Tema

Subtema

Bloque

• Compara la escala hum• Representa números m

potencias de 10 y reconcantidades de esta mane

• Explica y valora la immedida para determinar

Ap

III. La química

2.1 ¿

•••

•

2. L

ANTECEDENTES/IDEAS PREVIA

Antecedentes Ciencias Naturales. Primaria., Sexhabilidades científicas” en esta esenciales de la ciencia así como ucomo la observación, la comparacdifusión de resultados, así como la Ciencias I. Bloque I, tema 3, subtmicroscópico y de la célula como u Ciencias II. Bloque I, tema 3 Prconocer más y mejor? (ámbito detema 1, subtema 1.1 “Característdel bloque V, proyecto 1 “La FísicCiencias III. Bloque I, tema 1, subel caso de la Química”; subtema 2.2. “¿Se pueden medir las propied

SECUENCIA DIDÁCTICA

ana con la astronómica y la microscópica. uy grandes o muy pequeños en términos de

oce que es más sencillo comparar e imaginar dichas ra. portancia del concepto de mol como patrón de

la cantidad de sustancia.

rendizajes esperados

transformación de los materiales: la reacción

Cómo contar lo muy pequeño? Las dimensiones del mundo químico. El vínculo entre los sentidos y el microcosmos. Número y tamaño de partículas. Potencias de

10. El mol como unidad de medida.

a medición de las reacciones químicas.

S

to grado, Bloque 4 ¿Adónde vamos?, Lección 31 “Las lección se trata de manera general los propósitos na breve descripción de algunas habilidades científicas ión, la medición, la experimentación, la explicación y importancia de los procesos científicos.

ema 3.2 “Implicaciones del descubrimiento del mundo nidad de los seres vivos”.

oyecto 3 ¿Cómo potenciamos nuestros sentidos para l conocimiento científico y la tecnología); bloque III, icas de la materia. ¿Qué percibimos de las cosas?” y a y el conocimiento del Universo”. tema 1.2 “Características del conocimiento científico: 2.1 “¿Qué percibimos de los materiales?” y subtema ades de los materiales?”.

1

Ideas Previas*

• Dierks (1981) sugiere que “…se acepta en general,…que los estudiantes necesitan tener un concepto claro de lo que significa cantidad de sustancia, si van a trabajar de manera exitosa con este concepto. Tal parece que dicho concepto sólo puede desarrollarse cuando la cantidad de sustancia se interpreta como una cantidad numérica”.

• Boujaoude y Barakat (2000) recomiendan a los profesores que ayuden a los estudiantes a desarrollar relaciones claras entre las ideas antes de plantearles problemas numéricos. Analizar cómo enfocan la resolución de problemas y que éstos estimulen el pensamiento y no meras aplicaciones de algoritmos.

* Kind, Vanessa, (2004), “Capítulo 9. Dificultades de los estudiantes con la estequiometria”, en Más allá de las apariencias. Ideas previas de los estudiantes sobre conceptos básicos de química, México, D.F., SEP/Edit. Santillana/Biblioteca para la actualización del maestro, pp. 98, 99.

Actividades sugeridas. Tiempo estimado de la secuencia: 6 horas Actividad de inicio Tiempo estimado: 15 min Previamente se comentará con los alumnos los aprendizajes esperados de la secuencia: ¿cómo contar lo muy pequeño?, qué se quiere lograr, mediante qué actividades y cómo se evaluará. Actividad 1. ¿Medir o contar? Tiempo estimado: 15 min

El profesor realizará unas pregunde la utilidad de “medir la macaracterísticas del tipo de materrazonamientos.

¿Qué es mejor?...

• ¿Medir la masa o contar la caaves de un zoológico duran

• ¿Medir la masa de una gran contar la cantidad de granos?

• ¿Medir la masa o contar la cun refresco?

• ¿Medir la masa o contar la ca Mediante lluvia de ideas, el profesoren una lámina, para tomarlas en cuen

Orientación didáctica

tas a los alumnos para explorar sus ideas previas acerca sa o contar objetos muy pequeños”, de acuerdo a las ia en cada situación expuesta, haciendo explícitos sus

ntidad de semillas de alpiste que se dará de comer a las te un mes? cantidad de arroz necesario para preparar una paella o ¿por qué? antidad de cristales de azúcar necesarios para endulzar

ntidad de granos de sal extraída del mar?

recopilará las principales ideas previas de los alumnos ta posteriormente.

