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Historia F+Q

Enseñando física y química a través de su historia. Un blog colaborativo de los alumnos del Master de Secundaria

¿QUÉ ES UN MODELO ATÓMICO? EVOLUCIÓN A LO LARGO DE LA HISTORIA

Entre los múltiples usos del término modelo, se encuentra aquel que asocia el concepto a una representación o un esquema. Atómico, por su parte, es lo que está vinculado al átomo (la cantidad más pequeña de un elemento químico que es indivisible y que tiene existencia propia).

Un modelo atómico, por lo tanto, consiste en representar, de manera gráfica, la materia en su dimensión atómica. El objetivo de estos modelos es que el estudio de este nivel material resulte más sencillo gracias a abstraer la lógica del átomo y trasladarla a un esquema.

Existen distintos tipos de modelos atómicos:

  • M.A de Thomson, también conocido como modelo del pudin. El átomo se considera como una esfera de carga positiva con los electrones distribuidos en número suficiente para neutralizarla.
  • M.A de Rutherford, los átomos disponen de electrones y que estos se hallan girando alrededor de un núcleo central. Dicho núcleo concentraría casi la totalidad de la masa y toda la carga positiva.
  • M.A de Bohr, se desarrolló para dar explicación a la forma en la que los electrones logran trazar órbitas que resultan estables en torno al núcleo.
  • Captura de pantalla 2018-05-11 a las 21.14.06

 

REFERENCIAS

https://definicion.de/modelo-atomico

/https://lidiaconlaquimica.wordpress.com/2016/07/21/los-modelos-atomicos-una-evolucion-historica/

ACTIVIDADES

Se dividirá a los alumnos en grupos y a cada uno de ellos se le asignará un modelo atómico (Bohr, Rutherford o Thomson).

Cada uno de ellos deberá hacer una representación en clase en la que se expongan: parte de la biografía del científico y principales características y limitaciones del modelo. Se valorarán la caracterización (disfraz de Bohr o del modelo atómico) y el uso de soportes visuales como maquetas, vídeos…

Una vez todos los grupos hayan presentado se realizará un debate en el aula en el que deberán defender su modelo frente al de los demás, y contestarán a las preguntas del profesor. Finalmente cada grupo entregará una ficha resumen con un dibujo y las principales características de su modelo para compartir con el resto de la clase.

OBJETIVOS

  • Comprender concepto de modelo atómico.
  • Conocer y comprender los 3 principales modelos atómicos (Bohr, Rutherford y Thomson) y las diferencias que hay entre ellos.
  • Desarrollar habilidades como la capacidad de síntesis y la comunicación oral y escrita.

CONTEXTUALIZACIÓN

Estudiantes de 3ºESO

JUSTIFICACIÓN

Explicación sencilla y concisa del concepto de modelo atómico y su evolución histórica.

CRITERIOS EVALUACIÓN

  • Interiorización de los diferentes modelos atómicos y las diferencias y similitudes entre ellos.
  • Capacidad para trabajar en grupo.
  • Originalidad en la representación (uso correcto del lenguaje tanto oral como escrito).

 TIPO ENFOQUE

Evolución de un concepto físico

 

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Los estados de la materia y Van der Waals

aguatest

Entender la estructura de la materia ha sido una de las grandes cuestiones científicas en distintas épocas de la historia. Des de mediados del siglo XVII una comunidad de científicos se dedicaban a observar en el laboratorio el comportamiento de los gases.

A mediados del siglo XIX Clapeyron postuló la ley de los gases ideales inspirado por los ya existentes modelos o leyes empíricas. Algunos años después, la ley de los gases fue también interpretada por la teoría cinética microscópica por Clausius y Krönig. El gas se modelaba como un conjunto de partículas que se movían libremente ejerciendo una presión sobre las superficies. No obstante, tanto la ley de los gases ideales como la interpretación cinética dejaban sin explicar porque la materia pasa, por ejemplo, de estado gaseoso a estado líquido en ciertas condiciones de temperatura y presión, lo que se denomina un cambio de fase. Algunos físicos no estaban ni siquiera convencidos que los estados gas y líquido estuvieran compuestos por el mismo tipo de partículas. Además, no había nadie que supiera cómo calcular la presión de un líquido a partir de sus características físicas conocidas.

