarlosinconvenientesdelmodelode_________.Sugranéxitoesqueexplicaporquélosespectrosatómicosnoson_________.Suinconvenienteesquenosdaunavisióndelátomoen_________dimensiones.

4 Efectúalasoperacionesqueseindican:

a)Lamasaenkgdeunátomodedeuterioes…b)Lamasaenkgdeunátomodetritioes…c)Lamasaenkgdeunátomoquetieneunamasaatómicade3,5u.

d)LacargaCdeunnúcleodeC-12es…NOTA:losdosprimerosapartadosdebenhacersemedianteelrecuentoindividualdelaspartículasconstituyentes.Paraeltercerapartado,sehadeusarelfactordeconversióncorrespondiente.

5 Rellenalasiguientetabla:


135Ba

67Zn

40Ca2+

127I-

a)Orbitaltipo_____ b)Orbitaltipo_____ c)Orbitaltipo_____

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U n i d a d

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E l á t o m o4.Propuestasdeevaluación

A)Evaluacióndecontenidos

Nombre:_____________________________________

Apellidos:___________________________________________________________________________________


1 Comentacuálesladiferenciaentrelosmodelosatómicosprenuclearesylosnucleares.Hazunalistaconlosmodelosdecadatipo.

2 Explicaenquéconsisteelmontajedelexperimentodelaláminadeoro.Rellenaloscuadrosdelaimagenconlosnombrescorrespondientesydiquiénrealizóesteexperimento.

3 Explicadetalladamentecuálessonlasconclusionesdelexperimentodelaactividadanterior.

4 ¿Quéimportanciatienenlosfenómenoseléctricosenlaevolucióndelosmodelosatómicos?Dienquémodelotienemásrelevanciayquésedescubregraciasaellos.

5 ¿Quédiferenciahayentreórbitayorbital?

6 Unátomode25u,¿quémasatieneexpresadaenkg?

7 Define:isótopo,elemento,masaatómicaynúmeroatómico.

8 Unátomocon20protonesy18electrones,¿quécargaeléctricatiene?

9 Paralossiguientesátomos,encuentraZ,A,yelnúmerodelasdistintaspartículasquecontiene:

2760Coy135Ba2+

10 ElisótopoAg-107existeenunporcentajedel51,84%,frentealAg-109queseencuentraenunpor-centajede48,16%.¿Cuáleslamasarelativadelaplata?

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B)Evaluacióndecompetencias

Nombre: _____________________________________ Apellidos: ___________________________________________________________________________________


Lapartículaquenosllevóalátomo“Thomson demostró que dichas partículas estaban cargadas negativamente y que eran un constituyentecomún de toda la materia, dado que cualquier gas puesto en su tubo de descarga producía rayos cató-dicos con la misma proporción de carga masa. De la electrolisis de soluciones ácidas, se concluyó quela razón entre carga y masa de los iones de hidrógeno era unas dos mil veces menor, de lo que dedujoThomson que la masa de un ion de hidrógeno era unas dos mil veces mayor que la de una partícula de losrayos catódicos, un electrón, siendo sus cargas iguales aunque de signo opuesto. La deducción de Thom-son se vio confirmada cuando se midió la carga de un electrón, gracias sobre todo a Millikan en América,quien de 1913 a 1917 examinó los movimientos de gotas de aceite cargadas entre campos electrostáticosy gravitatorios opuestos. Descubrió que la carga menor que tomaba una gota de aceite era igual al míni-

mo común múltiplo de las cargas más elevadas que podía recibir la gota, lo que consideró como la cargade un electrón aislado.”

Historia de las ciencias 5 , Stephen Mason.

Cuestionespropuestas

1 ¿EnquéconsisteelmontajeexperimentaldeThomson?

2 ¿Porquéestaluminiscenciarecibíaelnombrederayoscatódicos?

3 ¿CómosupoThomsonquelaspartículasquedescubrióeranunconstituyentebásicodetodalamateria?

4 ¿Cuáleselnombrequerecibenestaspartículas?

5 Calculalaproporcióncarga-masadelelectrón.6 ¿Apartirdequésededujoqueuniondehidrógeno(unprotón)esunasdosmilvecesmáspesado

quelaspartículasdelosrayoscatódicos?

7 ¿GraciasaquiénsedemostróqueeraciertalahipótesisdeThomson?