2

Evaluación diagnóstica: Por medio de la participación de los alumnos, el profesor se dará cuenta de la facilidad de abstracción que tienen para identificar que, de forma indirecta, se puede medir la masa contando o viceversa. Esta posibilidad comprendida inicialmente con ejemplos macroscópicos con objetos identificables, será indispensable para comprender posteriormente la idea de mol y su utilidad. Actividades de desarrollo Actividad 2. “Entre dos infinitos” Tiempo estimado: 30 min Leer el siguiente fragmento del texto “Entre dos infinitos”, para propiciar el interés de los alumnos acerca de la escala humana, la astronómica y la microscópica.1 Posteriormente los alumnos en equipos pequeños, se reunirán para plantear 3 preguntas con relación al texto.

“Entre dos infinitos” Blas Pascal (1623-1662), matemático y filósofo francés, decía, no sin angustia, que todos los seres humanos viven entre dos infinitos. Uno era el infinitamente grande, formado por las estrellas, galaxias y nubes estelares, y otro el infinitamente pequeño mundo de los átomos. Hoy sabemos que efectivamente el universo es infinito, pero que el mundo de las células, moléculas, átomos y partículas es increíblemente diminuto, pero finito. Existen las partículas subatómicas y una de ellas, la más pequeña, el electrón, tiene una masa y una carga eléctrica definida y limitada. En ambas direcciones se proyecta la inteligencia humana en busca de comprensión y conocimiento de sus características, propiedades y naturaleza. En ambas, la química es una herramienta indispensable para alcanzar esos objetivos. El astrofísico, que ha sustituido al astrónomo en el estudio profundo del universo se preguntó: ¿cuál es la composición de la materia estelar? El análisis químico realizado con el espectroscopio y otros aparatos más modernos, le dio respuestas. Encontró que más de 98% de toda la materia estelar está formada por el elemento más sencillo que existe, el hidrógeno, cuya representación química o símbolo es H. La interacción de esos elementos y de las condiciones físicas de temperatura y presión se fue haciendo más compleja a lo largo de miles de millones de años hasta llegar a constituir los primeros seres vivos. De las estrellas procede la materia que nos constituye, somos polvo de estrellas. Tú, yo y todo los seres humanos, los animales y las plantas nos encontramos en medio de esas dimensiones: la infinita del cosmos y las pequeñísimas del mundo de los átomos. Gracias al quehacer de los hombres y mujeres que se ocupan de alcanzar el conocimiento en las diversas áreas de la ciencia, la inteligencia humana ha alcanzado a identificar sucesos que ocurrieron hace 16 000 000 000 de años y a predecir lo que ocurrirá dentro de 5 000 000 000 de años a partir de ahora.

1 García, Horacio, “Entre dos infinitos” en El universo de la Química, México, D.F. 2000 Primera edición, SEP/Editorial Santillana/Libros del Rincón, pág. 16-17

3

Elegir un representante del equipo para compartir a los demás compañeros las preguntas que plantearon, así como sus respuestas. Actividad 3 Tiempo estimado: 40 min ¿Escala humana, astronómica o microscópica? Pedir a los alumnos que comparen imágenes de partículas, objetos cotidianos y astronómicos según su magnitud; clasificar si el objeto pertenece a la escala humana, astronómica o microscópica, indicar ¿qué instrumento se necesita para visualizarlo?

