Guía para el Docente Modelo atómico de la materia Tabla Periódica: Configuración electrónica y propiedades periódicas. Guía para el docente

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1 Guía para el docente Guía para el Docente Descripción curricular - Nivel: 2º Medio - Subsector: Ciencias químicas - Unidad temática: - Palabras claves: elementos químicos, tabla periódica, configuración, propiedades físicas. - Contenidos curriculares: - Constituyentes del átomo; descripción de los modelos atómicos precursores del modelo actualmente aceptado; modelo atómico de la materia: orbital atómico, número atómico, configuración. - Propiedades periódicas de los elementos: volumen y radio atómico; energía de ionización; afinidad y electronegatividad, usando la Tabla Periódica actual. - Contenidos relacionados: - 1 Medio El agua El aire Los procesos químicos Los materiales - 2 Medio Enlace químico Disoluciones químicas - 3 Medio Reactividad y equilibrio químico Cinética - 4 Medio Procesos químicos industriales - Aprendizajes esperados: - Reconocen que toda la materia consiste de combinaciones de una variedad de átomos de elementos, los que están constituidos por un núcleo y electrones, e identifican los dos elementos más abundantes en el universo, en la corteza terrestre, en la atmósfera y en el cuerpo humano. - Relacionan el número de protones en el núcleo con un determinado elemento del sistema periódico; establecen que el número de electrones en el átomo neutro es igual al número de protones en el núcleo, y aplican este principio a la determinación de la carga eléctrica de iones monoatómicos. - Reconocen que muchas de las propiedades de los elementos se repiten periódicamente, y valoran el ordenamiento de los elementos en el sistema periódico como el resultado de un proceso histórico en la búsqueda de sistematizar y ordenar una gran cantidad de información. 1

2 - Distinguen las propiedades de radio atómico, energía de ionización, afinidad y electronegatividad y las reconocen como propiedades periódicas. - Son capaces de explicar el origen de la variación periódica del radio atómico, de la energía de ionización y de la electroafinidad en los elementos del segundo período. - Conocen los nombres y símbolos de los primeros diez elementos del sistema periódico, construyen sus configuraciones s y, de acuerdo con su posición dentro del período, hacen una predicción razonable acerca de si sus características serán metálicas o no metálicas. Aprendizajes esperados de esta actividad: - Conocer las propiedades periódicas de los elementos. - Utilizar la Tabla Periódica actual. - Comprender la organización. - Realizar configuraciones s de los elementos. Recursos digitales asociados de - Ficha: Tabla Periódica: Configuración y propiedades periódicas. - Juego: El ahorcado. - Animación: Llenado de electrones. - Diapositivas digitales (ppt): Actividades propuestas para este tema Este tema incluye dos actividades independientes entre sí, orientadas a la comprensión de la estructura de la materia y modelos atómicos. - Actividad Cómo varían las propiedades físicas de los elementos en la Tabla Periódica? : pretende guiar el estudio de la Tabla Periódica para su correcta utilización. De ella los estudiantes deben rescatar las propiedades físicas de los elementos que allí aparecen y luego observar cómo varían estas propiedades. - Actividad Cómo son las configuraciones s de los elementos que forman una familia? : pretende guiar el estudio de la configuración de los elementos. Sugerimos realizar cada actividad luego de que hayan revisado previamente los contenidos adecuados a estas actividades. De igual forma, para realizarlas se debe contar con material bibliográfico para trabajo de investigación. A continuación encontrarás los contenidos que tratan estas actividades y sugerencias sobre cómo desarrollarlas con tus estudiantes. 2

3 ACTIVIDAD: Cómo varían las propiedades físicas de los elementos en la tabla periódica? 1. Mapa de contenidos tratados Duración: dos horas pedagógicas Tabla periódica Referencia histórica Organizada de acuerdo a propiedades físicas y Z Último nivel energético Tabla actual 7 Periodos 18 grupos Nº electrones en última capa Representativos Metales alcalinos Metales Alcalinotérreos Gases nobles De transición Lantánidos y actínidos Halógenos Grupo 2B Propiedades periódicas Energía de ionización Afinidad Radio Atómico Radio Iónico 2. Desarrollo de la actividad Cómo varían las propiedades físicas de los elementos en la tabla periódica? Paso 1 Comience esta actividad recordando que existen 118 elementos que se organizan en una tabla, llamada Tabla Periódica o Sistema Periódico, de acuerdo con sus propiedades físicas y químicas. Sugerimos que recuerde los conceptos básicos de la Tabla Periódica - Grupos o familias de elementos Elementos representativos Elementos de transición Elementos de transición interna Elementos halógenos Gases nobles 3