8 DescribeelmodeloatómicodeThomson.

9 Explicacuáleslaconsecuenciadeldescubrimientodelelectrónrespectoalconocimientodelátomo.

10 ¿CuáleraelfalloprincipaldelmodelodeThomson?

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P r o p u e s t a

d i d á c t i

c a

p o r u n i d a d e s

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5.Solucionesdelosrecursosdidácticosdeatenciónaladiversidadydelaspropuestasdeevaluación

Solucionesdelasactividadesderefuerzo1

a)Thomson,b) Rutherford, c) Bohr.2 Ar (Cu) = 63,62 u.

3a)3,b)1,c)2.

4 a) El número atómico Z es el número de protones que tiene el núcleo de un átomo.b)El número másico A es el número de partículas que tiene el núcleo de un átomo. Esto quiere decir que

es la suma del número de protones y del número de neutrones.5


612C 6 12 6 6 6

27Al 13 27 14 13 14

Solucionesdelasactividadesdeampliación1 a-2, a-3, b-3, c-1.

2 a) Tipo s.b)Tipo d.c) Tipo p.

3 a) El modelo atómico de Dalton ha pasado a la Historia como el primer modelo atómico. Explica las leyesquímicas de la época. Un error es que considera los átomos como indivisibles.

b)El modelo atómico de Bohr es capaz de superar los inconvenientes del modelo de Rutherford. Su gran

éxito es que explica por qué los espectros atómicos no son continuos. Su inconveniente es que nos dauna visión del átomo en dos dimensiones.

4 a) Un átomo de deuterio tiene un protón, un neutrón y un electrón, por tanto, la masa será: mp

+ mn+ m

e

= 3,349 · 10-27 kg.b)2 · m

p+ m

n+ m

e= 5,024 · 10-27 kg.

c) 3,5 u · —————————=5, 81 · 10-27 kg.

d)6mp+ 6m

n= 2,009 · 10-27 kg.

5

Símbolo Z A Protones Neutrones Electrones135Ba 56 135 56 79 56

67Zn 30 67 30 37 30

40Ca2+ 20 40 20 20 18

127I- 53 127 53 74 54

Solucionesdelaevaluacióndecontenidos1 En los modelos prenucleares no se tiene en cuenta el núcleo y en los nucleares, sí.

• Prenucleares: Dalton y Thomson.

• Nucleares: Rutherford, Bohr y de orbitales.

1,66 · 10-27 kg

1 u

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Unidad5

2 La respuesta a esta cuestión está desarrollada en el epígrafe 3.1.

3 La respuesta a esta cuestión también está desarrollada en el epígrafe 3.1.

4 Gracias a los fenómenos eléctricos, Thomson pudo descubrir los electrones y, con ellos, demostró quelos átomos son divisibles.

5 Mientras que la órbita describe una trayectoria fija para los electrones (Bohr), los orbitales son zonas del

espacio donde existe cierta probabilidad de encontrar los electrones (modelo actual).6 4,15 · 10-26 kg.

7 Las definiciones son las siguientes:

• Isótopos: átomos que tienen igual número de protones, pero distinto número de neutrones.

• Elemento: son átomos que tienen el mismo número de protones, es decir, están definidos por el númeroatómico Z.

• Masa atómica: es el número de veces que un átomo contiene la unidad de masa atómica.

• Número atómico: número de protones que tiene el núcleo de un átomo

8 Contiene un exceso de 2 protones, por tanto, la carga será: 3,2 · 10-19 C, positiva.

9

Átomo Z A Protones Neutrones Electrones

2760Co 27 60 27 33 27

135Ba2+ 56 135 56 79 54

10 Ar (Ag) = 107,96 u.

Solucionesdelaevaluacióndecompetencias

1 Se introducen gases enrarecidos en tubos de vacío y se les somete a altos voltajes.2 Porque pudo comprobarse que partían del cátodo.

3 Porque aparecían independientemente del gas que se utilizara.

4 Electrones.

5 Basta dividir la carga del electrón entre su masa: 1,76 · 1011 C/kg.

6 A partir de la electrolisis de soluciones ácidas.

7 Gracias a Millikan, con su experimento de la gota de aceite.

8 Ver epígrafe 2.2. del libro.

9 Al existir una partícula dentro del átomo, se deduce que el átomo es divisible.

10 El fallo es que suponía un átomo macizo, positivo con electrones incrustados, es decir, no concebía el nú-cleo ni las partículas de este.

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