Sol Tierra Venus Marte Mercurio La luna Asteroides 1,390,000km 12742km 12104 km 6780km 4880km 3474 km 530 km a 326 km Escala___________________________ ¿Se observa a simple vista?_____________________ ¿Requiere instrumentos para visualizarlos? ¿Cuáles? __________________________

Escala___________________________ ¿Se observa a simple vista?_____________________ ¿Requiere instrumentos para visualizarlos? ¿Cuáles? ________________________________________

4

Escala___________________________ ¿Se observa a simple vista?_____________________ ¿Requiere instrumentos para visualizarlos? ¿Cuáles? ________________________________________

Escala___________________________ ¿Se observa a simple vista?_____________________ ¿Requiere instrumentos para visualizarlos? ¿Cuáles? ________________________________________

Escala___________________________ ¿Se observa a simple vista?_____________________ ¿Requiere instrumentos para visualizarlos? ¿Cuáles? ________________________________________

5

Al terminar de clasificar las imágenes, los alumnos comentarán sus resultados con los demás equipos y el resto del grupo. Es importante que destaquen las dificultades que existen para hacer las mediciones en las escalas más grandes y más pequeñas y que propongan ideas para aproximar los resultados. El profesor debe orientar a los alumnos a la reflexión de sus conocimientos en relación a las escalas humana, astronómica y microscópica en la Química. Actividad 4 “De diez en diez” Tiempo estimado: 50 min

La notación científica es una herramienta útil para trabajar con números muy grandes o muy pequeños.

Orientación didáctica El profesor pedirá a los alumnos que utilicen la notación científica para expresar magnitudes muy grandes y muy pequeñas, con la finalidad de identificar la importancia y necesidad al realizar una estimación o comparación en química.

Pedir a los alumnos que, reunidos en equipo, expresen cantidades muy pequeñas o muy grandes utilizando la notación científica; para ello tienen que usar las tablas que se muestran posteriormente. En ocasiones, las cifras de números muy grandes o muy pequeños, se expresan en forma simplificada. Se presentan algunos ejemplos de magnitudes en la vida cotidiana en donde se tienen que expresar cantidades en notación científica para manejarlas de manera simplificada. Por ejemplo:

• La velocidad de la luz es de trescientos millones de metros por segundo, 300 000 000 m/seg. ________________________________________________

• Si hablamos de grandes cantidades de bytes, se puede decir que la capacidad de almacenamiento de datos de una gran computadora es de 500 Terabytes, o sea, una cantidad equivalente a ________________________bytes.

• Si nos referimos a la longitud de onda de los rayos cósmicos, se podría decir que su medida es inferior a 0,000000000000001 metros, la cual se puede representar como ___________________________________________________________________

Sin embargo, en los textos científicos o técnicos las cifras no aparecen escritas de forma tan grandes, sino más bien simplificadas, utilizando un procedimiento matemático denominado “notación científica”. Por tanto, las cifras del párrafo anterior seguramente aparecen escritas en textos de ciencia y técnica de la forma siguiente: “La velocidad de la luz es de 3 x 108 m/seg...”.

“La capacidad de almacenamiento de datos de la gran computadora es de 5 x 1014 bytes

“La longitud de onda de los rayos cósmicos es inferior a 1 x 10-14 metros...” Se nota la diferencia ¿verdad?

Como te habrás dado cuenta, de acuerdo a tus conocimientos en Matemáticas y aunado a la actividad anterior, es conveniente utilizar notación científica o exponencial junto con las unidades pertenecientes al Sistema Internacional de Unidades (SI), ya sean múltiplos o submúltiplos, que tienen como base el sistema decimal, es decir aumentan o disminuyen de diez en diez con respecto a la unidad, hasta llegar a mil y después el incremento o 6

decremento es de mil en mil indicado por un prefijo y el nombre de la unidad, como se puede observar en las tablas siguientes.

Múltiplos Prefijo Símbolo Valor en unidades Significado Notación

científica deca hecto kilo

mega giga tera

da h k M G T

10100

1 0001 000 000

1 000 000 0001 000 000 000 000

Diez veces la unidad Cien veces la unidad Mil veces la unidad Un millón de veces la unidad Mil millones de veces la unidad Un billón de veces la unidad

1×10¹ 1×10² 1×10³ 1×106

1×109

1×1012

Submúltiplos

Prefijo Símbolo Valor en unidades Significado Notación científica

deci centi mili

micro nano pico

femto atto

d c m µ n p f a

0.1 0.01 0.001 0.000001 0.000000001 0.000000000001 0.000000000000001 0.000000000000000001

décimas de unidad centésimas de unidad milésimas de unidad millonésimas de unidad mil millonésimas de unidad billonésimas de unidad mil billonésimas de unidad trillonésimas de unidad

1×10-1

1×10-2

1×10-3

1×10-6

1×10-9

1×10-12

1×10-15

1×10-18

En equipo, indicar a los alumnos que completen la siguiente tabla2 con el valor en unidades y su notación científica para que al final comparen resultados y valoren la utilidad de la notación científica. Después que realicen sus comentarios ante sus compañeros de equipo y de grupo.