4 - Periodos - Propiedades físicas de los elementos Energía de ionización Afinidad Radio atómico Radio iónico Paso 2 Para comenzar la actividad, puede motivar la indagación con la siguiente pregunta a sus estudiantes: - Cambian las propiedades físicas de elementos al interior de una familia o de un período? Inicie la actividad asegurándose de que los estudiantes tengan una Tabla Periódica y una referencia bibliográfica, las que pueden obtener desde el portal educarchile, de otros medios informativos como Internet o bien de una biblioteca. Entregue la Guía para el estudiante. La pueden leer en línea o imprimir desde el portal educarchile. Las respuestas correctas para esta actividad se encuentran a continuación. Puede utilizarlas para revisar las respuestas de sus estudiantes. I Variación de la energía de ionización 1. Anota en la tabla siguiente los potenciales de ionización de los elementos del grupo IA (sin el átomo de Hidrógeno) y del grupo IIA y de los periodos 2 y 3. IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA Be B C N O F 9,38 8,33 11,34 14,66 13,70 17,54 2 Li 5,41 3 Na 5,14 4 K 4,37 5 Rb 4,19 6 Cs 2,25 Mg 7,65 Ca 6,15 Sr 5,73 Ba 5,24 Al 6,00 Si 8,15 P 11,00 S 10,36 Cl 13,01 4

5 2. Observa los valores de potenciales de ionización de esta tabla en el grupo (columnas verticales). Cómo cambia el radio a medida que aumenta el número atómico, es decir, hacia abajo? Los valores de potencial de ionización dentro de un grupo disminuyen hacia abajo. Es decir, disminuyen con el número atómico. 3. Observa los valores de los potenciales de ionización de esta tabla en el período (filas horizontales). Cómo varía el radio a medida que aumenta el número atómico, es decir, hacia la derecha? Los valores de potencial de ionización dentro de un período aumentan hacia la derecha. Es decir aumentan con el número atómico. 4. Realiza un esquema de la variación (en un grupo y en un período) en tu cuaderno. II Variación de la afinidad 1. Averigua, mediante una investigación bibliográfica, cómo varía la afinidad dentro de un grupo y de un período de la Tabla Periódica. Dentro de un grupo en la Tabla Periódica, la afinidad disminuye a medida que aumenta el número atómico. En otras palabras, aumenta cuando disminuye el número atómico. Dentro de un período en la Tabla Periódica, la afinidad aumenta a medida que aumenta el número atómico. Es decir, aumenta hacia la derecha. 2. Realiza un esquema de esta variación (en un grupo y en un período) en tu cuaderno. 5

6 III Variación del radio atómico 1. Anota en la tabla siguiente los radios atómicos de los elementos del grupo IA (sin hidrógeno) y del grupo IIA y de los periodos 2 y 3. IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA Be B C N O F 1,12 0,98 0,914 0,92 0,65 0,57 2 Li 1,55 3 Na 1,90 4 K 2,35 5 Rb 2,48 6 Cs 2,67 Mg 1,60 Ca 1,97 Sr 2,15 Ba 2,22 Al 1,43 Si 1,32 P 1,28 S 1,27 Cl 0,37 2. Observa los valores de los radios atómicos de esta tabla según el grupo (columnas verticales). Cómo cambia el radio a medida que aumenta el número atómico, es decir, hacia abajo? En un grupo, los valores del radio atómico aumentan a medida que aumenta el número atómico. Es decir, aumentan hacia abajo. 3. Observa los valores de los radios atómicos de esta tabla según el período (filas horizontales). Cómo varía el radio a medida que aumenta el número atómico, es decir, hacia la derecha? Dentro de un período, el radio atómico disminuye a medida que aumenta el número atómico. 4. Realiza un esquema de la variación (en un grupo y en un período) en tu cuaderno. Dentro de un período disminuye hacia la derecha y dentro de un grupo aumenta hacia abajo. 6