En ese contexto, el científico holandés Johannes Diderik Van der Waals se decidió, en su tesis doctoral (1873) a estudiar sobre ello. En su trabajo propuso una ecuación de estado que tenía la particularidad de describir el estado gaseoso y el líquido y anunció que los dos estados de agregación de la materia tienen la misma naturaleza. Así pues, la gran aportación del físico fue introducir en el modelo el volumen de las moléculas y que entre ellas existen unas fuerzas de atracción. En medio de una fuerte corriente filosófica que negaba la existencia de las moléculas, Van der Waals estaba realmente convencido sobre su existencia y su teoría contribuyó a la divulgación de esta idea. Sus trabajos, a parte de sentar las bases de la ciencia molecular moderna, le valieron la máxima distinción con el premio Nobel de física el año 1910.

En su honor, a las fuerzas intermoleculares se les ha denominado fuerzas de Van der Waals ya que fue él el primero a tenerlas en cuenta.

 

Actividades

La actividad consistirá en dos bloques, uno experimental y otro teórico con ejercicios prácticos.

En un primer bloque se trabajarán experimentalmente en el laboratorio los cambios de fase del agua. La práctica consistirá en observar la evolución de la temperatura en función del tiempo mientras el agua pasa de sólido a gas expuesta a una fuente de calor. En el informe de laboratorio deberá aparecer una gráfica de temperatura en función del tiempo elaborada durante el trabajo experimental. En clase se compartirá también un vídeo dónde se visualiza una simulación de los estados de la materia como modelo de partículas. Se trabajará en grupos de 3 personas.  https://www.youtube.com/watch?v=yAyvHz7ZXuA

En el segundo bloque se propone trabajar los diagramas de fases a partir de una explicación previa del gráfico por parte del profesor. También se introducirán  los conceptos de aumento ebulloscópico y descenso crioscópico. Una vez hecha una breve descripción se dividirá la clase en equipos de 3 o 4 personas y se les darán una serie de preguntas cortas para trabajar la interpretación de los conceptos nuevos mediante los diagramas de fase del agua, dióxido de carbono y el de una disolución salina.

Para completar la actividad, se pedirá a los alumnos que en grupo presenten ejemplos cotidianos de cambios de fase. Para ello pueden recurrir a su propia experiencia y también hacer una búsqueda en Internet de ejemplos que pueden no resultar tan evidentes. En clase, se pondrán en común los ejemplos y se pedirá que elaboren un mapa mental sobre el tema en la pizarra.

Objetivos

  1. Profundizar en los conceptos de estados de la materia y cambio de fases.
  2. Comprender los conceptos de aumento ebulloscópico y descenso crioscópico relacionados con los diagramas de fase.
  3. Evidenciar la relevancia de la introducción de las fuerzas intermoleculares para modelar los estados de la materia a rangos más amplios de temperatura y presión .
  4. Obtener y analizar información química disponible en Internet y saber utilizar el lenguaje y les nuevas tecnologías de la información y comunicación para establecer la relación entre los conceptos estudiados y la importancia en la sociedad.
  5. Analizar, comunicar y debatir los temas investigados.

Evaluación

  1. Distinguir las estructuras moleculares de los diferentes estados de la materia.
  2. Conocer los diagramas de fase y como se utilizan.
  3. Conocer los conceptos de aumento ebulloscópico y descenso crioscópico e identificar algunas de sus aplicaciones.
  4. Expresarse utilizando un lenguaje científico adecuado en base a los conceptos trabajados tanto en el informe de laboratorio como en la puesta en común en clase sobre los ejemplos de cambio de fase.

Bibliografia

Ball. P. (2005). Critical mass. How one thing leads to another. New York: Arrow books

Nobelprize.org (s.f.). Johannes Diderik van der Waals – Biographical. Recuperado el 20 de abril de 2018 de https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1910/waals-bio.html