Ejemplo Múltiplo/ submúltiplo

Valor en unidades Notación científica

Un camión ligero Masa media de una mujer

Cucharada de agua Grano de sal Masa del punto sobre esta i Partícula de humo Molécula humana de ADN

2 Mg

50 kg

5 g

100 µ

50 ng

1 pg

1 fg

2 Cfr.SEP, Libro para el Maestro. Educación Secundaria Química, SEP/CONALITEG, México, 1996, p. 41

7

Molécula de azúcar Átomo de hidrógeno Electrón

5.68 ×10-22g

1.67×10-24g

0.91×10-27g

Una vez que hayan completado la tabla anterior, solicitar a los equipos que comenten y valoren la utilidad de expresar y comparar las magnitudes grandes y pequeñas mediante la notación científica. Como parte de la evaluación de esta sesión es importante revisar los ejercicios realizados por los estudiantes. También pueden plantearse algunas preguntas al grupo en general para que sean respondidas por distintas personas, comprobando que han asimilado cómo manejar la notación científica, pues de aquí en adelante será de gran utilidad para comprender el manejo numérico y situar los fenómenos en su justa dimensión. Actividad 5 “El Nol para entender el Mol” Tiempo estimado: 60 minutos

Orientación didáctica

El mol no forma parte de la vida cotidiana, es la unidad de medida de cantidad de sustancia y por lo tanto constituye conocimiento científico, el cual es de difícil comprensión para los alumnos de secundaria, por ser un concepto abstracto. Es por ello que se requiere establecer relaciones y “puentes” de manera gradual entre cantidad de sustancia y mol, para que los alumnos vayan aprendiendo de manera significativa.

Se recomienda para este tipo de actividades, que el trabajo de los alumnos sea en equipo, realicen comentarios al interior de los mismos y pongan en común lo que comprendieron. ¿Qué es un nol? (I).3

En química, la cantidad de una sustancia se mide en la unidad llamada “mol”. En ésta actividad aprenderás el significado de esta medida.

Para simplificar las ideas, usaremos al principio una versión reducida del mol, al que llamaremos “el nol” y definiremos como sigue:

Un NOL de algo es la cantidad de ese algo que contiene exactamente 60 unidades.

Así, por ejemplo, un nol de tortillas son 60 tortillas, un nol de jitomates son ______ jitomates.

De acuerdo a lo anterior, realiza las siguientes conversiones: 3 SEP, “¿Qué es un nol?”, en Enseñanza de las Ciencias a través de Modelos Matemáticos. Química, México, 2000, SEP/CONALITEG, pág. 37-39

8

3 noles de lápices contienen ________________ lápices.

300 canicas equivalen a ___________________ noles de canicas.

0.5 noles de monedas contienen ____________monedas.

90 naranjas equivalen a ___________________ noles de naranjas.

Una tienda de mayoreo desea vender todos sus artículos en noles. Para esto, necesita saber la masa de un nol de cada una de sus mercancías. Responde a las preguntas siguientes:

• ¿Qué masa tiene un nol de tortillas si se sabe que en 1 kg hay 30 tortillas? _____________________________________________________________________

• ¿Qué masa tiene un nol de manzanas sabiendo que 5 manzanas equivalen a 1 kg? _____________________________________________________________________

• ¿Qué masa tiene un nol de hojas de papel sabiendo que 300 hojas equivalen a 1 kg? _____________________________________________________________________

• ¿Qué masa tiene un nol de vasos de papel sabiendo que 25 vasos equivalen a 50 g? _____________________________________________________________________

Con la información anterior, llena la siguiente tabla (algunos de los artículos tendrán que medir su masa en clase o en casa para poder completar la tabla):

Artículo: Masa en kg de un nol:

Tortillas

Manzanas 12

Hojas de papel

Vasos de papel 0.12 (120 g)

Canicas

Frijoles

Naranjas

Una fruta en la tienda tiene el letrero: “30 kg por nol”. ¿Es una fruta más grande o más pequeña que una manzana? _________________________ ¿Cuál es la masa de cada una de estas frutas? __________________ ¿Cuál fruta crees que es? _______________________

Completa la siguiente tabla para las manzanas:

Cantidad de noles:

Cantidad total de manzanas: Masa en kg:

60

30

15

0.1

3

1

9

Completa la siguiente tabla para las hojas de papel:

Cantidad de noles.