7 IV Variación del radio iónico 1. Averigua, mediante una investigación bibliográfica, cómo varia el radio iónico dentro de un grupo y de un período de la tabla periódica. Existen variaciones de acuerdo al radio atómico de los átomos. Por otro lado se espera que cuando un átomo neutro se convierte en un ion, se espera un cambio en el tamaño según se transforme en catión o anión. Si el átomo pierde un electrón (o varios), entonces la nube se contrae y el catión es más pequeño el átomo inicial. Cuando un átomo forma un anión el tamaño o radio aumenta debido a que la repulsión, consecuente de agregar un electrón (o varios) hace que aumente el tamaño de la nube. Paso 3 Para concluir la actividad, pídales a sus estudiantes que se dividan en grupos de 4 ó 5 personas. Cada grupo deberá realizar un esquema de variación de las propiedades físicas en una cartulina o papelógrafo para pegarlo en la pared de la sala de clases. 7

8 ACTIVIDAD: Cómo son las configuraciones s de los elementos que forman una familia? 1. Mapa de contenidos tratados Duración: dos horas pedagógicas Tabla periódica Último nivel energético Organizada de acuerdo a propiedades físicas y Z 7 Periodos 18 grupos Nº electrones en última capa Representativos Metales alcalinos Metales Alcalinotérreos Gases nobles De transición Lantánidos y actínidos Halógenos Grupo 2B Configuración Organización de electrones Principio de mínima energía Principio de exclusión de Pauli Principio de máxima multiplicidad de Hund 2. Desarrollo de la actividad Cómo varían las propiedades físicas de los elementos en la Tabla Periódica? Paso 1 Recomendamos realizar esta actividad una vez que los estudiantes sepan utilizar una Tabla Periódica, sus grupos (o familias) y períodos de elementos. Puede comenzar la actividad preguntando: - Cómo se organizan los electrones al interior de un átomo? Recuerden los siguientes conceptos: - Configuración de los elementos - Principios de la configuración : - Principio de mínima energía. - Principio de exclusión de Pauli. - Principio de máxima multiplicidad de Hund. 8

9 Paso 2 Recuerde brevemente las familias (o grupos) de los elementos. - Elementos representativos - Elementos de transición - Elementos de transición interna - Elementos halógenos - Gases nobles Para motivar esta investigación puede preguntar si los elementos que pertenecen a una familia, tienen alguna similitud en sus configuraciones s. Recoja las ideas de los estudiantes y luego invítelos a descubrir si es así o no. Paso 3 Entregue la Guía para el estudiante para realizar esta actividad. Pueden obtenerla desde el portal en Internet educarchile. También es posible acceder a ella leyéndola en línea. Una vez que sus estudiantes tengan la guía, léanla todos juntos y luego comiencen la actividad. Para realizar esta actividad, los estudiantes deben escribir configuraciones s de algunos elementos y luego observar si tienen algo en común. Pueden obtener material de apoyo en el portal de educarchile, en otros medios como Internet o bien en una biblioteca. A continuación se encuentran las respuestas correctas a las actividades. Puede utilizarlas para corregir las respuestas de los estudiantes. 1. Cómo es la configuración de los elementos alcalinos? a. Realiza una lista de todos los elementos alcalinos. Los elementos alcalinos son: Litio (Li), sodio (Na), potasio (K), rubidio (Rb), cesio (Cs) y francio (Fr). b. Escribe la configuración de al menos dos elementos Li [He]2s 1 Na [Ne]3s 1 K [Ar]4s 1 Rb [Kr]5s 1 Cs [Xe]6s 1 Fr [Rn]7s 1 c. Tienen algo en común? Cuál es el último orbital ocupado? Todo este grupo de elementos tiene un electrón desapareado en el orbital s. 2. Cómo es la configuración de los elementos alcalinos térreos? a. Realiza una lista de todos los elementos alcalinos térreos. 9