Science News. La química atómica

Captura de pantalla 2018-05-11 a las 20.57.40En un principio los hombres observaban simplemente los fenómenos ocurridos en la naturaleza. Después, comenzaron a intentar reproducirlos. Al observarlos más detenidamente, se dieron cuenta de que había tipos de fenómenos que se repetían y que podían por tanto agruparse según unas determinadas regularidades. Estas regularidades las enunciaron como leyes y, muchas veces, las formularon en un lenguaje matemático. El paso siguiente, que marcó el gran avance en el conocimiento científico, tuvo lugar cuando empezaron a aplicar la razón para tratar de explicar esas leyes. Esas explicaciones constituían en realidad hipótesis, puesto que era necesario comprobarlas. A partir de ellas se podían hacer predicciones que habían de verificarse experimentalmente. Si había una concordancia, la hipótesis era aceptada y se llegaba al final del camino a una teoría, de carácter mucho más amplio, ya que una teoría engloba diversas leyes e hipótesis. Estos son, de forma muy simplista y a grandes rasgos, las etapas fundamentales del método científico, que mediante la dialéctica teoría/empiria permite establecer teorías científicas, las cuales dan la posibilidad de predecir nuevos hechos. Esta es la manera en que se avanza en el conocimiento científico. Y así ocurre también con la química. (Esteban Santos, 2002, p. 15)

ACTIVIDAD

De manera introductoria se debe visualizar en el aula el siguiente vídeo sobre la Historia de la Química Atómica.

Realizar grupos de 3 a 5 personas dependiendo del número de alumnos en clase.

Cada grupo debe elegir a uno de los científicos mencionados en el vídeo:

  • Grecia: Leucipo y Demócrito
  • Antoine Lavoisier
  • John Dalton
  • JJ Thompson
  • Ernest Rutherford
  • Niels Bohr
  • Werner Heisenberg

Se debe preparar un vídeo representando un programa de noticias donde se emite la noticia de los diferentes avances científicos como si todos ellos hubieran ocurrido en la época actual. El vídeo debe contener:

  • Pequeña representación del momento en que se da la noticia en televisión por parte del presentador/es donde se explica la novedad en cuestión.
  • A continuación una entrevista en directo al científico donde se le pregunta sobre el método y proceso de cómo llegó a su teoría.

OBJETIVOS

  • Comparar los diferentes modelos atómicos a lo largo de la historia.
  • Entender, según el contexto histórico, de cómo pensaban los científicos.
  • Desarrollar el proceso enseñanza–aprendizaje de forma alegre, interesante y fructífera.
  • Saber buscar información fiable para poder explicar un hecho científico/histórico.
  • Aprender a trabajar en grupo mediante un sistema cooperativo.
  • Mejorar la expresión oral y el vocabulario científico-técnico.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

  • La capacidad de explicar de manera clara y concisa cada modelo atómico.
  • La originalidad en dar la noticia.
  • Uso correcto del lenguaje y vocabulario científico-técnico.
  • La capacidad del trabajo en equipo.

BIBLIOGRAFÍA

 

Historia de Petite Curie

Las bombas alemanas cayeron en París el 2 de septiembre de 1914, alrededor de un mes después de que Alemania declarara la guerra a Francia. En ese momento la construcción del Instituto de Radio ya había finalizado, aunque Marie Curie no había trasladado su laboratorio allí. El trabajo del Instituto de Radio debería esperar tiempos de paz. Pero M. Curie encontró maneras de utilizar su conocimiento. Propuso la creación de instalaciones móviles de radiología, que transportaron los aparatos de rayos X al frente de batalla y ayudaron a los médicos a encontrar balas, metralla y huesos rotos en los soldados heridos. Para ello, convenció al gobierno francés para que instalara los primeros centros militares de radiología de Francia y a las tiendas de automóvil para que transformaran los coches en furgonetas que equipó con material radiológico móvil. El 31 de octubre de 1914, el primero de los veinte vehículos de radiología que equipó estaba listo. Se propuso poner su “Petite Curie” en funcionamiento lo antes posible y, por si existía alguna necesidad, aprendió cómo conducir un coche, anatomía, el uso del equipo de radiografía y mecánica del automóvil.

Como primera ayudante radiológica eligió a su hija Irene. Acompañadas por un doctor militar, la madre y la hija hicieron su primer viaje al frente de batalla en el otoño de 1914. Después de la guerra, el gobierno francés reconoció el trabajo de Irene concediéndole una medalla militar

Madre e hija no podían utilizar las veinte estaciones móviles de radiografía que ella había establecido, ni las doscientas unidades inmóviles. Antes de 1916, Marie había empezado a entrenar a mujeres como ayudantes radiológicas ofreciendo cursos en las técnicas necesarias en el Instituto del Radio.

Cuestiones para los alumnos:

1. Busca información sobre la vida de Marie Curie. Qué dificultades tuvo que superar para poder licenciarse en físicas? . Por qué es tan mundialmente famosa?