Cantidad total de hojas de

papel.

Masa en kg.

60 0.2

5

0.5

600

0.5

10

¿En dónde hay más unidades: en 10 noles de manzanas o en 10 noles de hojas de papel? ________________________________________________________________________

¿Cuál tiene mayor masa?

________________________________________________________________________

¿Cuántas veces más? ______________________________________________________ Es muy importante cerciorarse que, tanto los cálculos como la lógica de los mismos, se comprendan en estos ejemplos con cantidades y objetos que el alumno puede imaginar. Para ello, en la evaluación, revise los ejercicios anteriores o plantee otros similares para que se respondan de forma individual, tanto de manera oral como por escrito.

Actividad 6 “Vislumbrando ¿qué es el mol?” Orientación didáctica

Esta actividad (A) “Ciruelas y uvas” tiene la finalidad de que los alumnos identifiquen relaciones de proporcionalidad. (B) “Comprendiendo el concepto de mol” permite a los alumnos, en primera instancia, construir de manera gradual el concepto de mol, por medio de una actividad experimental y posteriormente (C) “¿Qué es un mol?” llegar a reflexionar sobre su significado y uso en la Química. Es muy importante valorar la participación activa de todos los alumnos.

Se espera que los alumnos puedan inferir al respecto, entonces, ¿qué es el mol? El mol se define como…”La unidad de medida de cantidad de sustancia”. Cuando se usa el mol, las entidades elementales deben ser especificadas, pudiendo ser 6.02x1023 átomos, moléculas, iones, electrones, otras partículas o grupos específicos de tales partículas.

10

Para que te des una idea, imagina que pudieras encadenar un mol de clips (6.02 × 10²³ clips) uno con otro y enrollar la cadena alrededor del mundo. Le daría la vuelta al planeta cerca de 400 billones de veces. Un mol de malvaviscos cubriría los Estados Unidos hasta una altura de 1050 km. Un mol de canicas de 2 cm de diámetro cada una formaría una montaña cuya altura sería 116 veces la del Monte Everest. No obstante lo grande que es un mol, si por ejemplo bebieras un mol de moléculas de agua, esta cantidad te dejaría bastante sediento en un día caluroso. Un mol de agua es menos de un décimo de una taza de agua: sólo 18 g (o 18 mL) de agua.1 A) “Ciruelas y uvas”4 Tiempo estimado para la actividad: 30 min Esta actividad se presenta para que los alumnos en equipos identifiquen las relaciones cuantitativas de proporcionalidad. El profesor debe solicitar a los alumnos que trabajen en equipo, realicen la lectura y contesten las preguntas, para después presentar sus respuestas.

Orientación didáctica Diversos artículos han analizado el contenido de los libros de texto sobre el tema (Ceverllati y otros, 1982; Furió y otros, 1999), llegando a la conclusión de que diversos libros todavía emplean la equívoca definición de mol como <<el peso molecular expresado en gramos>>, o que es <<como un número>>, <<como la docena del químico>>. Asimismo no se identifica a este concepto explícitamente con cantidad de sustancia, término que rara vez aparece en los textos, llegando al extremo de mencionarse en los problemas <<calcular el número de moles>> en lugar de <<calcular la cantidad de sustancia>>(Mills, 1989). Garritz, Andoni, et al (2002), El mol : un concepto evasivo. Una estrategia didáctica para enseñarlo. Alambique. Didáctica de las Ciencias Experimentales. No. 33. Pp. 99-109.

