Pensamiento: Científico tecnológico

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1 Subdirección de Educación Departamento de Educación Contratada Colegio CAFAM Bellavista CED GUIA DE APRENDIZAJE Guía No: 3 Pensamiento: Fecha: Docente: Vicente Castellanos Castro Científico tecnológico Asignatura: Química Grado: Noveno Saber-Saber: Reconocer algunos aspectos históricos sobre la estructura y el modelo del átomo para la construcción de conceptos químicos. Saber Hacer: Identificar algunos conceptos químicos que en el transcurso del tiempo han tenido distintas transformaciones en relación con el concepto del átomo. Saber Ser: Valorar y reconocer la historia de las ciencias como fundamento de la ciencia y tecnología actual. ACTIVADOR COGNITIVO 1. Determine cuál de estas dos ardillas llegara al centro y se comerá las bellotas? 2. Encuentre las cinco diferencias entre las ardillas 3. Coloree los cinco animales ocultos en el árbol ACCESO A LA INFORMACION Prerrequisitos y preconceptos: La historia de la química La historia de la química abarca un periodo de tiempo muy grande que va desde la prehistoria hasta el presente, y está ligada al desarrollo del hombre y su conocimiento de la naturaleza. Las civilizaciones antiguas ya usaban tecnologías que demostraban su conocimiento de las transformaciones de la materia, y algunas servirían de base a los primeros estudios de la química. Entre ellas se cuentan la extracción de los metales de sus menas, la elaboración de aleaciones como el bronce, la fabricación de cerámica, esmaltes y vidrio, la fermentación de la

2 cerveza y el vino, la extracción de sustancias de las plantas para usarlas como medicinas o perfumes y la transformación de las grasas en jabón. Ni la filosofía ni la alquimia, la protociencia química, fueron capaces de explicar la naturaleza de la materia y sus transformaciones. Sin embargo, a base de realizar experimentos y registrar sus resultados los alquimistas establecieron los cimientos de la química moderna. El punto de inflexión se produjo con la obra de 1661, The Sceptical Chymist (El químico escéptico) de Robert Boyle, donde separó claramente la química de la alquimia, y en adelante la química aplicaría el método científico en sus experimentos. Se considera que la química alcanzó el rango de ciencia de pleno derecho con las investigaciones de Antoine Lavoisier, en las que basó su ley de conservación de la materia, entre otros avances que asentaron los pilares fundamentales de la química. A partir del siglo XVIII la química adquiere definitivamente las características de una ciencia experimental moderna. Se desarrollaron métodos de medición más precisos que permitieron un mejor conocimiento de los fenómenos y se desterraron creencias no demostradas. La historia de la química se entrelaza con la historia de la física, como en la teoría atómica, y en particular con la termodinámica desde sus inicios con el propio Lavoisier, y especialmente a través de la obra de Willard Gibbs. Nueva Información: El átomo en la antigüedad En el siglo V a. C., el filósofo griego Leucipo sostenía que había un sólo tipo de materia y pensaba que si dividíamos la materia en partes cada vez más pequeñas, obtendríamos un trozo que no se podría cortar más. Demócrito llamó a estos trozos átomos ("sin división"). El concepto de átomo de Leucipo fue retomado por su estudiante más destacado el filósofo Demócrito. La filosofía atomista de Leucipo y Demócrito podría resumirse en: 1. Los átomos son eternos, indivisibles, homogéneos e invisibles. 2. Los átomos se diferencian en su forma y tamaño. 3. Las propiedades de la materia varían según el agrupamiento de los átomos. La teoría atómica de Dalton En 1808, John Dalton publicó su teoría atómica, que retomaba las antiguas ideas de Leucipo y de Demócrito. Según la teoría de Dalton: Los elementos están formados por partículas diminutas, indivisibles e inalterables llamadas átomos. Dalton estableció un sistema para designar a cada átomo de forma que se pudieran distinguir entre los distintos elementos. Los átomos de un mismo elemento son todos iguales entre sí en masa, tamaño y en el resto de las propiedades físicas o químicas. Por el contrario, los átomos de elementos diferentes tienen distinta masa y propiedades. De la teoría atómica de Dalton se pueden obtener las siguientes definiciones: - Un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que conserva sus propiedades. - Un elemento es una sustancia pura que está formada por átomos iguales. - Un compuesto es una sustancia que está formada por átomos distintos combinados en una relación numérica sencilla y constante. Modelos atómicos En Ciencia, un modelo intenta explicar una teoría mediante una comparación. Un modelo será tanto más perfecto cuanto más claramente explique los hechos experimentales. El modelo es válido mientras explica lo que ocurre en los experimentos; en el momento en que falla, hay que modificarlo. Modelo atómico de Thomson Por ser tan pequeña la masa de los electrones, el físico inglés J. J. Thomson supuso, en 1904, que la mayor parte de la masa del átomo correspondía a la carga positiva, que, por tanto, debía ocupar la mayor parte del volumen atómico. Thomson imaginó el átomo como una especie de esfera positiva continua en la que se encuentran incrustados los electrones (como las pasas en un pudin). Este modelo permitía explicar varios fenómenos experimentales como la electrización y la formación de iones:

3 La electrización: Es el exceso o la deficiencia de electrones que tiene un cuerpo y es la responsable de su carga eléctrica negativa o positiva. La formación de iones: Un ion es un átomo que ha ganado o ha perdido electrones. Si gana electrones tiene carga neta negativa y se llama anión y si pierde electrones tiene carga neta positiva y se llama catión. Modelo atómico de Rutherford El modelo de Thomson tuvo una gran aceptación hasta que, en 1911, el químico y físico inglés Ernest Rutherford y sus colaboradores llevaron a cabo el "Experimento de Rutherford" por medio del cual se diseño el modelo atómico de Rutherford. El Modelo atómico de Rutherford o modelo nuclear establece que: - El átomo tiene un núcleo central en el que están concentradas la carga positiva y casi toda la masa. - La carga positiva de los protones del núcleo se encuentra compensada por la carga negativa de los electrones, que están fuera del núcleo. - El núcleo contiene, por tanto, protones en un número igual al de electrones del átomo. - Los electrones giran a mucha velocidad alrededor del núcleo y están separados de éste por una gran distancia. Modelo atomico de Sommerfeld El físico alemán Arnold Sommerfeld, crea en 1916, el modelo atómico que lleva su nombre, para dar algunas mejoras al modelo atómico de Bohr, ayudándose de la relatividad de Albert Einstein, teoría que había conocido al entrar como profesor en la Universidad de Munich, cuando aun la teoría de la relatividad no estaba aceptada. El modelo atómico de Bohr, tenía algunas insuficiencias, ya que aunque funcionaba perfectamente para el átomo de hidrógeno, no funcionaba de igual manera para dar explicación a los espectros realizados para otros átomos de otros elementos, donde se veía claramente que los electrones de un mismo nivel energético poseían diferentes energías. Lo cual hacía evidente, que algo faltaba en ese modelo. Sommerfeld, llegó a la conclusión, de que este comportamiento de los electrones se podía explicar, diciendo que dentro de un mismo nivel de energía existían distintos subniveles energéticos, lo que hacía que hubiesen diversas variaciones de energía, dentro de un mismo nivel teóricamente, Sommerfeld había encontrado que en algunos átomos, las velocidades que experimentaban los electrones llegaban a ser cercanas a la de la luz, así que se dedicó a estudiar los electrones como relativistas. Fue en 1916 cuando Sommerfeld perfeccionó el modelo atómico de Bohr, intentando solucionar los dos defectos principales de ese modelo. De este modo, hizo dos básicas modificaciones: Los electrones describían órbitas cuasi- elípticas. Velocidades relativistas. Sommerfeld defendió, que el núcleo de los átomos no es permanece quieto, sino que ya sea electrón o núcleo, ambos realizan un movimiento entorno al centro de masas del sistema, que se encontrará cercano al núcleo debido a que posee una masa miles de veces mayor que la masa del electrón. Esto hacía coincidir las frecuencias calculadas con las experimentadas. Las líneas espectrales se desdoblaban y para explicar este punto, Sommerfeld, usando buenos espectroscopios, supuso que los electrones podían tener orbitas tanto elípticas como circulares. Añade el número cuántico secundario ( l) e indica en la órbita del electrón, el momento angular de éste como, hallando los subniveles de energía para cada nivel cuántico. Modelo atómico cuántico La teoría de Bohr explicaba muy bien lo que sucedía con el átomo de hidrógeno, pero se presentó inadecuada para esclarecer los espectros atómicos de otros átomos con dos o más electrones. Hasta 1900 se tenía la idea de que la luz poseía carácter de onda. A partir de los trabajos realizados por Planck y Einstein, este último propuso que la luz sería formada por partículas-onda, o sea, según la mecánica cuántica, las ondas electromagnéticas pueden mostrar algunas de las propiedades características de partículas y vice-versa. La naturaleza dualistica onda-partícula pasó a ser aceptada universalmente. En 1924, Louis de Broglie sugirió que los electrones hasta entonces considerados partículas típicas, poseerían propiedades semejantes a las ondas. A todo electrón en movimiento está asociada una onda característica (principio de dualidad). Entonces, si un electrón se comporta como onda, como es posible especificar la posición de una onda en un instante dado? Podemos determinar su comportamiento de onda, su energía, o mismo su amplitud sin embargo, no hay posibilidad de decir exactamente donde está el electrón. Además de esto, considerándose al electrón una partícula, esta es tan pequeña que, si intentásemos determinar su posición y velocidad en un determinado instante, los propios instrumentos de medición irían a alterar esas determinaciones.