2. Valora su tarea de creación de un servicio radiológico.

3. .Qué papel juegan los rayos X en medicina?

4. Busca información sobre otros métodos de diagnóstico, como la RMN o la TEP.

(Texto en Caamaño, A. (Coord.) (2011). Física y química: complementos de formación disciplinar, páginas 35-47. España: Ministerio de Educación de España–Editorial GRAÓ, de IRIF, S.L.)

OBJETIVOS

1.- Informar sobre ciencia y género

2.- Comentar la responsabilidad social de los científicos/as

3.- Aportar una contribución de la ciencia a las necesidades Sociales (Salud)

CONTEXTUALIZACIÓN:

Estudiantes de Bachiller-1º y 2º (16-18 años)

INTRODUCCIÓN:

1.- Contexto histórico de la mujer en el S. XIX y la universidad (estudios). Marie Curie estuvo ahorrando en su tierra natal Polonia durante tiempo para costear los estudios de Medicina de su hermana en Paris, cuando lo consiguió, se trasladó con ella a Paris. En esa época en el S. XIX, la mujer no podía acceder fácilmente a los estudios universitarios y Marie Curie fué una excepción entre muy pocas.

2.- Explicación científica de su “fama”: la fama de Marie Curie se la ha ganado con creces, al ser galardonada con 2 Premios Nobel. Fué la primera mujer a la que se le otorgó un Premio Nobel y la primera persona hasta ese momento en ser galardonada con 2 Premios Nobel. En realidad en la historia hasta nuestros días sólo hay 6 personas que han sido galardonadas con 2 Premios Nobel, y entre ellos se distingue Marie Curie.

3.- Métodos de diagnóstico además de Rayos X en Medicina:

•Resonancia magnética Nuclear (RMN) à núcleos de hidrógeno tienen carga positiva, por lo que su spin se comportan como imanes orientados en dirección campo magnético aplicado, y emiten ondas de radio que tras  análisis por ordenador, proporcionan imágenes. El hidrógeno en el organismo humano abunda en el agua de que es nuestro componente principal, por lo que el RMN distingue entre tejidos blandos con distintas cantidades de agua, por ejemplo entre células normales y cancerosa o entre la materia gris y la materia blanca del cerebro) .
•Tomografía de emisión de positrones (TEP), inyectar glucosa con 18F, isótopo que emite positrones, aniquilados con e- de materia y emitien rayos en direcciones opuestas que localizan pto del cuerpo de emisión (cancerosas consumen mucha glucosa por lo que la TEP es el mejor método de diagnóstico de cáncer)

JUSTIFICACIÓN DE LA ACTIVIDAD:

– Aportaciones de la Física a otras ciencias como la Medicina, que además refleja la relación entre CTS.

 

 

Observación de partículas cargadas mediante la cámara de niebla

Al estudiar física podemos tener la idea preconcebida de que los átomos, iones y partículas subatómicas sólo existen sobre el papel y que no pueden visualizarse. Sin embargo, a poco que investiguemos en la historia de la física, podemos ver que nos equivocamos.

Seguir leyendo “Observación de partículas cargadas mediante la cámara de niebla”

UN NÚMERO PARA LOS GASES

INTRODUCCIÓN

La ley de Avogadro (formulada inicialmente como hipótesis) ha revolucionado tanto el entendimiento de los gases, como el concepto de molécula. La hipótesis de Avogadro establece que a igual de temperatura y presión, volúmenes iguales de gases contienen el mismo número de moléculas. El número de moléculas en un mol de sustancia es, por definición, el Número de Avogadro. Las leyes formuladas previamente por Boyle-Mariotte, Charles, Gay-Lussac, fueron claves para que Avogadro pudiese enunciar su famosa ley. (Adaptación de Herradón, 2012) Seguir leyendo “UN NÚMERO PARA LOS GASES”

Rayos X: Magia, locura y progreso científico

Wilhelm Röntgen
Imagen 1: Wilhelm Röntgen. Fuente: https://en.wikipedia.org/wiki/Wilhelm_R%C3%B6ntgen

Esta es una historia que sucedió a finales de 1800. Un científico alemán llamado Wilhelm Röntgen (ver Imagen 1) jugueteaba en su sótano con un nuevo instrumento que permitía estudiar fenómeno subatómicos, un tubo de Crookes. Básicamente es una botella de cristal a la que se le ha hecho el vacío y que contiene dos placas metálicas en su interior, una en cada extremo (ver Imagen 2). Seguir leyendo “Rayos X: Magia, locura y progreso científico”

Mr. Thompson… excuse me, Lord Kelvin!