Piensas hacer una ensalada de frutas que tenga, entre otras cosas, el mismo número de ciruelas que de uvas. Llegas a la tienda y pides al vendedor treinta uvas y treinta ciruelas. Este, quien tiene una tozudez característica, te responde: <<aquí vendemos fruta por kilos. ¿Cuántos kilos de ciruela y cuántos kilos de uva desea?>>. ¿Qué hacer en este caso para salir de la tienda con treinta uvas y treinta ciruelas? Supones, para empezar, que cada ciruela tiene la misma masa que las otras ciruelas y que cada uva tiene la misma masa que cualquiera de las otras uvas. Pides un kilo de ciruelas. Cuentas las ciruelas que te dieron y encuentras que son quince. Pides ahora un kilo de uvas. Vuelves a contar cuidadosamente y son ciento veinte uvas. Haces el siguiente cociente:

120 uvas/kg 8 uvas --------------- = -----------

15 ciruelas/kg 1 ciruela 4 Garritz, Andoni, et al (2002), El mol: un concepto evasivo. Una estrategia didáctica para enseñarlo. Alambique. Didáctica de las Ciencias Experimentales. No. 33. Pp. 99-109.

11

Queda claro ahora que una uva pesa la octava parte de una ciruela. Tienes entonces la masa relativa de las ciruelas, con respecto al patrón “uva”: W ciruela 8 ------------ = --- W uva 1 Ocho uvas tienen la misma masa que una ciruela. Para pedir la misma cantidad de uvas y ciruelas debes pedir por lo tanto, la octava parte de uvas que de la masa de las ciruelas. Esto es lo básico en este ejemplo: contienen el mismo número de frutas las dos muestras, o sea, tanto una muestra dada de ciruelas que equivale ocho veces lo que otra muestra de uvas, como esa muestra de uvas. Por lo tanto, la masa relativa nos permite conducir siempre a muestras con el mismo número de frutas. Calculas rápidamente que para tener treinta ciruelas requieres de dos kilos y, por supuesto, para contar con treinta uvas necesitas la octava parte de los dos kilos. Inteligentemente le dices ahora al vendedor: <<Sabe, voy a necesitar otro kilo más de ciruelas y, además, no necesito tantas uvas, póngame solamente un cuarto de kilo>> García Cifuentes (1997) Así, el mol se introduce como la unidad básica de la magnitud cantidad de sustancia y la premisa del concepto de mol se ha interpretado como contar partículas mediante la masa (Dominic 1996). Preguntas:

¿Qué fue lo más interesante de la lectura? ¿Cuál es la ventaja de utilizar el mol como unidad de cantidad de sustancia? Para ti ¿qué es establecer proporciones? Da un ejemplo de proporciones y explica por qué lo consideras como tal.

Actividad experimental B) “Comprendiendo el concepto de mol”5 Tiempo estimado: 50 min

Orientación didáctica Ante la imposibilidad de contar o determinar la masa de átomos y moléculas, lo que se requiere es encontrar la relación entre la cantidad de sustancia y la masa. De igual manera si se dispone del uso de computadoras, se recomienda realizar algunos experimentos de simulación en las siguientes ligas: http://catedu.es/cienciaragon http://www.chemcollective.org/applets/stoich.php

¿Qué necesitamos? 1 taza de granos de arroz 1 taza de frijoles 5 Cfr. CATALÁ, Rodes Rosa María y Ma. Eugenia Colsa Gómez. (1997), “Una unidad nueva”, en Libro de recursos para el profesor Química 2, Edit. Santillana, Cuarta reimpresión, México, D. F., p. 150.

12

1 taza de lentejas 1 balanza granataria 6 moldes pequeños de gelatina ¿Cómo lo vamos a hacer? 1.- Forma un equipo de tres o cuatro integrantes y reúnan el material necesario. Midan con la balanza granataria la masa de 25 granos de arroz, 25 frijoles y 25 lentejas en diferentes moldes de gelatina. No olviden restar el valor del recipiente para obtener la masa de cada conjunto. 2.- Registren en la tabla los valores que obtuvieron. A esta nueva unidad que posee 25 elementos le llamaremos mec, de manera que ahora disponen de 1 mec de arroz, 1 mec de frijoles y 1 mec de lentejas. 3.- Coloquen en cada uno de los restantes recipientes 5.2 mecs de arroz, 0.5 mec de frijoles y 12 mecs de lentejas. Utilicen la balanza, no cuenten los granos. Realicen los cálculos utilizando los datos de las primeras mediciones. ¿Qué ocurrió? Registren los resultados completen la tabla Semillas Núm. de granos Núm. de mecs Masa en gramos