4 Así es que Heisenberg enunció el llamado Principio de Incertidumbre No es posible determinar la velocidad y la posición de un electrón, simultáneamente, en un mismo instante. En 1926, Erwin Schrödinger, debido a la imposibilidad de calcular la posición exacta de un electrón en la electrosfera, desarrolló una ecuación de ondas (ecuación muy compleja, envolviendo el cálculo avanzado y no intentaremos desarrollarla aquí), que permitía determinar la probabilidad de econtrar el electrón en una region dada del espacio. Así, tenemos que la región del espacio donde es máxima la probabilidad de encontrar el electrón es llamada de Orbital. Para profundizar en el tema de los modelos atómicos consulta esta página web: Integración: 1. Realice una linea de tiempo donde escriba los eventos más importantes que han contribuido para la construcción actual del concepto del átomo. 2. En un octavo de cartulina realice una caricatura sobre la historía del átomo. ACCESO A APLICACIÓN LA INFORMACION Recordación: Refinamiento: Realice un cuadro comparativo de los diferentes modelos atómicos de la historia. Construcción en Pequeño Grupo Realicen un modelo del átomo actual en 3d utilizando materiales reciclables.

5 RECAPITULACIÓN Socialización al Gran Grupo: Se presenta el modelo del átomo en 3d en forma de galería. Verificación: Revisión de todos los puntos de la guía. Construcción del modelo del átomo. Reflexión: resuelve en el cuaderno 1. Qué sabia? 2. Qué se? 3. Mi participación en el equipo de trabajo fue 4. En qué situaciones de mi realidad como persona puedo aplicar lo aprendido? Regulación: Criterios de evaluación Concepto de átomo Modelos atómicos Cambios en los conceptos químicos Excelente Reconoce y explica el concepto de átomo Identifica y reconoce la importancia de los diferentes modelos atómicos de la historia. Advierte que los cambian con el tiempo y que ese cambio genera beneficios para la humanidad., Bueno Reconoce el concepto de átomo Identifica los diferentes modelos atómicos de la historia. Comprende que los conceptos científicos cambian con el tiempo. Niveles de desempeño Aceptable Identifica algunas propiedades de los átomos. Comprende que los modelos atómicos han cambiado con el tiempo. Reconoce algunos cambios en los con respecto al tiempo. Motivo de reelaboración Presenta dificultades para identificar las propiedades de los átomos. No comprende la importancia que han tenido los diferentes modelos atómicos en la historia. No comprende que los cambian con el tiempo.