Nacido en plena revolución industrial, William Thompson (1824-1907) fue un físico y matemático británico notable por sus contribuciones en el campo de la termodinámica cuando el hombre intentaba controlar la formidable fuerza que había descubierto y esa ciencia estaba todavía en mantillas. Seguir leyendo “Mr. Thompson… excuse me, Lord Kelvin!”

UREA: serendipia, victoria frente al vitalismo y el nacimiento de la química orgánica

El mecanicismo cartesiano es una corriente filosófica, liderada por René Descartes (Figura 1), que afirma que el cuerpo es una máquina y que todas sus operaciones deben ser explicadas por los mismos principios y leyes físicos que se aplican al mundo inanimado.

No obstante, ante el fracaso de esta corriente en la explicación de la singularidad de lo orgánico, el vitalismo (doctrina filosófica que postula que los organismos vivos se caracterizan por poseer una fuerza vital que los diferencia de forma fundamental de las cosas inanimadas; Bechtel and Richardson, 1998) empezó a expandirse por Europa a finales del siglo XVIII.

Figura 1. René Descartes

Desde un punto de vista de la química, los vitalistas hacían una diferenciación inquebrantable entre la química inorgánica (cosas inanimadas) y la química orgánica (organismos vivos). Todo esto cambió gracias al descubrimiento de un joven muy entusiasta y algo rebelde, que no estaba convencido de la existencia de la “fuerza vital”, Friedrich Wöhler (Figura 2).

Figure 2Friedrich Wöhler

En 1828 logró sintetizar en el laboratorio un producto elaborado por los organismos vivos, la urea (NH2 – CO – NH2; Figura 3) a partir de un compuesto inorgánico, cianato amónico (NH4CNO).

Figura 3. Urea

Al mezclar cianato de potasio (KOCN) con cloruro de amonio (NH4Cl), ambos en solución, luego calentar y luego enfriar, obtuvo cianato de amonio. El cual, al calentarse, sufre una transposición, convirtiéndose en urea reacción [1].

Reacción 1. Síntesis de la urea

Había sintetizado un compuesto orgánico a partir de compuestos inorgánicos. El vitalismo no tenía sentido. Wöhler escribió a su maestro Berzelius (Figura 4) lo siguiente:

Debo decir que puedo hacer urea sin la intervención de un riñón animal, sea de hombre o de perro”.

Figura 4Jons Jacob Berzelius

Un aspecto curioso es que se trató de un descubrimiento fortuito, un hallazgo accidental de un resultado tan valioso como inesperado, lo cual se suele designar como serendipia (Romanillos, 2001).

La relevancia de este descubrimiento es tan grande que cuando estudiamos química, siempre se afirma que así nació la disciplina de la química orgánica y así murió la corriente filosófica del vitalismo (Ilana, 2008).

Actividades

  1. Busque y describa dos ejemplos relevantes en el campo de la química aplicada sobre síntesis de compuestos orgánicos a partir de sustancias inorgánicas.
  2. ¿Qué otros descubrimientos conoce que se hayan alcanzado gracias a la serendipia? Describa al menos tres.

Objetivos

  1. Comprender las diferencias entre química orgánica y química inorgánica.
  2. Descubrir los beneficios que supuso para la sociedad la capacidad de síntesis de compuestos orgánicos.
  3. Comprender el contexto social en el que se desarrollaban los avances científicos.

Evaluación

El contenido servirá como introducción a la química orgánica por lo que se evaluará la participación del  alumno y la utilización de un lenguaje apropiado para expresar los conceptos e ideas a trasmitir.

Referencias

Bechtel, W and Richardson, R.C. (1998). Vitalism. In E. Craig (Ed.), Routledge Encyclopedia of Philosophy. London: Routledge. Vitalism

Romanillos, P (2001) Las serendipias más famosas ¡Menuda chiripa!. Oceano Ambar.

Illana Rubio, J.C. (2008) La química y la biología bases de la bioquímica. Nacimiento de una nueva ciencia. Anales de Química, 104(3), 234-239. Recuperado de http://bit.ly/2xtRVNK

Roberto Taboada Puig

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