Arroz 25 1 Frijol 25 1

Lenteja 25 1 Arroz 5.2 Frijol 0.5

Lenteja 12

Después de calcular el número de granos, cuéntenlos y contesten ¿Qué similitudes encuentras entre un mec y un mol? ¿Hay diferencias entre los valores calculados y los obtenidos experimentalmente? ¿A qué se debe? Comenten en el interior del equipo y con el resto del grupo si con esta actividad identifican la utilidad del mol como unidad de cantidad de sustancia. Los átomos son partículas extraordinariamente pequeñas y por eso no es posible percibirlas a simple vista y mucho menos contarlas, aunque hoy, gracias a los avances científicos y tecnológicos, es posible, observar su sombra a través de aparatos muy potentes, conocidos como “microscopios de efecto túnel”.

13

Orientación para el profesor En una cadena de 10 g de átomos de oro o en un anillo de plata hay muchos átomos, por lo que necesitamos algo más grande que una gruesa o un millar para contarlos. Para esto fue necesario definir una unidad de cantidad de sustancia. La unidad que se utiliza para medir la cantidad de sustancia se llama mol. La palabra mol proviene de “mole”, pila o montón. Se utilizó en este contexto para indicar que el número de partículas contenidas en un mol es enorme. Para saber cuántos átomos hay en un mol, se estiman los átomos que hay en 12 gramos de carbono -12. Los científicos han determinado por métodos indirectos que la masa de un átomo de C-12 es 1.992 × 10 -²³ g. Esto quiere decir que en 12 g de C-12 hay:

12 g de C-12 = 6.02 ×10²³ átomos de carbono 12 1.992 ×10-²³ g de C-12 Átomo de C-12 En 12 gramos de C-12 hay 6.02 × 10²³ átomos. Por tanto un mol de átomos es igual que 6.02 × 10²³ átomos. En general podemos decir que en un mol hay 6.02 × 10²³ unidades (partículas, moléculas, iones, átomos, electrones). 1 mol= 602 000 000 000 000 000 000 000 A esta relación se le conoce como el número de Avogadro y también se puede representar como 6.02 × 10²³ unidades/mol

Los alumnos formarán pequeños grupos, cambiándose de equipo para que no queden los mismos elementos y así pueda haber rotación de roles, interacciones diferentes y mayor enriquecimiento en sus aprendizajes, para realizar la hoja de trabajo ¿qué es un mol?, de las actividades de Enseñanza de las Ciencias a través de Modelos Matemáticos (ECAMM)

C).- ¿Qué es un mol?6 Tiempo estimado: 30 min

Orientación didáctica El profesor debe orientar a los alumnos para que logren llegar a la integración de sus conocimientos y valorar la importancia del concepto de mol en la Química, como la unidad de medida que hace posible las reacciones químicas.

En química, el mol, es la cantidad de sustancia (química) que contiene un número determinado de partículas (átomos o moléculas). La pregunta es: ¿qué cantidad de partículas sería conveniente para esta unidad? ¿Mil? ¿Un millón?

Pensemos en lo siguiente: la masa en gramos de un átomo de carbono (C) es aproximadamente:

Masa átomo de carbono ≈ 2 × 10-23 g

Así por ejemplo, si tomáramos al mol como un millón (106) de partículas, un mol de átomos de carbono tendría una masa de:

Masa de 1, 000,000 de átomos de carbono ≈ 106 × 2 × 10-23 g = _________________ 6 SEP, “¿Qué es un mol?”, en Enseñanza de las Ciencias a través de Modelos Matemáticos. Química, México, 2000, SEP/CONALITEG, pág. 40-42

14

Notarás que sigue siendo una cantidad insignificante.