10 Los elementos alcalino térreos son: berilio (Be), magnesio (Mg), calcio (Ca), estroncio (Sr), bario (Ba) y radio (Ra). b. Escribe la configuración de al menos dos elementos Be [He]2s 2 Mg [Ne]3s 2 Ca [Ar]4s 2 Sr [Kr]5s 2 Ba [Xe]6s 2 Ra [Rn]7s 2 c. Tienen algo en común? Cuál es el último orbital ocupado? Todos los elementos de esta familia tienen dos electrones en el último nivel energético, utilizando el orbital s. 3. Cómo es la configuración de los elementos de transición? a. Realiza una lista de todos los elementos de transición. Escandio (Sc), titanio (Ti), vanadio (V), cromo (Cr), manganeso (Mn), hierro (Fe), cobalto (Co), níquel (Ni), cobre (Cu), ytrio (Y), circonio (Zr), niobio (Nb), molibdeno (Mo), tecnecio (Tc), rutenio (Ru), rodio (Rh), paladio (Pd), plata (Ag). b. Escribe la configuración de al menos dos elementos Sc [Ar]3d 1 4s 2 V [Ar]3d 3 4s 2 Cr [Ar]3d 5 4s 1 Mn [Ar]3d 5 4s 2 Fe [Ar]3d 6 4s 2 Co [Ar]3d 7 4s 2 Ni [Ar]3d 8 4s 2 Cu [Ar]3d 10 4s 2 c. Tienen algo en común? Cuál es el último orbital ocupado? Todo este grupo de elementos tiene el orbital d del tercer o cuarto nivel incompleto. Todos los elementos, excepto el cromo, tienen el orbital s del siguiente nivel lleno. 4. Cómo es la configuración de los elementos: cinc (Zn), cadmio (Cd) y mercurio (Hg)? a. Escribe la configuración de al menos dos elementos 10

11 Zn [Ar]3d 10 4s 2 Cd [Kr]4d 10 5s 2 Hg [Xe]4f 14 5d 10 6s 2 b. Tienen algo en común? Cuál es el último orbital ocupado? Estos tres elementos tienen la capa d completa en el tercer, cuarto y quinto nivel, respectivamente. El siguiente orbital, s, también está completo. No completan el nivel de energía. 5. Cómo es la configuración de los elementos de transición interna? a. Realiza una lista de todos los elementos de transición interna. Lantano (la), cerio (Ce), praseodimio (Pr), neodimio (Nd), prometio (Pm), samario (Sm), europio (Eu), gadolinio (Gd), terbio (Tb), disprosio (Dy), holmio (Ho), erbio (Er), tulio (Tm), iterbio (Yb) y lutecio (Lu). b. Escribe la configuración de al menos dos elementos La [Xe]5d 1 6s 2 Ce [Xe]4f 1 5d 1 6s 2 Pr [Xe]4f 3 5d 0 6s 2 c. Tienen algo en común? Cuál es el último orbital ocupado? Estos elementos tienen la capa f incompleta. 6. Cómo es la configuración de los elementos halógenos? a. Realiza una lista de todos los elementos halógenos. Flúor (F), cloro (Cl), bromo (Br), yodo (Y) y astato (At). b. Escribe la configuración de al menos dos elementos F [He]2s 2 p 5 Cl [Ne]3s 2 p 5 Br [Ar]3d 10 4s 2 p 5 Y [Kr]4d 10 5s 2 p 5 At [Xe]4f 14 5d 10 6s 2 p 5 c. Tienen algo en común? Cuál es el último orbital ocupado? A todos estos elementos les falta un electrón para completar sus niveles de energía. El último orbital ocupado, para todos los elementos, es el orbital p. 11

12 7. Cómo es la configuración de los gases nobles? a. Realiza una lista de todos los gases nobles. Helio (He), neón (Ne), argón (Ar), kriptón (Kr), xenón (Xe) y radón (Rn) b. Escribe la configuración de al menos dos elementos He 1s 2 Ne [He]2s 2 p 6 Ar [Ne] 3s 2 p 6 Kr [Ar]3d 10 4s 2 p 6 Xe [Kr]4d 10 5s 2 p 6 Rn [Xe]4f 14 5d 10 6s 2 p 6 c. Tienen algo en común? Cuál es el último orbital ocupado? Todos estos elementos tienen su último nivel de energía completo. Paso 4 Puede concluir esta actividad pidiéndoles que completen la siguiente tabla de números de electrones por orbital: Orbital Electrones S 2 P 6 D 10 f 14 II. Ahora que has analizado los elementos de la tabla periódica, qué reflexión puedes hacer sobre su organización? Todos los elementos de la tabla periódica tienen ciertas características comunes que los reúnen en grupos o familias. 12