Una buena idea sería tomar al mol como 1023 partículas para eliminar el exponente –23 de arriba. Si fuera así, tendríamos que un mol de átomos de carbono tendría una masa de:

Masa de 1023 átomos de carbono ≈ 1023 × 2 × 10-23 g = _______________________

Este resultado de 2 g ya es una cantidad razonable para trabajar con ella.

Pero recordemos que la masa atómica del carbono es de 12 unidades. Así, una mejor idea para que el mol contenga esta cantidad en gramos sería tomar al mol como seis veces más, es decir, 6 × 1023 partículas. Con esto:

Masa de un mol de átomos de carbono = __________

Masa de 6 × 1023 átomos de carbono ≈ 6 × 1023 × 2 × 10-23 g = __________

Por su conveniencia, ésta es la medida que se utiliza en química. Se define como sigue:

1 mol es la cantidad de sustancia que contiene 6 × 1023 partículas

Nota que el mol representa un número enorme de partículas:

6 × 1023 partículas = 600, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 partículas

Así, la masa de un mol de átomos de carbono es de 12 gramos, que coincide con el valor de su masa atómica. ¿Será cierto para otros elementos? Estudiemos otro ejemplo:

La masa en gramos de un átomo de calcio (Ca) es aproximadamente:

Masa átomo de calcio ≈ 6.67 × 10-23 g

Así tendremos que:

Masa de un mol de átomos de calcio =

Masa de 6 × 1023 átomos de carbono ≈ 6 × 1023 × 6.67 × 10-23 g = ________

La masa atómica del calcio es aproximadamente igual a 40.

¿Coincide tu resultado anterior con este valor? ___________________ Así, la masa de un mol de átomos de calcio es de 40 g, que coincide con el valor de su masa atómica.

En general podemos escribir:

El valor de la masa atómica de un elemento representa la masa en gramos de un mol de ese elemento.

El sodio (Na) tiene una masa atómica de 23. Esto quiere decir que un mol de átomos de sodio tiene una masa de 23 g. El aluminio (Al) tiene una masa atómica de 27.

Esto quiere decir que un mol de átomos de aluminio tiene una masa de ________________

¿Qué contiene mayor masa: un mol de átomos de carbono o un mol de átomos de calcio? Explica.

¿Cuál de ellos tiene mayor número de átomos? __________________________________

¿Qué masa tienen 2 moles de carbono? ___________________ ¿Qué masa tienen 2 moles de calcio? ________________________________________________________________

¿Cuántos moles son 120 g? __________________________________________________

¿Cuántos moles son 120 gramos de calcio? _____________________________________

15

Ahora comenten y comparen sus resultados con los demás equipos y realicen sus conclusiones acerca del significado de mol. La evaluación de las tres actividades anteriores, A, B y C, debe hacerse de forma continua por medio de la revisión del trabajo realizado y de la participación activa de los alumnos comentando sus dudas y respondiendo preguntas que el profesor plantee para sondear si se van comprendiendo las ideas. Actividad de cierre Actividad 7 “¿Qué aprendí?” Tiempo estimado: 40 minutos

Orientación didáctica El profesor debe orientar los comentarios de los alumnos para que logren llegar a la reflexión de sus conocimientos y a valorar la importancia del concepto de mol en la Química, como la unidad de medida que hace posible las reacciones químicas.

A manera de evaluación el profesor pedirá a los alumnos que en forma individual, elaboren su propio mapa conceptual, acerca del mol y lo confronten con el resto del grupo. Asimismo, lo pueden enriquecer con las aportaciones de sus compañeros. Para guiarse en la elaboración del mapa conceptual, no olviden partir del concepto más importante, retomar el significado de mol de la actividad anterior. Pueden guiarse por los siguientes cuestionamientos:

• ¿Qué es un mol? • ¿Cuál es su utilidad en la Química? • ¿Es mejor medir y/o contar cantidades de objetos muy grandes y partículas muy

pequeñas? • Dimensiones y escalas de la Química. • Forma de medir la cantidad de sustancia en la Química. • Considerar al mol como la cantidad de sustancia que tiene 6 × 1023 partículas,

átomos o moléculas. • Establecer proporciones. • Ventajas de utilizar el mol como unidad de cantidad de sustancia.

Bibliografía consultada

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